JP2012069384A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of reducing such possibility that there may occur a variation in an amount of reaction gas supplied to an electrode in a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell includes a power module having a first gas diffusion layer and a first separator. A primary passage, a secondary passage and a passage wall are provided on a surface of the first separator in the installation state of the fuel cell. The first gas diffusion layer has an upper region and a primary flow lower region. The upper region and the lower region have a different degree in at least one of gas diffusion properties and hydrophilic properties in at least a part of each region.

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、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）と、ＭＥＡの両側を挟むように積層されたガス拡散層と、外部からの反応ガスをＭＥＡに供給すると共に外部へ排ガス（未反応ガス）を排出するための反応ガス流路とを備える。   A fuel cell includes a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) in which electrodes are joined to both surfaces of an electrolyte membrane, a gas diffusion layer laminated so as to sandwich both sides of the MEA, A reaction gas flow path for supplying the reaction gas to the MEA and discharging exhaust gas (unreacted gas) to the outside is provided.

従来、反応ガス流路として、外部からの反応ガスをガス拡散層に供給するための一次流路と、排ガスを外部へ排出するための二次流路とが、互いに独立して配置されている流路が知られている（例えば、特許文献１）。この反応ガス流路は、一次流路の末端が閉塞している。また、この反応ガス流路は、反応ガス流路が形成された部材の面方向について一次流路を挟むように二次流路が配置されている。   Conventionally, as a reaction gas channel, a primary channel for supplying a reaction gas from the outside to the gas diffusion layer and a secondary channel for discharging the exhaust gas to the outside are arranged independently of each other. A flow path is known (for example, Patent Document 1). The reaction gas flow path is closed at the end of the primary flow path. In addition, the reaction gas flow path has a secondary flow path so as to sandwich the primary flow path in the surface direction of the member in which the reaction gas flow path is formed.

このような、反応ガス流路を有する燃料電池では、一次流路の末端が閉塞しているため、一次流路を流れる反応ガスの殆どをガス拡散層に流入させることができる。従って、ガス拡散層へ流入することなく、二次流路から外部へ排出される反応ガスの量を低減できるため、発電効率の向上が期待できる。   In such a fuel cell having a reaction gas flow path, since the end of the primary flow path is closed, most of the reaction gas flowing through the primary flow path can be allowed to flow into the gas diffusion layer. Therefore, since the amount of the reaction gas discharged from the secondary flow path to the outside without flowing into the gas diffusion layer can be reduced, improvement in power generation efficiency can be expected.

特開２００８−１７１６０８号公報JP 2008-171608 A

ここで、燃料電池のカソード側では、電気化学反応により水が生成する。また、カソード側で生成した水の一部は、電解質膜内を移動（拡散）してアノード側に流入する。一次流路に存在する水は、外部へ排出させるためにガス拡散層を介して二次流路に移動させる必要がある。しかしながら、従来、一次流路から二次流路への水の移動が良好に行われない場合があった。この場合、一次流路の水は反応ガスの流れに沿って下流側へと移動してしまい、一次流路下流側では水が大量に滞留する場合があった。一次流路下流側で水が大量に滞留すると、一次流路下流側への反応ガスの流通が阻害され、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じ、発電効率が低下する場合があった。また、燃料電池の設置状態によっては、ガス拡散層内の水の分布にばらつきが生じる場合があった。特に、燃料電池の設置状態において、一次流路を挟んで上下に二次流路が配置される場合、重力の影響によりガス拡散層内における水の分布のばらつきが顕著になる場合があった。ガス拡散層に存在する水の分布にばらつきが生じると、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じ発電効率が低下する場合があった。   Here, water is generated by an electrochemical reaction on the cathode side of the fuel cell. A part of the water generated on the cathode side moves (diffuses) in the electrolyte membrane and flows into the anode side. It is necessary to move the water present in the primary flow path to the secondary flow path through the gas diffusion layer in order to discharge the water to the outside. However, conventionally, there has been a case where water does not move well from the primary flow path to the secondary flow path. In this case, the water in the primary channel moves downstream along the flow of the reaction gas, and a large amount of water may stay on the downstream side of the primary channel. If a large amount of water stays on the downstream side of the primary flow path, the flow of reactive gas to the downstream side of the primary flow path is hindered, resulting in variations in the amount of reactive gas supplied to the electrode, which may reduce power generation efficiency. It was. In addition, depending on the installation state of the fuel cell, the water distribution in the gas diffusion layer may vary. In particular, in the installation state of the fuel cell, when the secondary flow path is disposed above and below the primary flow path, the dispersion of water distribution in the gas diffusion layer may become remarkable due to the influence of gravity. When the distribution of water existing in the gas diffusion layer varies, the amount of reaction gas supplied to the electrode varies, and the power generation efficiency may decrease.

従って、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池において、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減する技術を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing the possibility of variations in the amount of reaction gas supplied to an electrode in a fuel cell. .

本発明は、上記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できる。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例１]燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に積層された電極とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に積層された第１と第２のガス拡散層と、を有する発電モジュールと、
前記発電モジュールの前記第１のガス拡散層側に更に積層された第１のセパレータと、を備え、
前記第１のセパレータの２つの面のうち前記第１のガス拡散層と対向する面には、前記燃料電池の設置状態において、
下流側が閉塞した略水平方向に延びる凹状の一次流路であって、外部から供給された第１の反応ガスを流通させる一次流路と、
上流側が閉塞し、略水平方向に延びると共に前記一次流路の上下にそれぞれ位置する凹状の二次流路であって、前記第１のガス拡散層を介して導入された前記第１の反応ガスを外部へ排出させるための二次流路と、
前記一次流路と前記二次流路との間に配置され、面方向において前記一次流路と前記二次流路とを区画する凸状の流路壁部と、が設けられ、
前記第１のガス拡散層は、前記発電モジュールの各構成の積層方向に沿って見たときに、前記一次流路の上側に設けられた前記流路壁部である上部流路壁部と重なる領域である上部領域と、前記一次流路の下側に設けられた前記流路壁部である下部流路壁部と重なる領域である下部領域とを有し、
前記上部領域と前記下部領域とは、少なくとも一部において、ガス拡散性と親水性の少なくとも一方の程度が異なるように構成されている、燃料電池。 [Application Example 1] A fuel cell,
A power generation module comprising a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and electrodes laminated on both surfaces of the electrolyte membrane; and first and second gas diffusion layers laminated on both surfaces of the membrane electrode assembly;
A first separator further laminated on the first gas diffusion layer side of the power generation module,
Of the two surfaces of the first separator, on the surface facing the first gas diffusion layer, in the installed state of the fuel cell,
A concave primary flow path extending in a substantially horizontal direction with the downstream side closed, and a primary flow path through which the first reaction gas supplied from the outside flows.
The first reaction gas introduced through the first gas diffusion layer is a concave secondary flow path that is closed on the upstream side, extends in a substantially horizontal direction, and is positioned above and below the primary flow path, respectively. A secondary flow path for discharging gas to the outside,
A convex flow path wall portion disposed between the primary flow path and the secondary flow path and partitioning the primary flow path and the secondary flow path in the surface direction;
The first gas diffusion layer overlaps with an upper flow path wall portion that is the flow path wall portion provided on the upper side of the primary flow path when viewed along the stacking direction of each component of the power generation module. An upper region which is a region, and a lower region which is a region overlapping with a lower flow channel wall which is the flow channel wall provided on the lower side of the primary flow channel,
The fuel cell, wherein the upper region and the lower region are configured so that at least a part of at least one of gas diffusibility and hydrophilicity is different at least in part.

適用例１に記載の燃料電池によれば、一次流路からその上下を挟む二次流路へと反応ガスが流通する際に通過する第１のガス拡散層の上部領域と下部領域について、ガス拡散性と親水性の少なくとも一方の程度が異なるように構成されている。これにより、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。ここで、本明細書において、「ガス拡散性」とは、多孔質部材などのガス透過性を有する部材において、一方の側から流入したガスが内部を通って他方の側から流出する場合における、一方の側から他方の側へのガスの移動のしやすさを表す度合いである。   According to the fuel cell described in Application Example 1, the upper region and the lower region of the first gas diffusion layer that passes when the reaction gas flows from the primary flow channel to the secondary flow channel sandwiching the upper and lower sides of the primary flow channel, It is comprised so that at least one grade of a diffusibility and hydrophilicity may differ. This can reduce the possibility of variations in the amount of reaction gas supplied to the electrodes. Here, in the present specification, “gas diffusibility” means that in a gas permeable member such as a porous member, gas flowing in from one side flows out from the other side through the inside. This is a degree representing the ease of gas movement from one side to the other side.

［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記上部領域の少なくとも一部は、前記下部領域よりも高い親水性を有する、燃料電池。 [Application Example 2] The fuel cell according to Application Example 1,
At least a part of the upper region has a higher hydrophilicity than the lower region.

下部領域は重力が加わる方向と反応ガスの流れが同じ方向（重力下方向）であるため、一次流路と二次流路を繋ぐような水（「水パス」ともいう。）が生じやすい。水パスが生じると、一次流路と二次流路の差圧を利用して一次流路から一次流路の下側に位置する二次流路へと容易に水を移動させることができる。これに対し、上部領域は重力が加わる方向（重力下方向）と反応ガスの流れ（重力上方向）が異なるため、一次流路から一次流路の上側に位置する二次流路へは水パスが生成されにくい。よって、反応ガスの流れを利用して水を移動させる必要がある。適用例２に記載の燃料電池によれば、上部領域の少なくとも一部は下部領域よりも親水性の程度が高いため、上部領域においても水パスの生成を促進できる。これにより、一次流路と二次流路との差圧を利用して一次流路から一次流路の上側に位置する二次流路へと水を容易に移動させることができる。これにより、一次流路内に水が滞留する可能性を低減できるため、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。   In the lower region, the direction in which gravity is applied and the flow of the reactive gas are in the same direction (downward direction of gravity), so that water that connects the primary flow path and the secondary flow path (also referred to as “water path”) is likely to occur. When the water path is generated, water can be easily moved from the primary flow path to the secondary flow path located below the primary flow path using the differential pressure between the primary flow path and the secondary flow path. On the other hand, the upper region is different in the direction in which gravity is applied (downward direction of gravity) and the flow of reactive gas (upward direction of gravity), so the water path from the primary channel to the secondary channel located above the primary channel. Is difficult to generate. Therefore, it is necessary to move water using the flow of the reaction gas. According to the fuel cell described in Application Example 2, since at least a part of the upper region has a higher degree of hydrophilicity than the lower region, generation of a water path can be promoted also in the upper region. Thereby, water can be easily moved from the primary flow path to the secondary flow path located above the primary flow path using the differential pressure between the primary flow path and the secondary flow path. Thereby, since possibility that water will stay in a primary flow path can be reduced, possibility that dispersion | variation will arise in the quantity of the reactive gas supplied to an electrode can be reduced.

［適用例３］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記上部領域の少なくとも一部は、前記下部領域よりも高いガス拡散性を有する、燃料電池。 [Application Example 3] The fuel cell according to Application Example 1,
At least a part of the upper region has a higher gas diffusibility than the lower region.

下部領域は重力が加わる方向と反応ガスの流れが同じ方向（重力下方向）であるため、一次流路と二次流路を繋ぐような水（「水パス」ともいう。）が生じやすい。水パスが生じると、一次流路と二次流路の差圧を利用して一次流路から一次流路の下側に位置する二次流路へと容易に水を移動させることができる。これに対し、上部領域は重力が加わる方向（重力下方向）と反応ガスの流れ（重力上方向）が異なるため、一次流路から一次流路の上側に位置する二次流路へは水パスが生成されにくい。よって、反応ガスの流れを利用して水を移動させる必要がある。適用例３に記載の燃料電池によれば、上部領域の少なくとも一部は、下部領域よりもガス拡散性が高いため、より多くの反応ガスを一次流路から上部領域に流通させることができる。これにより、反応ガスの流れによって一次流路（特に一次流路内の上部）に存在する水を上部領域を介して二次流路へと移動させることができる。これにより、一次流路内に水が滞留する可能性を低減できるため、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。   In the lower region, the direction in which gravity is applied and the flow of the reactive gas are in the same direction (downward direction of gravity), so that water that connects the primary flow path and the secondary flow path (also referred to as “water path”) is likely to occur. When the water path is generated, water can be easily moved from the primary flow path to the secondary flow path located below the primary flow path using the differential pressure between the primary flow path and the secondary flow path. On the other hand, the upper region is different in the direction in which gravity is applied (downward direction of gravity) and the flow of reactive gas (upward direction of gravity), so the water path from the primary channel to the secondary channel located above the primary channel. Is difficult to generate. Therefore, it is necessary to move water using the flow of the reaction gas. According to the fuel cell described in Application Example 3, since at least a part of the upper region has higher gas diffusibility than the lower region, more reactive gas can be circulated from the primary flow path to the upper region. Thereby, the water which exists in a primary flow path (especially upper part in a primary flow path) with the flow of a reactive gas can be moved to a secondary flow path via an upper area | region. Thereby, since possibility that water will stay in a primary flow path can be reduced, possibility that dispersion | variation will arise in the quantity of the reactive gas supplied to an electrode can be reduced.

［適用例４］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記下部領域の少なくとも一部は、前記上部領域よりも高いガス拡散性を有する、燃料電池。
下部領域では、重力が加わる方向と反応ガスの流れが同じ方向（重力下方向）であるため、上部領域に比べ多くの水が存在する傾向にある。適用例４に記載の燃料電池によれば、下部領域の少なくとも一部は、上部領域よりも高いガス拡散性を有することから、一次流路を流れる第１の反応ガスのより多くを下部領域に分配することができる。よって、第１の反応ガスの流れによって、下部領域の水を二次流路へと容易に移動させることができる。これにより、下部領域に滞留する水の量を低減できるため第１のガス拡散層内の面方向の水の分布のばらつきを低減できる。よって、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。 [Application Example 4] The fuel cell according to Application Example 1,
At least a part of the lower region has a higher gas diffusibility than the upper region.
In the lower region, the direction in which gravity is applied and the flow of the reactive gas are in the same direction (downward direction of gravity), so there is a tendency that more water exists than in the upper region. According to the fuel cell described in Application Example 4, since at least a part of the lower region has higher gas diffusibility than the upper region, more of the first reaction gas flowing through the primary flow path is in the lower region. Can be distributed. Therefore, the water in the lower region can be easily moved to the secondary flow path by the flow of the first reaction gas. Thereby, since the amount of water staying in the lower region can be reduced, variation in the distribution of water in the surface direction in the first gas diffusion layer can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the possibility of variations in the amount of reaction gas supplied to the electrode.

［適用例５］適用例３又は適用例４に記載の燃料電池であって、
前記上部領域と前記下部領域のいずれか一方の少なくとも一部は、他の領域よりも透気度が高い部分を有する、燃料電池。
一般に、透気度が高いほど、ガス拡散性が高くなる。適用例５に記載の燃料電池によれば、上部領域と下部領域のいずれか一方の一部の透気度を、他の領域の透気度よりも高くすることで、第１のガス拡散層内の面方向の水の分布のばらつきを低減できる。ここで、「透気度」とは、板状（膜状）の繊維基材や多孔質基材について、一方の面の側と他方の面の側との間に所定の圧力差を付与したときに、当該基材を厚み方向に通過する気体の単位時間あたりの量として求めることができる値である。 [Application Example 5] The fuel cell according to Application Example 3 or Application Example 4,
At least a part of any one of the upper region and the lower region has a portion having a higher air permeability than other regions.
In general, the higher the air permeability, the higher the gas diffusibility. According to the fuel cell described in Application Example 5, the first gas diffusion layer is formed by making the air permeability of one of the upper region and the lower region higher than the air permeability of the other region. The variation in the water distribution in the surface direction can be reduced. Here, “air permeability” refers to a plate-like (film-like) fiber base material or porous base material, which gives a predetermined pressure difference between one surface side and the other surface side. Sometimes, the value can be obtained as the amount per unit time of the gas passing through the substrate in the thickness direction.

［適用例６］適用例３に記載の燃料電池であって、
前記上部領域に、前記一次流路と前記二次流路とを繋ぐように切り込みが形成されている、燃料電池。
適用例６に記載の燃料電池によれば、第１のガス拡散層に切り込みを形成することで容易にガス拡散性の程度を高くすることができる。 [Application Example 6] The fuel cell according to Application Example 3,
A fuel cell, wherein a cut is formed in the upper region so as to connect the primary flow path and the secondary flow path.
According to the fuel cell described in Application Example 6, the degree of gas diffusibility can be easily increased by forming a cut in the first gas diffusion layer.

［適用例７］適用例６に記載の燃料電池であって、
前記切り込みは、前記一次流路側から前記二次流路側に向かうに従い、前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、下流側に位置するように形成されている、燃料電池。
適用例７に記載の燃料電池によれば、一次流路と二次流路の反応ガスの流れ方向に沿って切り込みが形成されていることから、第１の反応ガスの流れを効率良く利用して一次流路の水を切り込みを介して二次流路に移動させることができる。これにより、第１のガス拡散層内の面方向の水の分布のばらつきを低減し、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。 [Application Example 7] The fuel cell according to Application Example 6,
The notch is formed so as to be positioned on the downstream side in the flow direction of the first reaction gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path from the primary flow path side toward the secondary flow path side. A fuel cell.
According to the fuel cell described in Application Example 7, since the cut is formed along the flow direction of the reaction gas in the primary flow path and the secondary flow path, the flow of the first reaction gas is efficiently used. Thus, the water in the primary channel can be moved to the secondary channel through the notch. Thereby, variation in the distribution of water in the surface direction in the first gas diffusion layer can be reduced, and the possibility of variation in the amount of reaction gas supplied to the electrode can be reduced.

［適用例８］適用例６又は適用例７に記載の燃料電池であって、
前記切り込みは、複数箇所に形成され、
前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、
上流側から下流側に向かうに従って、隣り合う前記切り込みの距離が短くなる、燃料電池。
一般に、一次流路や二次流路の反応ガスの流れ方向について、一次流路において、下流側の方が上流側よりも存在する水の量が多くなる傾向にある。適用例９に記載の燃料電池によれば、下流側に向かうに従って、隣り合う切り込み同士の距離が短くなることから、より多くの水が存在する領域部分において、切り込みを介して一次流路から二次流路により多くの水を移動させることができる。これにより、一次流路内に水が滞留する可能性をより低減できるため、電極に供給される反応ガスの量をより均一にできる。 [Application Example 8] The fuel cell according to Application Example 6 or Application Example 7,
The notches are formed at a plurality of locations,
About the flow direction of the first reaction gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path,
The fuel cell in which the distance between the adjacent cuts becomes shorter from the upstream side toward the downstream side.
In general, with respect to the flow direction of the reaction gas in the primary flow path and the secondary flow path, the amount of water present on the downstream side tends to be larger in the primary flow path than on the upstream side. According to the fuel cell described in Application Example 9, since the distance between adjacent cuts becomes shorter toward the downstream side, in the region where more water is present, the distance from the primary flow path through the cut is increased. More water can be moved to the next flow path. Thereby, since possibility that water will retain in a primary channel can be reduced more, the quantity of reaction gas supplied to an electrode can be made more uniform.

［適用例９］適用例８に記載の燃料電池であって、
前記上流側から前記下流側に向かうに従って、前記切り込みの幅が大きくなる、燃料電池。
適用例９に記載の燃料電池によれば、一次流路の下流側に存在するより多くの水を、切り込みを介して一次流路から二次流路へと移動させることができる。これにより、一次流路内に水が滞留する可能性をより低減できるため、電極に供給される反応ガスの量をより均一にできる。 [Application Example 9] The fuel cell according to Application Example 8,
A fuel cell in which the width of the cut increases as it goes from the upstream side to the downstream side.
According to the fuel cell described in Application Example 9, more water present on the downstream side of the primary flow path can be moved from the primary flow path to the secondary flow path through the cut. Thereby, since possibility that water will retain in a primary channel can be reduced more, the quantity of reaction gas supplied to an electrode can be made more uniform.

［適用例１０］適用例１，適用例３，適用例４のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記上部流路壁部と前記下部流路壁部のいずれか一方の流路壁部は、他方の流路壁部よりも幅の小さい狭小部分を有する、燃料電池。
適用例１０に記載の燃料電池によれば、第１のセパレータの流路壁部の幅を小さくすることによって、幅を小さくした流路壁部と重なる第１のガス拡散層のガス拡散性の程度を容易に高くすることができる。 [Application Example 10] The fuel cell according to any one of Application Example 1, Application Example 3, and Application Example 4,
Either one of the upper channel wall and the lower channel wall has a narrow portion having a smaller width than the other channel wall.
According to the fuel cell described in Application Example 10, by reducing the width of the flow path wall portion of the first separator, the gas diffusibility of the first gas diffusion layer overlapping the flow path wall portion having a reduced width is achieved. The degree can be easily increased.

［適用例１１］適用例１０に記載の燃料電池であって、
前記狭小部分の幅は、前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、上流側から下流側に向かうに従って単調減少する、燃料電池。
適用例１１に記載の燃料電池によれば、水がより多く存在する一次流路及び第１のガス拡散層の下流側に向かうに従ってガス拡散性の程度を高くすることで、下流側に存在するより多くの水を一次流路から二次流路に容易に移動させることができる。これにより、第１の反応ガスの流通を良好に維持でき、電極に供給される反応ガスの量にばらつきが生じる可能性を低減できる。 [Application Example 11] The fuel cell according to Application Example 10,
The width of the narrow portion monotonously decreases in the flow direction of the first reactive gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path from the upstream side toward the downstream side.
According to the fuel cell described in the application example 11, the degree of gas diffusivity is increased toward the downstream side of the primary flow path and the first gas diffusion layer where more water is present, thereby existing on the downstream side. More water can be easily moved from the primary channel to the secondary channel. As a result, the flow of the first reactive gas can be maintained satisfactorily, and the possibility of variations in the amount of reactive gas supplied to the electrode can be reduced.

［適用例１２］適用例１，適用例３，適用例４のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記上部領域と前記下部領域のいずれか一方の領域は、他方の領域よりも厚みの大きい肉厚部分を有する、燃料電池。
適用例１２に記載の燃料電池によれば、第１のガス拡散層の厚みを大きくすることで、ガス拡散性の程度を容易に高くすることができる。 [Application Example 12] The fuel cell according to any one of Application Example 1, Application Example 3, and Application Example 4,
Either one of the upper region and the lower region has a thick portion that is thicker than the other region.
According to the fuel cell described in Application Example 12, the degree of gas diffusibility can be easily increased by increasing the thickness of the first gas diffusion layer.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば燃料電池、燃料電池を搭載する車両等の移動体等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell, a moving body such as a vehicle on which the fuel cell is mounted, and the like.

本発明の第１実施例としての燃料電池１の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell 1 as a first embodiment of the present invention. アノードセパレータ３０の詳細構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining a detailed configuration of an anode separator 30. FIG. カソードセパレータ５０の詳細構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining a detailed configuration of a cathode separator 50. FIG. 発電モジュール２０の詳細構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining a detailed configuration of a power generation module 20. FIG. 第１実施例の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of 1st Example. 比較例の燃料電池１ｋを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1k of a comparative example. 第２実施例の燃料電池１ａを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1a of 2nd Example. 第３実施例の燃料電池１ｂを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1b of 3rd Example. 第３実施例の変形態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deformation | transformation aspect of 3rd Example. 第４実施例のアノードセパレータ３０ｃを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the anode separator 30c of 4th Example. 第４実施例の燃料電池１ｄを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1d of 4th Example. 第４実施例の変形態様のアノードセパレータ３０ｄを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the anode separator 30d of the deformation | transformation aspect of 4th Example. 第５実施例のアノードセパレータ３０ｅについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the anode separator 30e of 5th Example. 第５実施例の燃料電池１ｅを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1e of 5th Example. 幅Ｔｆと幅Ｔｇの好ましい設定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the preferable setting method of width Tf and width Tg. 第６及び第７実施例の燃料電池１ｆ，１ｇを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cells 1f and 1g of 6th and 7th Example. 第８実施例の燃料電池１ｈを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell 1h of 8th Example.

次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．各種実施例及び変形態様：
Ｂ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order.
A. Various embodiments and variations:
B. Variations:

Ａ．各種実施例及び変形態様：
Ａ−１：第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池１の構成を示す概略図である。図１では方向を特定するために互いに直交するＸＹＺ軸を付している。なお、これ以降の図についても、必要に応じて互いに直交するＸＹＺ軸を付している。燃料電池１は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池１は、例えば車両等の移動体に搭載され、移動体の動力源として使用される。また、定置型の家庭用電源としても使用される。燃料電池１の設置状態では、Ｚ軸方向が重力方向となり、Ｚ軸負方向が重力下方向となる。燃料電池１は、複数の単セル１０が積層されたスタック構造を有する。単セル１０は、発電モジュール２０と、発電モジュール２０を挟むように両側に積層（配置）されたアノードセパレータ３０及びカソードセパレータ５０とを備える。 A. Various embodiments and variations:
A-1: First embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell 1 as a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, XYZ axes orthogonal to each other are attached in order to specify the direction. In the following drawings, XYZ axes orthogonal to each other are attached as necessary. The fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by receiving supply of hydrogen and oxygen. The fuel cell 1 is mounted on a moving body such as a vehicle, and is used as a power source for the moving body. It is also used as a stationary household power source. In the installed state of the fuel cell 1, the Z-axis direction is the gravity direction, and the Z-axis negative direction is the gravity downward direction. The fuel cell 1 has a stack structure in which a plurality of single cells 10 are stacked. The single cell 10 includes a power generation module 20 and an anode separator 30 and a cathode separator 50 that are stacked (arranged) on both sides so as to sandwich the power generation module 20.

発電モジュール２０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２７と、ＭＥＡ２７の両側を挟むように積層（配置）されたアノードガス拡散層２４及びカソードガス拡散層２５と、を備える。ＭＥＡ２７は、電解質膜２１と、電解質膜２１の両側を挟むように積層（配置）された電極としてアノード２２及びカソード２３と、を備える。   The power generation module 20 includes a membrane electrode assembly (MEA) 27, and an anode gas diffusion layer 24 and a cathode gas diffusion layer 25 stacked (arranged) so as to sandwich both sides of the MEA 27. The MEA 27 includes an electrolyte membrane 21 and an anode 22 and a cathode 23 as electrodes stacked (arranged) so as to sandwich both sides of the electrolyte membrane 21.

電解質膜２１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。すなわち、電解質膜２１は、固体高分子電解質膜である。   The electrolyte membrane 21 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. That is, the electrolyte membrane 21 is a solid polymer electrolyte membrane.

アノード２２及びカソード２３は、触媒（例えば白金、あるいは白金合金）を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体（例えば、カーボン粒子）上に担持させることによって形成されている。アノード２２及びカソード２３を形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜２１を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜２１上に塗布すればよい。なお、アノード２２及びカソード２３は全域に亘って電気化学的表面積（ＥＳＣＡ）が略均一になるように作製されている。   The anode 22 and the cathode 23 include a catalyst (for example, platinum or a platinum alloy), and are formed by supporting these catalysts on a conductive carrier (for example, carbon particles). In order to form the anode 22 and the cathode 23, for example, a carbon powder carrying a catalyst metal such as platinum is prepared, and a paste using this catalyst-carrying carbon and an electrolyte similar to the electrolyte constituting the electrolyte membrane 21 is prepared. And the prepared catalyst paste may be applied onto the electrolyte membrane 21. The anode 22 and the cathode 23 are fabricated so that the electrochemical surface area (ESCA) is substantially uniform over the entire area.

アノードガス拡散層２４及びカソードガス拡散層２５は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス等によって形成することができる。また、多孔質の金属焼結体を用いて形成することもできる。ＭＥＡ２７とガス拡散層２４，２５とは、ＭＥＡ２７をガス拡散層２４，２５によって挟持して、プレス接合することによって一体化されている。２つのガス拡散層２４，２５は各セパレータ３０，５０から供給された反応ガスを拡散させるために用いられる。   The anode gas diffusion layer 24 and the cathode gas diffusion layer 25 can be formed of a gas permeable conductive member such as carbon paper or carbon cloth. It can also be formed using a porous sintered metal. The MEA 27 and the gas diffusion layers 24 and 25 are integrated by sandwiching the MEA 27 between the gas diffusion layers 24 and 25 and press-bonding them. The two gas diffusion layers 24 and 25 are used to diffuse the reaction gas supplied from the separators 30 and 50.

２つのセパレータ３０，５０は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成される板状部材である。各セパレータ３０，５０のうち発電モジュール２０と対向する側の面には、反応ガス（酸化剤ガスとしての空気、燃料ガスとしての水素）を発電モジュール２０に供給するための凹状（溝状）の反応ガス流路３２，５２が形成されている。具体的には、反応ガス流路３２，５２は、外部から供給された反応ガスが流通する一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎと、反応ガスを外部へ排出するための二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔとを備える。燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔとは上下に交互になるように配置されている。すなわち、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎの上下に二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔが位置する。燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎ、及び、二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔは、略平行に延びている。図中の矢印の向きに示すように、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎを流れる反応ガスは、ガス拡散層２４，２５を介して二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔに流入する。すなわち、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔは、発電モジュール２０を介して連通している。   The two separators 30 and 50 are gas-impervious conductive members, for example, plate-shaped members formed of a metal material such as dense carbon that has been compressed by impregnating carbon, baked carbon, or stainless steel. It is. A concave surface (groove shape) for supplying a reaction gas (air as an oxidant gas, hydrogen as a fuel gas) to the power generation module 20 on the surface of each separator 30, 50 facing the power generation module 20. Reaction gas flow paths 32 and 52 are formed. Specifically, the reaction gas flow paths 32 and 52 include primary flow paths 32in and 52in through which a reaction gas supplied from the outside flows and secondary flow paths 32out and 52out for discharging the reaction gas to the outside. Prepare. In the installed state of the fuel cell 1, the primary flow paths 32in and 52in and the secondary flow paths 32out and 52out are alternately arranged up and down. That is, in the installed state of the fuel cell 1, the secondary flow paths 32out and 52out are positioned above and below the primary flow paths 32in and 52in. In the installed state of the fuel cell 1, the primary flow paths 32in and 52in and the secondary flow paths 32out and 52out extend substantially in parallel. As indicated by the direction of the arrow in the figure, the reaction gas flowing through the primary flow paths 32in and 52in flows into the secondary flow paths 32out and 52out through the gas diffusion layers 24 and 25. That is, the primary flow paths 32in and 52in and the secondary flow paths 32out and 52out communicate with each other via the power generation module 20.

２つのセパレータ３０，５０には、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎと、二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔとの間に配置された凸状の流路壁部３５，５５が設けられている。流路壁部３５，５５は、セパレータ３０，５０の面方向において一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔ，５２ｏｕｔとを区画する。また、燃料電池１の設置状態において、流路壁部３５は、上部流路壁部３５ｆ，５５ｆと、下部流路壁部３５ｇ，５５ｇと、を備える。上部流路壁部３５ｆ、５５ｆは、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎの上側に位置する。下部流路壁部３５ｇ，５５ｇは、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎ，５２ｉｎの下側に位置する。各セパレータ３０，５０における、上部流路壁部３５ｆ，５５ｆと、下部流路壁部３５ｇ，５５とは略同一の幅を有する。   The two separators 30 and 50 are provided with convex channel walls 35 and 55 disposed between the primary channels 32in and 52in and the secondary channels 32out and 52out. The flow path walls 35 and 55 partition the primary flow paths 32in and 52in and the secondary flow paths 32out and 52out in the surface direction of the separators 30 and 50, respectively. Further, in the installed state of the fuel cell 1, the flow path wall 35 includes upper flow path walls 35f and 55f and lower flow path walls 35g and 55g. The upper flow path walls 35f and 55f are located above the primary flow paths 32in and 52in in the installed state of the fuel cell 1. The lower flow path wall portions 35g and 55g are located below the primary flow paths 32in and 52in when the fuel cell 1 is installed. In each separator 30, 50, the upper flow path wall portions 35f, 55f and the lower flow path wall portions 35g, 55 have substantially the same width.

図２は、アノードセパレータ３０の詳細構成を説明するための図である。図２は、アノードガス拡散層２４と対向（接触）する側の面を図示している。また、図２には、アノードセパレータ３０に設けられた流路を通過する水素の流れを矢印で図示している。なお図２には、発電モジュール２０（図１）のうち、発電領域ＧＥ（詳細は後述）の外縁と重なる部分が一点鎖線で図示されている。   FIG. 2 is a diagram for explaining a detailed configuration of the anode separator 30. FIG. 2 illustrates a surface facing (contacting) the anode gas diffusion layer 24. Further, in FIG. 2, the flow of hydrogen passing through the flow path provided in the anode separator 30 is illustrated by arrows. In FIG. 2, a portion of the power generation module 20 (FIG. 1) that overlaps the outer edge of the power generation region GE (details will be described later) is indicated by a one-dot chain line.

アノードセパレータ３０の外周部分には、反応ガスや冷却媒体（例えば、冷却水）が流通するマニホールドＭ１〜Ｍ６が貫通孔として設けられている。また、アノードセパレータ３０には、供給側連絡流路３１と、分配流路３８と、一次流路３２ｉｎと、二次流路３２ｏｕｔと、合流流路３６と、排出側連絡流路３７と、を備える。マニホールドＭ１〜Ｍ６は、複数の単セル１０を積層し燃料電池１が組み立てられた場合に、積層方向に延びる流路を形成する。燃料ガス供給マニホールドＭ１には、外部からの水素が流通する。燃料ガス排出マニホールドＭ２には、外部に排出される水素や水が流通する。なお、排出される水素の少なくとも一部は、再び燃料ガス供給マニホールドＭ１に供給され、発電モジュール２０における電気化学反応に利用しても良い。酸化剤ガス供給マニホールドＭ３には、外部からの空気（酸素）が流通する。酸化剤ガス排出マニホールドＭ４には、外部に排出される空気や水が流通する。冷却媒体供給マニホールドＭ５には、外部からの冷却水が流通する。冷却媒体排出マニホールドＭ６には、外部へ排出される冷却水が流通する。冷却媒体排出マニホールドＭ６を流通した冷却水は、再び冷却媒体供給マニホールドＭ５に供給され利用される。冷却水は、燃料電池１の温度調節のために用いられる。 Manifolds M <b> 1 to M <b> 6 through which a reaction gas and a cooling medium (for example, cooling water) flow are provided as through holes in the outer peripheral portion of the anode separator 30. The anode separator 30 includes a supply-side communication channel 31, a distribution channel 38, a primary channel 32in, a secondary channel 32out, a merging channel 36, and a discharge-side communication channel 37. Prepare. The manifolds M1 to M6 form a flow path extending in the stacking direction when the plurality of single cells 10 are stacked and the fuel cell 1 is assembled. Hydrogen from the outside flows through the fuel gas supply manifold M1. Hydrogen and water discharged to the outside flow through the fuel gas discharge manifold M2. At least a part of the discharged hydrogen may be supplied again to the fuel gas supply manifold M1 and used for the electrochemical reaction in the power generation module 20. Air (oxygen) from the outside flows through the oxidant gas supply manifold M3. Air or water discharged to the outside flows through the oxidant gas discharge manifold M4. Cooling water from the outside flows through the cooling medium supply manifold M5. Cooling water discharged to the outside flows through the cooling medium discharge manifold M6. The cooling water flowing through the cooling medium discharge manifold M6 is supplied again to the cooling medium supply manifold M5 and used. The cooling water is used for adjusting the temperature of the fuel cell 1.

分配流路３８は、供給側連絡流路３１を介して燃料ガス供給マニホールドＭ１から流入した水素を各一次流路３２ｉｎに分配するための流路である。分配流路３８は、凹状であり底面には水素の流れ方向を分散させるための複数の突起部３３が設けられている。各突起部３３は、各一次流路３２ｉｎへの水素の分配量が均一化されるように、略千鳥状に配列されている。   The distribution flow path 38 is a flow path for distributing the hydrogen flowing from the fuel gas supply manifold M1 through the supply side communication flow path 31 to each primary flow path 32in. The distribution channel 38 is concave, and a plurality of projections 33 for dispersing the hydrogen flow direction are provided on the bottom surface. The protrusions 33 are arranged in a substantially zigzag pattern so that the distribution amount of hydrogen to the primary flow paths 32in is made uniform.

一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔは、燃料電池１の設置状態において略水平方向に直線状に延びる凹状の流路である。また、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔは、交互になるようにアノードセパレータ３０に設けられている。また、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔは上下方向について異なる位置に配置される。すなわち、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔとは互いに噛み合う略櫛歯状となるようにアノードセパレータ３０に設けられている。   The primary flow path 32in and the secondary flow path 32out are concave flow paths that extend linearly in a substantially horizontal direction when the fuel cell 1 is installed. Moreover, the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out are provided in the anode separator 30 so that it may become alternate. Further, in the installed state of the fuel cell 1, the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out are arranged at different positions in the vertical direction. That is, the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out are provided in the anode separator 30 so as to have a substantially comb-like shape that meshes with each other.

反応ガス（水素）の流れ方向について、一次流路３２ｉｎは下流側が閉塞している。具体的には、一次流路３２ｉｎの下流側末端は、凸状の壁部が設けられることで閉塞している。反応ガス（水素）の流れ方向について、二次流路３２ｏｕｔは上流側が閉塞している。具体的には、二次流路３２ｏｕｔの上流側末端は、凸状の壁部が設けられることで閉塞している。   With respect to the flow direction of the reaction gas (hydrogen), the primary flow path 32in is closed on the downstream side. Specifically, the downstream end of the primary flow path 32in is closed by providing a convex wall portion. With respect to the flow direction of the reaction gas (hydrogen), the secondary flow path 32out is closed on the upstream side. Specifically, the upstream end of the secondary flow path 32out is closed by providing a convex wall portion.

合流流路３６は、各二次流路３２ｏｕｔからの反応ガス（水素）や水が流入する。合流流路３６に流入した水素や水は、排出側連絡流路３７を介して燃料ガス排出マニホールドＭ２に流入する。なお、合流流路３６の底面にも、分配流路３８と同様に複数の突起部３３が設けられている。なお、アノードセパレータ３０の他方の面には、冷却水が流通する流路（図示せず）が形成されている。   In the merge channel 36, the reaction gas (hydrogen) or water from each secondary channel 32out flows. The hydrogen and water that have flowed into the merging flow path 36 flow into the fuel gas discharge manifold M2 via the discharge side communication flow path 37. Note that a plurality of protrusions 33 are also provided on the bottom surface of the confluence channel 36, similar to the distribution channel 38. A channel (not shown) through which cooling water flows is formed on the other surface of the anode separator 30.

図３は、カソードセパレータ５０の詳細構成を説明するための図である。図３は、カソードガス拡散層２５と対向（接触）する側の面を図示している。また、図３には、カソードセパレータ５０に設けられた流路を通過する空気の流れを矢印で図示している。なお図３には、発電モジュール２０（図１）のうち、発電領域ＧＥ（詳細は後述）の外縁と重なる部分が一点鎖線で図示されている。   FIG. 3 is a diagram for explaining a detailed configuration of the cathode separator 50. FIG. 3 illustrates a surface facing (contacting) the cathode gas diffusion layer 25. Further, in FIG. 3, the flow of air passing through the flow path provided in the cathode separator 50 is illustrated by arrows. In FIG. 3, a portion of the power generation module 20 (FIG. 1) that overlaps the outer edge of the power generation region GE (details will be described later) is indicated by a one-dot chain line.

カソードセパレータ５０の外周部分には、アノードセパレータ３０と同様に、反応ガスや冷却媒体（例えば、冷却水）のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が貫通孔として設けられている。マニホールドＭ１〜Ｍ６は、燃料電池１としてカソードセパレータ５０が積層された場合に、他の構成部材（例えば、アノードセパレータ３０）に設けられたマニホールドＭ１〜Ｍ６と重なるように設けられている。また、カソードセパレータ５０には、アノードセパレータ３０と同様に、供給側連絡流路５１と、分配流路５８と、一次流路５２ｉｎと、二次流路５２ｏｕｔと、合流流路３６と、排出側連絡流路５７と、を備える。なお、各流路の名称に付している符号は異なるが、アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ５０に設けられた各流路は、同様の構成である。また、カソードセパレータ５０の分配流路５８及び合流流路５６の底面には、アノードセパレータ３０と同様に突起部５３が設けられている。なお、カソードセパレータ５０の他方の面には、冷却水が流通する流路（図示せず）が形成されている。   Similar to the anode separator 30, manifolds M <b> 1 to M <b> 6 for reaction gas and a cooling medium (for example, cooling water) are provided in the outer peripheral portion of the cathode separator 50 as through holes. The manifolds M1 to M6 are provided so as to overlap with the manifolds M1 to M6 provided on other components (for example, the anode separator 30) when the cathode separator 50 is stacked as the fuel cell 1. Similarly to the anode separator 30, the cathode separator 50 includes a supply side communication channel 51, a distribution channel 58, a primary channel 52 in, a secondary channel 52 out, a merge channel 36, and a discharge side. And a communication channel 57. In addition, although the code | symbol attached | subjected to the name of each flow path differs, each flow path provided in the anode separator 30 and the cathode separator 50 is the same structure. Similarly to the anode separator 30, a protrusion 53 is provided on the bottom surfaces of the distribution channel 58 and the merge channel 56 of the cathode separator 50. A flow path (not shown) through which cooling water flows is formed on the other surface of the cathode separator 50.

図４は、発電モジュール２０の詳細構成を説明するための図である。図４は、発電モジュール２０の２つの面のうち、アノードガス拡散層２４側の面の構成を示している。また、理解の容易のために、アノードセパレータ３０に設けられた反応ガス流路３２を流れる水素の流れを矢印で示している。さらに、アノードセパレータ３０の流路壁部３５が重なる領域を破線で示している。なお、カソードガス拡散層２５側の面の構成は、アノードガス拡散層２４側の面の構成と同様であるため、図示を省略すると共に説明を省略する。   FIG. 4 is a diagram for explaining a detailed configuration of the power generation module 20. FIG. 4 shows the configuration of the two surfaces of the power generation module 20 on the anode gas diffusion layer 24 side. For easy understanding, the flow of hydrogen flowing through the reaction gas flow path 32 provided in the anode separator 30 is indicated by arrows. Furthermore, the area | region with which the flow-path wall part 35 of the anode separator 30 overlaps is shown with the broken line. The configuration of the surface on the cathode gas diffusion layer 25 side is the same as the configuration of the surface on the anode gas diffusion layer 24 side.

発電モジュール２０は、シール一体型膜電極接合体とも呼ばれる。発電モジュール２０は、電気化学反応が行われ発電に寄与する発電領域ＧＥと、発電領域ＧＥの外周に設けられた外周シール部２８とを備える。   The power generation module 20 is also called a seal-integrated membrane electrode assembly. The power generation module 20 includes a power generation region GE that performs an electrochemical reaction and contributes to power generation, and an outer peripheral seal portion 28 provided on the outer periphery of the power generation region GE.

アノードガス拡散層２４は、一次領域２４ｅと、上部領域２４ｆと、下部領域２４ｇと、二次上部領域２４ｈと、二次下部領域２４ｉとを備える。各領域２４ｅ〜２４ｉは、発電モジュール２０の各構成（電解質膜２１や電極２２，２３）の積層方向（Ｙ軸方向）に沿ってアノードガス拡散層２４を見たときに、アノードセパレータ３０の異なる構成とそれぞれ重なる。一次領域２４ｅは、一次流路３２ｉｎ（図２）と重なる領域である。上部領域２４ｆは、上部流路壁部３５ｆと重なる領域である。下部領域２４ｇは、下部流路壁部３５ｇと重なる領域である。二次上部領域２４ｈは、燃料電池１の設置状態において一次流路３２ｉｎと隣り合う二次流路３２ｏｕｔのうち、上側に位置する二次流路３２ｏｕｔと重なる領域である。二次下部領域２４ｉは、燃料電池１の設置状態において一次流路３２ｉｎと隣り合う二次流路３２ｏｕｔのうち、下側に位置する二次流路３２ｏｕｔと重なる領域である。   The anode gas diffusion layer 24 includes a primary region 24e, an upper region 24f, a lower region 24g, a secondary upper region 24h, and a secondary lower region 24i. The regions 24e to 24i are different from each other in the anode separator 30 when the anode gas diffusion layer 24 is viewed along the stacking direction (Y-axis direction) of each configuration (electrolyte membrane 21 and electrodes 22 and 23) of the power generation module 20. Each overlaps with the configuration. The primary region 24e is a region overlapping with the primary flow path 32in (FIG. 2). The upper region 24f is a region overlapping with the upper flow path wall portion 35f. The lower region 24g is a region overlapping with the lower flow path wall portion 35g. The secondary upper region 24h is a region that overlaps the secondary flow channel 32out located on the upper side of the secondary flow channel 32out adjacent to the primary flow channel 32in when the fuel cell 1 is installed. The secondary lower region 24i is a region that overlaps the secondary flow channel 32out located on the lower side of the secondary flow channel 32out adjacent to the primary flow channel 32in when the fuel cell 1 is installed.

アノードガス拡散層２４は、上部領域２４ｆが下部領域２４ｇを含む他の領域よりも親水性の程度が高くなるように構成されている。このようなアノードガス拡散層２４は、上部領域２４ｆにのみシリコンコートやプラズマ処理等の親水処理を行うことで作製される。また、上部領域２４ｆのみ親水性材料を用い、下部領域２４ｇを含む他の領域を上部領域２４ｆよりも親水性の程度が低い材料を用いてアノードガス拡散層２４を作製しても良い。例えば、上部領域２４ｆを二酸化チタン等のチタン酸化物で作製し、上部領域２４ｆを含む他の領域をカーボンペーパやカーボンクロスにより作製する。なお、発電モジュール２０のうち、カソードガス拡散層２５はカーボンペーパやカーボンクロスにより作製され、全領域に亘って親水性の程度は略同一である。親水性の高低は、水滴接触角の大小により判別でき、水滴接触角が低ければ親水性の程度が高いことになる。   The anode gas diffusion layer 24 is configured such that the upper region 24f is more hydrophilic than the other regions including the lower region 24g. Such an anode gas diffusion layer 24 is produced by performing hydrophilic treatment such as silicon coating or plasma treatment only on the upper region 24f. Alternatively, the anode gas diffusion layer 24 may be formed by using a hydrophilic material only in the upper region 24f and using a material having a lower degree of hydrophilicity than the upper region 24f in other regions including the lower region 24g. For example, the upper region 24f is made of a titanium oxide such as titanium dioxide, and the other region including the upper region 24f is made of carbon paper or carbon cloth. In the power generation module 20, the cathode gas diffusion layer 25 is made of carbon paper or carbon cloth, and the hydrophilicity is substantially the same over the entire region. The level of hydrophilicity can be determined by the size of the water droplet contact angle. If the water droplet contact angle is low, the degree of hydrophilicity is high.

外周シール部２８は、ＭＥＡ２７（図１）を一体的に保持すると共に、燃料電池１の外部への反応ガスや冷却媒体の漏洩を防止する。外周シール部２８は、樹脂部材をＭＥＡ２７の外周端を被覆するように射出成形することにより形成されている。   The outer peripheral seal portion 28 integrally holds the MEA 27 (FIG. 1) and prevents leakage of the reaction gas and the cooling medium to the outside of the fuel cell 1. The outer peripheral seal portion 28 is formed by injection molding a resin member so as to cover the outer peripheral end of the MEA 27.

外周シール部２８には、２つのセパレータ３０，５０（図２，３）と同様に、反応ガスや冷却媒体のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が貫通孔として設けられている。マニホールドＭ１〜Ｍ６は、燃料電池１として発電モジュール２０が積層された場合に、他の構成部材（例えば、アノードセパレータ３０）に設けられたマニホールドＭ１〜Ｍ６と重なるように設けられている。   Similar to the two separators 30 and 50 (FIGS. 2 and 3), manifolds M1 to M6 for the reaction gas and the cooling medium are provided as through holes in the outer peripheral seal portion 28. When the power generation module 20 is stacked as the fuel cell 1, the manifolds M1 to M6 are provided so as to overlap with the manifolds M1 to M6 provided on other constituent members (for example, the anode separator 30).

図５は、第１実施例の効果を説明するための図である。図５（Ａ）は、燃料電池１を構成したときの、図４の５−５断面図におけるアノードセパレータ３０とアノードガス拡散層２４とを示す図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）をＹ軸正方向から見た場合の、アノードガス拡散層２４の表面近傍の様子を模式的に示した図である。図５（Ａ）には、アノードガス拡散層２４の各領域２４ｅ〜２４ｉの境界には破線を付している。図５（Ｂ）には、アノードガス拡散層２４の各領域２４ｅ〜２４ｉの境界には実線を付している。   FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the first embodiment. FIG. 5A is a diagram showing the anode separator 30 and the anode gas diffusion layer 24 in the 5-5 cross-sectional view of FIG. 4 when the fuel cell 1 is configured. FIG. 5B is a diagram schematically showing a state in the vicinity of the surface of the anode gas diffusion layer 24 when FIG. 5A is viewed from the positive Y-axis direction. In FIG. 5A, the dashed lines are attached to the boundaries between the regions 24 e to 24 i of the anode gas diffusion layer 24. In FIG. 5B, the solid lines are attached to the boundaries between the regions 24 e to 24 i of the anode gas diffusion layer 24.

図５（Ａ）に示すように、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１と下部３２ｉｎ２には水ＧＷが存在する。ここで、下部３２ｉｎ２に存在する水は、重力及び水素の流れによって、下部領域２４ｇを介して一次流路３２ｉｎの下側に位置する二次流路３２ｏｕｔの水と連続する。すなわち、下部領域２４ｇを介して一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔを繋ぐような水ＧＷ（「水パス」ともいう。）が生じる。水パスが生じると、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用して、一次流路３２ｉｎ及び下部領域２４ｇの水ＧＷを二次流路３２ｏｕｔに容易に移動させることができる。二次流路３２ｏｕｔに移動した水ＧＷは、反応ガスの流れによって下流側へと移動し、燃料ガス排出マニホールドＭ２から外部へ排出される。一般に、差圧を利用した方が水素の流れ（風速）を利用するよりも、水を移動させやすい。   As shown in FIG. 5A, in the installed state of the fuel cell 1, water GW exists in the upper part 32in1 and the lower part 32in2 of the primary flow path 32in. Here, the water existing in the lower part 32in2 continues to the water in the secondary flow path 32out located below the primary flow path 32in through the lower region 24g by the flow of gravity and hydrogen. That is, a water GW (also referred to as “water path”) that connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out through the lower region 24g is generated. When the water path is generated, the water GW in the primary flow path 32in and the lower region 24g can be easily moved to the secondary flow path 32out using the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. The water GW that has moved to the secondary flow path 32out moves to the downstream side by the flow of the reaction gas, and is discharged to the outside from the fuel gas discharge manifold M2. In general, using differential pressure makes it easier to move water than using hydrogen flow (wind speed).

また、上部領域２４ｆは他の領域に比べ親水性の程度が高いためことから、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔを繋ぐような水ＧＷ（水パス）の生成を促進することができる。よって、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用して、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎに存在する水ＧＷを二次流路３２ｏｕｔに容易に移動させることができる。二次流路３２ｏｕｔに移動した水ＧＷは、反応ガスの流れによって下流側へと移動し、燃料ガス排出マニホールドＭ２から外部へ排出される。   Further, since the upper region 24f has a higher degree of hydrophilicity than the other regions, the water GW (water path) connects the primary flow channel 32in and the secondary flow channel 32out located above the primary flow channel 32in. The generation of can be promoted. Therefore, the water GW existing in the upper part 32in of the primary flow path 32in can be easily moved to the secondary flow path 32out using the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. The water GW that has moved to the secondary flow path 32out moves to the downstream side by the flow of the reaction gas, and is discharged to the outside from the fuel gas discharge manifold M2.

さらに理解の容易のために、図５（Ｂ）を用いて水ＧＷの移動について説明を行う。上部領域２４ｆは下部領域２４ｇに比べ親水性の程度が高いために、上部領域２４ｆにおいても下部領域２４ｇと同様に、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔとを繋ぐ水の生成が促進される。これにより、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用して、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１及び下部３２ｉｎ２に存在する水ＧＷを、上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇを介して二次流路３２ｏｕｔへと容易に移動させることができる。特に、一次流路３２ｉｎを流れる水素の流れ方向について、一次流路３２ｉｎの中流付近においても、一次流路３２ｉｎの水を上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇを介して二次流路３２ｏｕｔに移動させることができるため、一次流路３２ｉｎの下流側に大量の水が滞留する可能性を低減できる。以上より、一次流路３２ｉｎの上流側から下流側に亘って反応ガスである水素を効率良く流通させることができる。よって、アノード２２（図１）の面方向について、アノードに供給される水素の量にばらつきが生じる可能性を低減し、発電効率の低下を抑制できる。   For easier understanding, the movement of the water GW will be described with reference to FIG. Since the upper region 24f has a higher degree of hydrophilicity than the lower region 24g, in the upper region 24f as well as the lower region 24g, generation of water that connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out is promoted. . Thereby, the water GW existing in the upper part 32in1 and the lower part 32in2 of the primary flow path 32in is converted into the secondary through the upper area 24f and the lower area 24g using the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. It can be easily moved to the flow path 32out. In particular, with respect to the flow direction of hydrogen flowing through the primary flow path 32in, water in the primary flow path 32in is moved to the secondary flow path 32out via the upper region 24f and the lower region 24g even in the vicinity of the middle flow of the primary flow channel 32in. Therefore, the possibility that a large amount of water stays downstream of the primary flow path 32in can be reduced. As described above, hydrogen, which is a reaction gas, can be efficiently circulated from the upstream side to the downstream side of the primary flow path 32in. Therefore, with respect to the surface direction of the anode 22 (FIG. 1), the possibility of variations in the amount of hydrogen supplied to the anode can be reduced, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

図６は、比較例の燃料電池１ｋを説明するための図である。図６（Ａ）は図５（Ａ）に相当する図あり、図６（Ｂ）は図５（Ｂ）に相当する図である。比較例の燃料電池１ｋと第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ｋの構成の違いである。その他の構成については、第１実施例の燃料電池１の構成と同様の構成であるため、同様の構成いついては同一符号を付すと共に、説明を省略する。   FIG. 6 is a view for explaining a fuel cell 1k of a comparative example. 6A is a diagram corresponding to FIG. 5A, and FIG. 6B is a diagram corresponding to FIG. 5B. The difference between the fuel cell 1k of the comparative example and the fuel cell 1 of the first embodiment is the difference in the configuration of the anode gas diffusion layer 24k. Since other configurations are the same as the configurations of the fuel cell 1 of the first embodiment, the same configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

比較例の燃料電池１ｋのアノードガス拡散層２４ｋは全域において親水処理が施されていない部材（例えば、カーボンクロスやカーボンペーパ）により作製されている。図６（Ａ）に示すように、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの下側に位置する二次流路３２ｏｕｔとの間には、重力及び水素の流れ（風速）によってアノードガス拡散層２４ｋを介して一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔを繋ぐような水ＧＷが生成する。これにより、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、一次流路３２ｉｎの下部３２ｉｎ２に存在する水ＧＷは二次流路３２ｏｕｔに容易に移動し、外部へと排出される。一方、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に位置する水ＧＷは、水パスが形成されにくい。よって、水素の流れ（風速）によって、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔへと水ＧＷを移動させなければならない。しかしながら、重力に反して、水ＧＷを移動させる必要があるため、水ＧＷの一部は二次流路３２ｏｕｔに移動することなく一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に滞留することになる。一次流路３２ｉｎに水ＧＷが滞留すると、水素の流通が阻害される。特に、一次流路３２ｉｎの中流付近に滞留した水ＧＷは、水素の流れによって下流側へと移動し、一次流路３２ｉｎの下流側では大量に水が滞留する場合がある。よって、アノードガス拡散層２４ｋに水素を均一に流通させることができず、燃料電池１ｋの発電効率が低下する。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す破線の矢印は、水素は流通しているが水ＧＷは移動してない様子を示している。   The anode gas diffusion layer 24k of the fuel cell 1k of the comparative example is made of a member (for example, carbon cloth or carbon paper) that has not been subjected to a hydrophilic treatment throughout. As shown in FIG. 6A, between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out located below the primary flow path 32in, the anode gas diffusion layer 24k is caused by gravity and hydrogen flow (wind speed). Water GW is generated that connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out via the. Thereby, as shown in FIGS. 6A and 6B, the water GW existing in the lower portion 32in2 of the primary flow path 32in easily moves to the secondary flow path 32out and is discharged to the outside. On the other hand, the water GW located in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in is difficult to form a water path. Therefore, the water GW must be moved from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out located above the primary flow path 32in by the flow of hydrogen (wind speed). However, since it is necessary to move the water GW against the gravity, a part of the water GW stays in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in without moving to the secondary flow path 32out. If the water GW stays in the primary flow path 32in, the flow of hydrogen is hindered. In particular, the water GW staying in the vicinity of the midstream of the primary flow path 32in moves to the downstream side due to the flow of hydrogen, and a large amount of water may stay on the downstream side of the primary flow path 32in. Therefore, hydrogen cannot be uniformly circulated through the anode gas diffusion layer 24k, and the power generation efficiency of the fuel cell 1k is reduced. 6A and 6B, the broken-line arrows indicate that hydrogen is circulating but the water GW is not moving.

上記のように、第１実施例の燃料電池１は、アノードガス拡散層２４のうち、上部領域２４ｆは下部領域２４ｇを含む他の領域よりも親水性の程度が高いため、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎ上側の二次流路３２ｏｕｔを繋ぐ水（水パス）の生成を促進できる。これにより、一次流路３２ｉｎの下部３２ｉｎ２のみならず上部３２ｉｎ１に存在する水についても二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動させることができる。よって、一次流路３２ｉｎに滞留する水の量を低減し、一次流路３２ｉｎ内の水素の流通が阻害される可能性を低減できる。これにより、一次流路３２ｉｎの全域（全長）を利用して、アノードガス拡散層２４に水素を供給できる。よって、アノードガス拡散層２４全域で水素が拡散されてアノード２２に供給されるため、燃料電池の発電効率の低下を低減できる。また、一次流路３２ｉｎの下流（末端）に水が大量に滞留する可能性を低減できる。これにより、アノード２２の一部分が他の部分より水素濃度が低い部分（水素欠乏部分）が生じる可能性を低減できる。よって、水素欠乏部分の発生により生じる電極（特にカソード２３）の劣化を抑制できる。さらに、一次流路３２ｉｎ内に滞留する水の量を低減できるため、燃料電池１の発電を停止する際に、燃料電池１内の水を外部へ排気する動作を短時間で行うことができる。   As described above, in the fuel cell 1 of the first embodiment, in the anode gas diffusion layer 24, the upper region 24f has a higher degree of hydrophilicity than the other regions including the lower region 24g. It is possible to promote the generation of water (water path) that connects the secondary flow path 32out on the upper side of the primary flow path 32in. Thereby, not only the lower part 32in2 of the primary flow path 32in but also the water existing in the upper part 32in1 can be smoothly moved to the secondary flow path 32out. Therefore, the amount of water remaining in the primary flow path 32in can be reduced, and the possibility that the flow of hydrogen in the primary flow path 32in is hindered can be reduced. Thereby, hydrogen can be supplied to the anode gas diffusion layer 24 using the whole area (full length) of the primary flow path 32in. Therefore, since hydrogen is diffused throughout the anode gas diffusion layer 24 and supplied to the anode 22, a decrease in power generation efficiency of the fuel cell can be reduced. In addition, the possibility of a large amount of water remaining downstream (terminal) of the primary flow path 32in can be reduced. This can reduce the possibility that a part of the anode 22 has a lower hydrogen concentration (hydrogen deficient part) than the other part. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the electrode (particularly the cathode 23) caused by the generation of the hydrogen deficient portion. Further, since the amount of water staying in the primary flow path 32in can be reduced, when the power generation of the fuel cell 1 is stopped, the operation of exhausting the water in the fuel cell 1 to the outside can be performed in a short time.

なお、上記第１実施例では、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔの水素の流れ方向について、全長に亘って上部領域２４ｆが、下部領域２４ｇよりも親水性の程度を高い構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、上部領域２４ｆの上流端から下流端の間の少なくとも一部において、少なくとも下部領域２４ｇよりも親水性の程度が高い領域（「高親水性領域」ともいう。）が設けられていれば良い。このようにしても、上部領域２４ｆは、高親水性領域を一部に有することから、水パスの形成が促進され、差圧を利用して二次流路３２ｏｕｔに上部３２ｉｎ１に存在する水を容易に移動させることができる。なお、高親水性領域は、燃料電池１の設置状態において、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔを繋ぐように上下に亘って形成されることが好ましい。こうすることで、より一層水パスの形成を促進できる。   In the first embodiment, the upper region 24f has a higher degree of hydrophilicity than the lower region 24g over the entire length in the hydrogen flow direction of the primary channel 32in and the secondary channel 32out. However, the present invention is not limited to this. For example, at least a portion between the upstream end and the downstream end of the upper region 24f may be provided with a region having a higher degree of hydrophilicity than at least the lower region 24g (also referred to as a “highly hydrophilic region”). . Even in this case, since the upper region 24f has a highly hydrophilic region in part, formation of a water path is promoted, and the water present in the upper portion 32in1 is supplied to the secondary flow path 32out using the differential pressure. It can be moved easily. In addition, in the installation state of the fuel cell 1, it is preferable that the highly hydrophilic region is formed vertically so as to connect the primary channel 32in and the secondary channel 32out located above the primary channel 32in. By doing so, the formation of a water path can be further promoted.

Ａ−２．第２実施例：
図７は、第２実施例の燃料電池１ａを説明するための図である。図７（Ａ）は第１実施例の図５（Ａ）に相当する図であり、図７（Ｂ）は第１実施例の図５（Ｂ）に相当する図である。第２実施例の燃料電池１ａと第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ａの構成である。その他の構成（例えばアノードセパレータ３０等）は第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-2. Second embodiment:
FIG. 7 is a view for explaining the fuel cell 1a of the second embodiment. FIG. 7A is a diagram corresponding to FIG. 5A of the first embodiment, and FIG. 7B is a diagram corresponding to FIG. 5B of the first embodiment. The difference between the fuel cell 1a of the second embodiment and the fuel cell 1 of the first embodiment is the configuration of the anode gas diffusion layer 24a. Since other configurations (for example, the anode separator 30 and the like) are the same as those in the first embodiment, the same configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図７（Ａ）に示すように、アノードガス拡散層２４ａは、上部領域２４ｆが下部領域２４ｇを含む他の領域よりも透気度が高くなるように構成されている。このようなアノードガス拡散層２４ａは、例えばカーボンペーパの作製時に用いられるバインダの量を変えることで作製できる。より具体的には、例えば、上部領域２４ｆのバインダの量を他の領域よりも少なくすることで、上部領域２４ｆの透気度を高くできる。なお、アノードガス拡散層２４ａは、第１実施例と異なり上部領域２４ｆに親水処理を施すことや、親水性材料を用いることはしていない。よって、親水性の程度は各領域２４ｅ〜２４ｉにおいて略同一である。   As shown in FIG. 7A, the anode gas diffusion layer 24a is configured such that the upper region 24f has higher air permeability than other regions including the lower region 24g. Such an anode gas diffusion layer 24a can be produced, for example, by changing the amount of binder used when producing carbon paper. More specifically, for example, the air permeability of the upper region 24f can be increased by making the amount of the binder in the upper region 24f smaller than the other regions. In the anode gas diffusion layer 24a, unlike the first embodiment, the upper region 24f is not subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophilic material is used. Therefore, the degree of hydrophilicity is substantially the same in each of the regions 24e to 24i.

上部領域２４ｆが下部領域２４ｇよりも透気度が高いことで、上部領域２４ｆと下部領域２４ｇの透気度が同一の場合に比べ、一次流路３２ｉｎから上部領域２４ｆにより多くの水素を送り込む（分配する）ことができる。すなわち、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔへと流れる水素の風速を増加させることができる。これにより、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、水素の流れによって一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水ＧＷを上部領域２４ｆを介して二次流路３２ｏｕｔへと移動させることができる。また、一次流路３２ｉｎの下部３２ｉｎ２に存在する水ＧＷは、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用して二次流路３２ｏｕｔに容易に移動できる。   Since the upper region 24f has higher air permeability than the lower region 24g, more hydrogen is sent from the primary flow path 32in to the upper region 24f than when the upper region 24f and the lower region 24g have the same air permeability ( Can be distributed). That is, the wind speed of hydrogen flowing from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out located above the primary flow path 32in can be increased. Accordingly, as shown in FIGS. 7A and 7B, the water GW existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in is moved to the secondary flow path 32out through the upper region 24f by the flow of hydrogen. Can be made. Further, the water GW existing in the lower part 32in2 of the primary flow path 32in is easily moved to the secondary flow path 32out using the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out, as in the first embodiment. it can.

上記のように、第２実施例の燃料電池１ａは、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎの下部３２ｉｎ２のみならず上部３２ｉｎ１に存在する水についても二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動させることができる。よって、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎの全域（全長）に亘って、アノードガス拡散層２４ａに水素を供給できる。よって、アノードガス拡散層２４ａ全域で水素が拡散されてアノード２２に水素を供給されるため、燃料電池の発電効率の低下を低減できる。また、第１実施例と同様に、水素欠乏部分の発生により生じる電極（特にカソード２３）の劣化を抑制できる。さらに、第１実施例と同様に、燃料電池１の発電を停止する際に、燃料電池１内の水を外部へ排気する動作を短時間で行うことができる。また、上部領域２４ｆの透気度が高いため、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの圧力損失を低減でき、外部から燃料電池１内部に水素を供給するための動力の負荷を低減できる。   As described above, similarly to the first embodiment, the fuel cell 1a of the second embodiment smoothly moves not only the lower portion 32in2 of the primary flow path 32in but also the water present in the upper portion 32in1 to the secondary flow path 32out. Can be made. Therefore, similarly to the first embodiment, hydrogen can be supplied to the anode gas diffusion layer 24a over the entire area (full length) of the primary flow path 32in. Therefore, since hydrogen is diffused throughout the anode gas diffusion layer 24a and supplied to the anode 22, a reduction in power generation efficiency of the fuel cell can be reduced. Further, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the electrode (particularly the cathode 23) caused by the generation of the hydrogen deficient portion. Further, similarly to the first embodiment, when the power generation of the fuel cell 1 is stopped, the operation of exhausting the water in the fuel cell 1 to the outside can be performed in a short time. Further, since the air permeability of the upper region 24f is high, the pressure loss in the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out can be reduced, and the power load for supplying hydrogen into the fuel cell 1 from the outside can be reduced.

なお、第２実施例の燃料電池１ａにおいて、アノードガス拡散層２４ａの上部領域２４ｆが下部領域２４ｇを含む他の領域よりも親水性の程度が高くなるように構成しても良い。このようにすることで、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔとを繋ぐような水パスの生成が促進され、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔとの差圧を利用してよりスムーズに一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。   In the fuel cell 1a of the second embodiment, the upper region 24f of the anode gas diffusion layer 24a may be configured to have a higher degree of hydrophilicity than other regions including the lower region 24g. By doing in this way, generation | occurrence | production of the water path which connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out located above the primary flow path 32in is promoted, and the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out The water existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in can be moved to the secondary flow path 32out more smoothly using the differential pressure of.

なお、上記第２実施例では、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔの水素の流れ方向について、全長に亘って上部領域２４ｆが、下部領域２４ｇよりも透気度の程度が高い構成であったが、これに限定されるものではない。上部領域２４ｆの上流端から下流端の間の少なくとも一部において、少なくとも下部領域２４ｇよりも透気度の程度が高い部分（「高透気度部分」ともいう。）が設けられていれば良い。このようにしても、上部領域２４ｆは、高透気度部分を一部に有することから、高透気度部分では水素の風速が他の領域よりも増加する。よって、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を、水素の流れによって二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動できる。なお、高透気度部分は、燃料電池１ａの設置状態において、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔを繋ぐように上下に亘って形成することが好ましい。こうすることで、水素の流れによって、よりスムーズに一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を二次流路３２ｏｕｔに移動できる。   In the second embodiment, the upper region 24f has a higher degree of air permeability than the lower region 24g over the entire length in the hydrogen flow direction of the primary channel 32in and the secondary channel 32out. However, the present invention is not limited to this. At least a portion between the upstream end and the downstream end of the upper region 24f may be provided with a portion having a higher degree of air permeability than at least the lower region 24g (also referred to as a “high air permeability portion”). . Even in this case, since the upper region 24f has a high air permeability portion in part, the wind speed of hydrogen increases in the high air permeability portion as compared with other regions. Therefore, the water existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in can be smoothly moved to the secondary flow path 32out by the flow of hydrogen. In addition, it is preferable to form the high air permeability portion vertically so as to connect the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out located above the primary flow path 32in in the installed state of the fuel cell 1a. By doing so, the water existing in the upper portion 32in1 of the primary flow path 32in can be moved more smoothly to the secondary flow path 32out by the flow of hydrogen.

Ａ−３．第３実施例：
図８は、第３実施例の燃料電池１ｂを説明するための図である。図８（Ａ）は第１実施例の図５（Ａ）に相当する図であり、図８（Ｂ）は第１実施例の図５（Ｂ）に相当する図である。第３実施例の燃料電池１ｂと第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ａの構成である。その他の構成（例えばアノードセパレータ３０等）は第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-3. Third embodiment:
FIG. 8 is a view for explaining the fuel cell 1b of the third embodiment. FIG. 8A is a diagram corresponding to FIG. 5A of the first embodiment, and FIG. 8B is a diagram corresponding to FIG. 5B of the first embodiment. The difference between the fuel cell 1b of the third embodiment and the fuel cell 1 of the first embodiment is the configuration of the anode gas diffusion layer 24a. Since other configurations (for example, the anode separator 30 and the like) are the same as those in the first embodiment, the same configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

アノードガス拡散層２４ｂは、カーボンペーパやカーボンクロス等により作製される。アノードガス拡散層２４ｂは、第１実施例と異なり上部領域２４ｆに親水処理を施すことや、親水性材料を用いることはしていない。よって、親水性の程度は各領域２４ｅ〜２４ｉにおいて略同一である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、アノードガス拡散層２４ｂのうち、上部領域２４ｆには、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔとを繋ぐように切り込み２４ｚが形成されている。切り込み２４ｚは、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れ方向について、全長に亘って一定間隔毎に複数箇所形成されている。切り込み２４ｚを形成した領域は、アノードガス拡散層２４ｂの他の領域よりもガス拡散性が高い。なお、図８（Ｂ）には、複数箇所形成された切り込み２４ｚの一部を図示している。   The anode gas diffusion layer 24b is made of carbon paper, carbon cloth, or the like. Unlike the first embodiment, the anode gas diffusion layer 24b does not perform a hydrophilic treatment on the upper region 24f or use a hydrophilic material. Therefore, the degree of hydrophilicity is substantially the same in each of the regions 24e to 24i. As shown in FIGS. 8A and 8B, a cut 24z is formed in the upper region 24f of the anode gas diffusion layer 24b so as to connect the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. ing. The cuts 24z are formed at a plurality of positions at regular intervals over the entire length in the flow direction of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. The region where the cuts 24z are formed has a higher gas diffusibility than the other regions of the anode gas diffusion layer 24b. FIG. 8B shows a part of the cuts 24z formed at a plurality of locations.

また図８（Ｂ）に示すように、切り込み２４ｚは一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れに沿って形成されている。すなわち、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れ方向について、切り込み２４ｚは一次流路３２ｉｎ側から二次流路３２ｏｕｔ側に向かうに従い、下流側に位置するように形成されている。   As shown in FIG. 8B, the cut 24z is formed along the flow of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. That is, with respect to the flow direction of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out, the cut 24z is formed so as to be positioned on the downstream side from the primary flow path 32in side toward the secondary flow path 32out side. .

上記のように、上部領域２４ｆに切り込み２４ｚを形成することで、上部領域２４ｆは下部領域２４ｇよりも一方の側である一次流路３２ｉｎから他方の側である二次流路３２ｏｕｔに水素が移動しやすい領域を有する。これにより、切り込み２４ｚを通過する水素の風速は高くなり、水素の風速によって一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を切り込み２４ｚを介して二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動させることができる。また、切り込み２４ｚを形成することで、切り込み２４ｚを介して一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔを繋ぐような水パスの形成が促進される。切り込み２４ｚに水パスが形成されることで、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用して二次流路３２ｏｕｔによりスムーズに移動させることができる。なお、一次流路３２ｉｎの下部３２ｉｎ２に存在する水は、上記第１及び第２実施例と同様に、水パスを形成することで一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧を利用してスムーズに二次流路３２ｏｕｔへと移動する。よって、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎに滞留する水の量を低減し、一次流路３２ｉｎの水素の流通が阻害される可能性を低減できる。よって、アノードガス拡散層２４全域で水素が拡散されてアノード２２に水素を供給されるため、燃料電池の発電効率の低下を低減できる。また、第１実施例と同様に、水素欠乏部分の発生により生じる電極（特にカソード２３）の劣化を抑制できる。さらに、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎ内に滞留する水の量を低減できるため、燃料電池１の発電を停止する際に、燃料電池１内の水を外部へ排気する動作を短時間で行うことができる。   As described above, by forming the cut 24z in the upper region 24f, the upper region 24f moves from the primary channel 32in on one side to the secondary channel 32out on the other side of the lower region 24g. It has a region that is easy to do. Thereby, the wind speed of hydrogen passing through the cut 24z is increased, and the water existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in can be smoothly moved to the secondary flow path 32out via the cut 24z by the hydrogen wind speed. In addition, by forming the cut 24z, formation of a water path that connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out through the cut 24z is promoted. By forming a water path in the notch 24z, the water existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in is smoothly transferred to the secondary flow path 32out using the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. Can be moved. The water existing in the lower portion 32in2 of the primary flow path 32in uses the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out by forming a water path, as in the first and second embodiments. And smoothly moves to the secondary flow path 32out. Therefore, similarly to the first embodiment, the amount of water remaining in the primary flow path 32in can be reduced, and the possibility that the flow of hydrogen in the primary flow path 32in is hindered can be reduced. Therefore, since hydrogen is diffused throughout the anode gas diffusion layer 24 and supplied to the anode 22, a decrease in power generation efficiency of the fuel cell can be reduced. Further, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the electrode (particularly the cathode 23) caused by the generation of the hydrogen deficient portion. Further, as in the first embodiment, since the amount of water remaining in the primary flow path 32in can be reduced, the operation of exhausting the water in the fuel cell 1 to the outside when the power generation of the fuel cell 1 is stopped is performed. It can be done in a short time.

Ａ−３−１．第３実施例の変形態様：
図９は、第３実施例の変形態様を説明するための図である。図９（Ａ）は第３実施例の第１の変形態様を説明するための図である。図９（Ｂ）は第３実施例の第２の変形態様を説明するための図である。図９（Ａ）は、第１の変形態様のアノードガス拡散層２４ｂ１の構成を模式的に示した図であり、図８（Ｂ）に相当する図である。図９（Ｂ）は、第２変形態様のアノードガス拡散層２４ｂ２の構成を模式的に示した図であり、図８（Ｂ）に相当する図である。なお、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、アノードガス拡散層２４ｂ１，２４ｂ２の各領域２４ｅ〜２４ｉを全長に亘って図示している。また、図中の矢印の向きは、アノードセパレータ３０の一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素ガスの向きを表している。 A-3-1. Modification of the third embodiment:
FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the third embodiment. FIG. 9A is a view for explaining a first modification of the third embodiment. FIG. 9B is a view for explaining a second modification of the third embodiment. FIG. 9A is a diagram schematically showing the configuration of the anode gas diffusion layer 24b1 of the first modification, and corresponds to FIG. 8B. FIG. 9B is a diagram schematically showing the configuration of the anode gas diffusion layer 24b2 according to the second modification, and corresponds to FIG. 8B. 9A and 9B illustrate the respective regions 24e to 24i of the anode gas diffusion layers 24b1 and 24b2 over the entire length. Moreover, the direction of the arrow in the drawing represents the direction of hydrogen gas flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out of the anode separator 30.

上記第３実施例のアノードガス拡散層２４ｂ１では、上部領域２４ｆに形成された切り込み２４ｚは、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れ方向について、全長に亘って一定間隔毎に形成されていた（図８（Ｂ））。これに対し、第１変形態様のアノードガス拡散層２４ｂ１は、上部領域２４ｆに形成された切り込み２４ｚの間隔が、上流側から下流側に向かうに従って短くなっている。言い換えれば、上流側から下流側に向かうに従って、隣り合う切り込み２４ｚの距離Ｄが短くなっている。なお、その他の構成については、第３実施例と同様の構成であるため、説明は省略する。このようにすることで、第３実施例と同様の効果を奏する。また、アノードセパレータ３０の一次流路３２ｉｎに存在する水は、水素の流れと共に下流側に流される傾向にある。すなわち、一次流路３２ｉｎの長さ方向（Ｘ軸方向）において、下流側の方が上流側よりもより多くの水が存在する。よって、上部領域２４ｆの切り込み２４ｚを下流側に向かうに従い密に形成することで、一次流路３２ｉｎの下流側に存在する水を効率良く二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。   In the anode gas diffusion layer 24b1 of the third embodiment, the cuts 24z formed in the upper region 24f are arranged at regular intervals over the entire length in the flow direction of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. It was formed (FIG. 8B). On the other hand, in the anode gas diffusion layer 24b1 according to the first modification, the interval between the cuts 24z formed in the upper region 24f is shortened from the upstream side toward the downstream side. In other words, the distance D between the adjacent cuts 24z becomes shorter from the upstream side toward the downstream side. Other configurations are the same as those in the third embodiment, and thus the description thereof is omitted. By doing in this way, there exists an effect similar to 3rd Example. Further, the water present in the primary flow path 32in of the anode separator 30 tends to flow downstream along with the flow of hydrogen. That is, in the length direction (X-axis direction) of the primary flow path 32in, more water exists on the downstream side than on the upstream side. Therefore, by forming the cuts 24z of the upper region 24f densely toward the downstream side, the water existing on the downstream side of the primary flow path 32in can be efficiently moved to the secondary flow path 32out.

また、図９（Ｂ）の第２変形態様に示すように、上流側から下流側に向かうに従って隣り合う切り込み２４ｚの距離Ｄを短くすると共に、上流側から下流側に向かうに従って切り込みの幅を大きくしても良い。こうすることで、さらに効率的に一次流路３２ｉｎの下流側に存在する水を二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。なお、上部領域２４ｆに複数形成する切り込み２４ｚの間隔を一定間隔にしつつ、下流側に向かうに従って切り込み２４ｚの幅を大きくしても良い。このようにしても、一次流路３２ｉｎの下流側に存在する水を効率良く二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。   9B, the distance D between adjacent cuts 24z is shortened from the upstream side to the downstream side, and the cut width is increased from the upstream side to the downstream side. You may do it. By doing so, the water existing downstream of the primary flow path 32in can be more efficiently moved to the secondary flow path 32out. Note that the width of the cuts 24z may be increased toward the downstream side while the intervals between the cuts 24z formed in the upper region 24f are constant. Even if it does in this way, the water which exists in the downstream of the primary flow path 32in can be efficiently moved to the secondary flow path 32out.

なお、上記第３実施例及び上記第３実施例の変形態様では、切り込み２４ｚが一次流路３２ｉｎ側から二次流路３２ｏｕｔ側に向かうに従って、下流側に位置するように構成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、切り込み２４ｚの一次流路３２ｉｎ側と二次流路３２ｏｕｔ側が一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔの水素の流れ方向について、同一の位置にあっても良い。このようにしても、上記第３実施例及び上記第３実施例の変形態様と同様の効果を奏する。   In the modification of the third embodiment and the third embodiment, the notch 24z is configured to be positioned on the downstream side from the primary flow path 32in side to the secondary flow path 32out side. It is not limited to this. For example, the primary flow path 32in side and the secondary flow path 32out side of the notch 24z may be at the same position in the hydrogen flow direction of the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the deformation | transformation aspect of the said 3rd Example and the said 3rd Example.

Ａ−４．第４実施例：
図１０及び図１１を用いて第４実施例の説明を行う。図１０は、第４実施例のアノードセパレータ３０ｃを説明するための図である。図１０は、図２に相当する図であり、アノードセパレータ３０ｃをＹ軸正方向から見たときの図である。図１１は、第４実施例の燃料電池１ｃを説明するための図である。図１１（Ａ）は第１実施例の図５（Ａ）に相当する図であり、図１１（Ｂ）は第１実施例の図５（Ｂ）に相当する図である。なお、図１１（Ｂ）には、アノードセパレータ３０ｃの一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れを矢印で示している。第１実施例の燃料電池１（図５）との違いは、アノードセパレータ３０ｃとアノードガス拡散層２４ｃの構成である。その他の構成（例えば、一次流路３２ｉｎ等）については同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-4. Fourth embodiment:
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a view for explaining the anode separator 30c of the fourth embodiment. FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 2, and is a view when the anode separator 30c is viewed from the positive direction of the Y axis. FIG. 11 is a view for explaining a fuel cell 1c of the fourth embodiment. FIG. 11A is a diagram corresponding to FIG. 5A of the first embodiment, and FIG. 11B is a diagram corresponding to FIG. 5B of the first embodiment. In FIG. 11B, the flow of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out of the anode separator 30c is indicated by arrows. The difference from the fuel cell 1 (FIG. 5) of the first embodiment is the configuration of the anode separator 30c and the anode gas diffusion layer 24c. The other configurations (for example, the primary flow path 32in) are the same configurations, and therefore the same configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１０に示すように、上部流路壁部３５ｆｃは、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れ方向（長さ方向）全域について、下部流路壁部３５ｇよりも幅が小さい。図１１（Ａ）に示すように、燃料電池１ｃとしてアノードセパレータ３０ｃとアノードガス拡散層２４ｃを積層した場合、上部領域２４ｆの幅Ｔｆは、下部領域２４ｇよりも小さくなる。上部領域２４ｆの幅Ｔｆが下部領域２４ｇの幅Ｔｇよりも小さいことで、上部領域２４ｆは下部領域２４ｇよりもガス拡散性の程度が高くなる。なお、アノードガス拡散層２４ｃは、第１実施例と異なり上部領域２４ｆに親水処理を施すことや、親水性材料を用いることはしていない。よって、親水性の程度は各領域２４ｅ〜２４ｉにおいて略同一である。   As shown in FIG. 10, the upper flow path wall portion 35fc is smaller in width than the lower flow path wall portion 35g in the entire flow direction (length direction) of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. . As shown in FIG. 11A, when the anode separator 30c and the anode gas diffusion layer 24c are stacked as the fuel cell 1c, the width Tf of the upper region 24f is smaller than that of the lower region 24g. Since the width Tf of the upper region 24f is smaller than the width Tg of the lower region 24g, the upper region 24f has a higher degree of gas diffusibility than the lower region 24g. In the anode gas diffusion layer 24c, unlike the first embodiment, the upper region 24f is not subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophilic material is used. Therefore, the degree of hydrophilicity is substantially the same in each of the regions 24e to 24i.

上記のように、上部領域２４ｆは下部領域２４ｇよりもガス拡散性の程度が高いことから、上部領域２４ｆと下部領域２４ｇのガス拡散性の程度が略同一の場合に比べ、一次流路３２ｉｎからより多くの水素が上部領域２４ｆに流通（分配）する。すなわち、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎの上側に位置する二次流路３２ｏｕｔへと流れる水素の風速は高くなる。よって、一次流路３２ｉｎの上部３２ｉｎ１に存在する水を水素の風速によって上部領域２４ｆを介して二次流路２４ｏｕｔに容易に移動させることができる。また、上部領域２４ｆの幅Ｔｆが下部領域２４ｇの幅Ｔｇよりも小さいことから、幅が同一の場合に比べ、上部３２ｉｎ１に存在する水をよりスムーズに上部領域２４ｆを介して二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。また、第４実施例の燃料電池１ｃは、第１実施例と同様に、一次流路３２ｉｎの下流側で水が大量に滞留する可能性を低減できるため、燃料電池の発電効率の低下を低減できる。また、第１実施例と同様に、水素欠乏部分の発生により生じる電極（特にカソード２３）の劣化を抑制できる。さらに、第１実施例と同様に、燃料電池１内の水を外部へ排気する動作を短時間で行うことができる。   As described above, since the upper region 24f has a higher degree of gas diffusibility than the lower region 24g, compared with the case where the upper region 24f and the lower region 24g have substantially the same gas diffusivity, the upper region 24f is more easily removed from the primary flow path 32in. More hydrogen flows (distributes) to the upper region 24f. That is, the wind speed of hydrogen flowing from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out located above the primary flow path 32in is increased. Therefore, the water existing in the upper part 32in1 of the primary flow path 32in can be easily moved to the secondary flow path 24out via the upper region 24f by the wind speed of hydrogen. Further, since the width Tf of the upper region 24f is smaller than the width Tg of the lower region 24g, the water present in the upper portion 32in1 can be more smoothly passed through the upper region 24f through the secondary flow path 32out than in the case where the width is the same. Can be moved to. Further, as in the first embodiment, the fuel cell 1c of the fourth embodiment can reduce the possibility of a large amount of water remaining downstream of the primary flow path 32in, thus reducing the reduction in power generation efficiency of the fuel cell. it can. Further, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the electrode (particularly the cathode 23) caused by the generation of the hydrogen deficient portion. Further, similarly to the first embodiment, the operation of exhausting the water in the fuel cell 1 to the outside can be performed in a short time.

Ａ−４−１．第４実施例の変形態様：
図１２は、第４実施例の変形態様のアノードセパレータ３０ｄを説明するための図である。上記第４実施例では、上部流路壁部３５ｆｃは全長に亘って下部流路壁部３５ｇよりも幅が小さい構成であったが、これに限定されるものではない。上部流路壁部３５ｆｃの上流端から下流端の間の少なくとも一部において、下部流路壁部３５ｇよりも幅の小さい狭小部分を有すれば良い。この場合において、上流側よりも下流側の方がより幅が小さくなるように構成することが好ましい。例えば、図１２に示すように、上流側よりも下流側の方が、幅を次第に小さくすることが好ましい。上流側よりも下流側の方が上部流路壁部３５ｆｄの幅を小さくすることで、より多くの水が滞留する一次流路３２ｉｎの下流側の水を二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動させることができる。なお、上流側から下流側に向かうに従って、次第に幅が小さくなる構成でなくても良い。例えば、上部流路壁部３５ｆｄは、上流側から下流側に向かうに従って段階的に幅が小さくなる構成でも良い。すなわち、上部流路壁部３５ｆｄは上流側から下流側に向かうに従って幅が単調減少する構成でも良い。こうすることで、より多くの水が存在する一次流路３２ｉｎ（詳細には上部３２ｉｎ１）の水をスムーズに二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。これにより、上記第４実施例と同様の効果を奏する。 A-4-1. Variations of the fourth embodiment:
FIG. 12 is a view for explaining an anode separator 30d according to a modification of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the upper flow path wall portion 35fc has a smaller width than the lower flow path wall portion 35g over the entire length, but is not limited thereto. It suffices that at least part of the upper flow path wall portion 35fc between the upstream end and the downstream end has a narrow portion having a smaller width than the lower flow path wall portion 35g. In this case, it is preferable that the downstream side has a smaller width than the upstream side. For example, as shown in FIG. 12, it is preferable that the width is gradually reduced on the downstream side than on the upstream side. By reducing the width of the upper flow path wall 35fd on the downstream side rather than on the upstream side, the water on the downstream side of the primary flow path 32in in which more water stays is smoothly moved to the secondary flow path 32out. be able to. Note that the width may not be gradually reduced from the upstream side toward the downstream side. For example, the upper flow path wall 35fd may be configured such that the width gradually decreases from the upstream side toward the downstream side. That is, the width of the upper flow path wall 35fd may monotonously decrease from the upstream side toward the downstream side. By doing so, the water in the primary flow path 32in (more specifically, the upper part 32in1) in which more water is present can be smoothly moved to the secondary flow path 32out. As a result, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained.

Ａ−５．第５実施例：
図１３及び図１４を用いて第５実施例の燃料電池１ｅについて説明を行う。図１３は、第５実施例のアノードセパレータ３０ｅについて説明するための図であり、アノードセパレータ３０ｅをＹ軸正方向側から見た図である。図１４は、第５実施例の燃料電池１ｅを説明するための図である。図１４（Ａ）は第１実施例の図５（Ａ）に相当する図であり、図１４（Ｂ）は第１実施例の図５（Ｂ）に相当する図である。なお、図１４（Ｂ）には、アノードセパレータ３０ｅの一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れを矢印で示している。第１実施例の燃料電池１（図５）との違いは、アノードセパレータ３０ｅとアノードガス拡散層２４ｅ１の構成である。その他の構成（例えば、一次流路３２ｉｎ等）については第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-5. Example 5:
A fuel cell 1e according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a view for explaining the anode separator 30e of the fifth embodiment, and is a view of the anode separator 30e as viewed from the Y axis positive direction side. FIG. 14 is a view for explaining a fuel cell 1e of the fifth embodiment. FIG. 14A is a diagram corresponding to FIG. 5A of the first embodiment, and FIG. 14B is a diagram corresponding to FIG. 5B of the first embodiment. In FIG. 14B, the flow of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out of the anode separator 30e is indicated by arrows. The difference from the fuel cell 1 (FIG. 5) of the first embodiment is the configuration of the anode separator 30e and the anode gas diffusion layer 24e1. Other configurations (for example, the primary flow path 32 in) are the same as those in the first embodiment, and thus the same reference numerals are given to the same configurations and the description thereof is omitted.

図１３に示すように、下部流路壁部３５ｇｅは、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔを流れる水素の流れ方向（長さ方向）全域について、上部流路壁部３５ｆよりも幅が小さい。図１４（Ａ）に示すように、燃料電池１ｅとしてアノードセパレータ３０ｅとアノードガス拡散層２４ｃを積層した場合、下部領域２４ｇの幅Ｔｇは、上部領域２４ｆの幅Ｔｆよりも小さくなる。ここで、アノードガス拡散層２４ｅ１内の水の分布に着目すると、図１４（Ｂ）に示すように、重力の影響によって下部領域２４ｇは上部領域２４ｆに比べ密に水が存在する。下部領域２４ｇにおいて、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔを繋ぐ水（水パス）が形成されると、一次流路３２ｉｎと二次流路３２ｏｕｔの差圧により水を二次流路３２ｏｕｔに容易に移動させることが可能となる。しかしながら、水パスが形成されるまでにはある程度の時間を要し、水パスが形成されるまでは下部領域２４ｇ内には水が密に存在し、水素の拡散が阻害される。   As shown in FIG. 13, the lower flow path wall portion 35ge is smaller in width than the upper flow path wall portion 35f in the entire flow direction (length direction) of hydrogen flowing through the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. . As shown in FIG. 14A, when the anode separator 30e and the anode gas diffusion layer 24c are stacked as the fuel cell 1e, the width Tg of the lower region 24g is smaller than the width Tf of the upper region 24f. Here, paying attention to the distribution of water in the anode gas diffusion layer 24e1, as shown in FIG. 14B, the lower region 24g has more water than the upper region 24f due to the influence of gravity. When water (water path) that connects the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out is formed in the lower region 24g, water is supplied to the secondary flow path 32out by the differential pressure between the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out. It can be easily moved. However, a certain amount of time is required until the water path is formed, and water is densely present in the lower region 24g until the water path is formed, and hydrogen diffusion is inhibited.

しかしながら、上記のように第５実施例の燃料電池１ｅは、水が密に存在する下部領域２４ｇの幅Ｔｇを上部領域２４ｆの幅Ｔｆよりも小さくすることで、下部領域２４ｇの幅が上部領域２４ｆの幅Ｔｆと同一の場合に比べ、アノードガス拡散層２４ｅ１内のより多くの領域によって水素を良好に拡散できる。これにより、アノード２２に供給される水素の量にばらつきが生じる可能性が低減でき、発電効率の低下を抑制できる。   However, as described above, in the fuel cell 1e of the fifth embodiment, the width Tg of the lower region 24g where water is densely present is made smaller than the width Tf of the upper region 24f, so that the width of the lower region 24g is increased. Compared with the case where the width Tf is the same as that of 24f, hydrogen can be diffused better by more regions in the anode gas diffusion layer 24e1. As a result, the possibility of variations in the amount of hydrogen supplied to the anode 22 can be reduced, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

図１５は、幅Ｔｆと幅Ｔｇの好ましい設定方法を説明するための図である。図１５（Ａ）は、幅Ｔｆと幅Ｔｇとを決定するために用いる参照燃料電池１ｋであり、図６（Ａ）の比較例に示す燃料電池１ｋと同様の燃料電池である。すなわち、上部流路壁部３５ｆ及び下部流路壁部３５ｇの幅（Ｚ軸方向の長さ）は同一であることから、上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇの幅も同一である。なお、理解の容易のために、アノードガス拡散層２４ｋの各領域には符号を付すと共に、各領域の境界には破線を付している。図１５（Ｂ）は、参照燃料電池１ｋの発電量と上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇの圧力損失の関係を示す図である。   FIG. 15 is a diagram for explaining a preferable method of setting the width Tf and the width Tg. FIG. 15A shows a reference fuel cell 1k used for determining the width Tf and the width Tg, and is the same fuel cell as the fuel cell 1k shown in the comparative example of FIG. 6A. That is, since the width (length in the Z-axis direction) of the upper flow path wall portion 35f and the lower flow path wall portion 35g is the same, the widths of the upper region 24f and the lower region 24g are also the same. For easy understanding, each region of the anode gas diffusion layer 24k is denoted by a reference numeral, and a boundary between each region is denoted by a broken line. FIG. 15B is a diagram showing the relationship between the power generation amount of the reference fuel cell 1k and the pressure loss in the upper region 24f and the lower region 24g.

図１５（Ｂ）に示すように、燃料電池１ｋに供給する反応ガスの流量を増大させ、発電量を増加させると、燃料電池１ｋ内部で生成する水の量が増大し、上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇの圧力損失は増大する。ここで、上部領域２４ｆ及び下部領域２４ｇの圧力損失は、各領域２４ｆ，２４ｇの含水率に依存（比例）する。よって本実施例では、各領域２４ｆ，２４ｇの含水率に基づいて圧力損失を決定している。なお、直接に各領域２４ｆ，２４ｇの圧力損失を求めても良い。   As shown in FIG. 15B, when the flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell 1k is increased to increase the amount of power generation, the amount of water generated inside the fuel cell 1k increases, and the upper region 24f and the lower region The pressure loss in the region 24g increases. Here, the pressure loss in the upper region 24f and the lower region 24g depends on (proportional to) the water content of the regions 24f and 24g. Therefore, in this embodiment, the pressure loss is determined based on the moisture content of each region 24f, 24g. In addition, you may obtain | require the pressure loss of each area | region 24f and 24g directly.

アノードガス拡散層２４ｋ内部の水の滞留は、水素の流量が比較的低い低負荷電流領域で顕著に発生する傾向にある。よって、低負荷電流領域（例えば、電流密度０．２Ａ／ｃｍ２）における上部領域２４ｆと下部領域２４ｇの圧力損失の比に基づいて、第５実施例のアノードセパレータ３０ｅの幅Ｔｆと幅Ｔｇ（図１４（Ａ））の比を決定することが好ましい。具体的には、以下の式（１）の関係が成立するように幅Ｔｆと幅Ｔｇを決定する。
幅Ｔｆ：幅Ｔｇ＝Ｐｇ：Ｐｆ （１）
ここで、Ｐｆは所定の発電量（発電量Ｗｔ）における上部領域２４ｆの圧力損失であり、Ｐｇは所定の発電量（発電量Ｗｔ）における下部領域２４ｇの圧力損失である。 The retention of water inside the anode gas diffusion layer 24k tends to occur remarkably in a low load current region where the flow rate of hydrogen is relatively low. Therefore, based on the ratio of pressure loss between the upper region 24f and the lower region 24g in the low load current region (for example, current density 0.2 A / cm 2 ), the width Tf and the width Tg ( It is preferable to determine the ratio of FIG. Specifically, the width Tf and the width Tg are determined so that the relationship of the following formula (1) is established.
Width Tf: Width Tg = Pg: Pf (1)
Here, Pf is a pressure loss in the upper region 24f at a predetermined power generation amount (power generation amount Wt), and Pg is a pressure loss in the lower region 24g at a predetermined power generation amount (power generation amount Wt).

例えば、Ｐｆ：Ｐｇ＝１：２である場合、幅Ｔｆ：幅Ｔｇ＝２：１の関係になるようにアノードセパレータ３０ｅの幅Ｔｆと幅Ｔｇを設定する。   For example, when Pf: Pg = 1: 2, the width Tf and the width Tg of the anode separator 30e are set so as to have a relationship of width Tf: width Tg = 2: 1.

上記のように、幅Ｔｆと幅Ｔｇとを、低負荷電流領域の上部領域２４ｆと下部領域２４ｇの圧力損失の比によって定めることで、アノードガス拡散層２４ｅ１内の水素をより均一に流通させることができ、アノード２２への水素の均一配流を達成することが可能となる。これにより、燃料電池１ｅの発電効率の低下をより一層抑制することができる。また、圧力損失が高くなる下部領域２４ｇの幅Ｔｇを小さくすることで、燃料電池１ｅ全体の圧力損失を低減させ、燃料電池１ｅの運転効率を向上できる。   As described above, the width Tf and the width Tg are determined by the ratio of the pressure loss between the upper region 24f and the lower region 24g in the low load current region, thereby allowing hydrogen in the anode gas diffusion layer 24e1 to flow more uniformly. It is possible to achieve a uniform distribution of hydrogen to the anode 22. Thereby, the fall of the power generation efficiency of the fuel cell 1e can be suppressed further. Further, by reducing the width Tg of the lower region 24g where the pressure loss increases, the pressure loss of the entire fuel cell 1e can be reduced, and the operating efficiency of the fuel cell 1e can be improved.

Ａ−６．第６及び第７実施例：
図１６は第６及び第７実施例の燃料電池１ｆ，１ｇを説明するための図である。図１６（Ａ）は第６実施例の燃料電池１ｆを説明するための図であり、第１実施例の図５（Ａ）に相当する図である。図１６（Ｂ）は第７実施例の燃料電池１ｇを説明するための図であり、第１実施例の図１６（Ｂ）に相当する図である。第６実施例の燃料電池１ｆと第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ｆ１の構成である。その他の構成（例えば、一次流路３２ｉｎ等）については第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。また、第７実施例の燃料電池１ｇと第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ｇ１とアノードセパレータ３０ｇの構成である。その他の構成については第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-6. Sixth and seventh embodiments:
FIG. 16 is a diagram for explaining the fuel cells 1f and 1g of the sixth and seventh embodiments. FIG. 16A is a view for explaining the fuel cell 1f of the sixth embodiment, and corresponds to FIG. 5A of the first embodiment. FIG. 16B is a view for explaining the fuel cell 1g of the seventh embodiment, and corresponds to FIG. 16B of the first embodiment. The difference between the fuel cell 1f of the sixth embodiment and the fuel cell 1 of the first embodiment is the configuration of the anode gas diffusion layer 24f1. Other configurations (for example, the primary flow path 32 in) are the same as those in the first embodiment, and thus the same reference numerals are given to the same configurations and the description thereof is omitted. The difference between the fuel cell 1g of the seventh embodiment and the fuel cell 1 of the first embodiment is the configuration of the anode gas diffusion layer 24g1 and the anode separator 30g. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numeral is given to the same configuration and the description thereof is omitted.

図１６（Ａ）に示すように、第６実施例のアノードガス拡散層２４ｆ１は、下部領域２４ｇが上部領域２４ｆを含む他の領域よりも透気度が高くなるように構成されている。なお、アノードガス拡散層２４ｆ１は、第１実施例と異なり特定の領域（例えば上部領域２４ｆ）に親水処理を施すことや、親水性材料を用いることはしていない。よって、親水性の程度は各領域２４ｅ〜２４ｉにおいて略同一である。   As shown in FIG. 16A, the anode gas diffusion layer 24f1 of the sixth embodiment is configured such that the lower region 24g has a higher air permeability than other regions including the upper region 24f. The anode gas diffusion layer 24f1 is different from the first embodiment in that a specific region (for example, the upper region 24f) is not subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophilic material is used. Therefore, the degree of hydrophilicity is substantially the same in each of the regions 24e to 24i.

上記のように、第６実施例の燃料電池１ｆは、下部領域２４ｇが少なくとも上部領域２４ｆよりも透気度が高くなるように構成されている。よって、下部領域２４ｇと上部領域２４ｆの透気度が同じ場合に比べ、一次流路３２ｉｎから下部領域２４ｇにより多くの水素を送り込む（分配する）ことができる。すなわち、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎの下側に位置する二次流路３２ｏｕｔへと流れる水素の風速を増加させることができる。これにより、アノードガス拡散層２４ｆ１内において、上部領域２４ｆよりも下部領域２４ｇに大量に存在する水を、水素の流れによって二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。これにより、下部領域２４ｇのガス拡散性を向上させ、アノード２２に供給される水素の量にばらつきが生じる可能性を低減できる。よって、燃料電池１ｆの発電効率の低下を抑制できる。   As described above, the fuel cell 1f of the sixth embodiment is configured such that the lower region 24g has a higher air permeability than at least the upper region 24f. Therefore, more hydrogen can be sent (distributed) from the primary flow path 32in to the lower region 24g than when the lower region 24g and the upper region 24f have the same air permeability. That is, the wind speed of hydrogen flowing from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out positioned below the primary flow path 32in can be increased. Thereby, in the anode gas diffusion layer 24f1, water present in a larger amount in the lower region 24g than in the upper region 24f can be moved to the secondary flow path 32out by the flow of hydrogen. Thereby, the gas diffusibility of the lower region 24g can be improved, and the possibility of variations in the amount of hydrogen supplied to the anode 22 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell 1f.

図１６（Ｂ）に示すように、第７実施例のアノードガス拡散層２４ｇ１は、下部領域２４ｇが上部領域２４ｆを含む他の領域よりも厚さ（Ｙ軸方向における長さ、燃料電池１ｇの各構成の積層方向における長さ）が大きい。すなわち、アノードガス拡散層２４ｇ１について、一次流路３２ｉｎから二次流路３２ｏｕｔに向かって水素が流れる方向（Ｚ軸方向）と垂直な面である通気断面の面積を、厚さを大きくすることで大きくする。また、下部領域２４ｇの厚さを大きくするために、下部流路壁部３５ｇｇの厚さは（Ｙ軸方向における長さ）は、上部流路壁部３５ｆの厚さよりも小さい。なお、アノードガス拡散層２４ｇ１は、第１実施例と異なり特定の領域（例えば上部領域２４ｆ）に親水処理を施すことや、親水性材料を用いることはしていない。よって、親水性の程度は各領域２４ｅ〜２４ｉにおいて略同一である。   As shown in FIG. 16B, the anode gas diffusion layer 24g1 of the seventh embodiment has a lower region 24g than the other region including the upper region 24f (the length in the Y-axis direction, the length of the fuel cell 1g). The length of each component in the stacking direction) is large. That is, by increasing the thickness of the anode gas diffusion layer 24g1, the area of the ventilation cross section, which is a plane perpendicular to the direction (Z-axis direction) in which hydrogen flows from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out, is increased. Enlarge. Further, in order to increase the thickness of the lower region 24g, the thickness of the lower flow path wall portion 35gg (the length in the Y-axis direction) is smaller than the thickness of the upper flow path wall portion 35f. The anode gas diffusion layer 24g1 is different from the first embodiment in that a specific region (for example, the upper region 24f) is not subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophilic material is used. Therefore, the degree of hydrophilicity is substantially the same in each of the regions 24e to 24i.

下部領域２４ｇを、上部領域２４ｆを含む他の領域よりも厚さを大きくすることで、下部領域２４ｇは上部領域２４ｆよりもガス拡散性が高くなる。よって、厚さが一定のアノードガス拡散層に比べ、一次流路３２ｉｎから下部領域２４ｇにより多くの水素を送り込む（分配する）ことができる。すなわち、一次流路３２ｉｎから一次流路３２ｉｎの下側に位置する二次流路３２ｏｕｔへと流れる水素の風速を増加させることができる。これにより、アノードガス拡散層２４ｇ１内において、上部領域２４ｆよりも下部領域２４ｇに大量に存在する水を、水素の流れによって二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。これにより、アノード２２に供給される水素の量にばらつきが生じる可能性を低減でき、燃料電池１ｇの発電効率の低下を抑制できる。   By making the lower region 24g thicker than other regions including the upper region 24f, the lower region 24g has higher gas diffusibility than the upper region 24f. Therefore, more hydrogen can be sent (distributed) from the primary flow path 32in to the lower region 24g than the anode gas diffusion layer having a constant thickness. That is, the wind speed of hydrogen flowing from the primary flow path 32in to the secondary flow path 32out positioned below the primary flow path 32in can be increased. Thereby, in the anode gas diffusion layer 24g1, water present in a larger amount in the lower region 24g than in the upper region 24f can be moved to the secondary flow path 32out by the flow of hydrogen. As a result, the possibility of variations in the amount of hydrogen supplied to the anode 22 can be reduced, and a decrease in power generation efficiency of the fuel cell 1g can be suppressed.

なお、上記第６及び第７実施例では、一次流路３２ｉｎ及び二次流路３２ｏｕｔの水素の流れ方向について、下部領域２４ｇの全長に亘って、上部領域２４ｆよりも透気度の程度が高い構成であったり、又は、厚さが大きい構成であったりしたが、これに限定されるものではない。下部領域２４ｇの上流端から下流端の間の少なくとも一部において、少なくとも上部領域２４ｆよりも透気度の程度が高い領域（「高透気度部分」ともいう。）、又は、少なくとも上部領域２４ｆよりも厚さが大きい部分（「肉厚部分」ともいう。）が設けられていれば良い。このようにしても、高透気度部分又は肉厚部分では水素の風速が他の領域よりも増加することから、下部領域２４ｇに存在する水を高透気度部分又は肉厚部分が設けられていない場合に比べ、二次流路３２ｏｕｔにスムーズに移動させることができる。なお、高透気度部分又は肉厚部分は、燃料電池１ｆ，１ｇの設置状態において、一次流路３２ｉｎと一次流路３２ｉｎの下側に位置する二次流路３２ｏｕｔを繋ぐように上下に亘って形成することが好ましい。こうすることで、水素の流れによって、よりスムーズに下部領域２４ｇに存在する水を二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。さらに、第６実施例と第７実施例を組み合わせても良い。すなわち、下部領域２４ｇが上部領域２４ｆよりも、透気度の程度が高く、かつ、厚さが大きくなるように構成されても良い。こうすることで、下部領域２４ｇに存在する水をより一層スムーズに二次流路３２ｏｕｔに移動させることができる。   In the sixth and seventh embodiments, the degree of air permeability is higher than the upper region 24f over the entire length of the lower region 24g in the hydrogen flow direction of the primary channel 32in and the secondary channel 32out. Although it was a structure or a structure with large thickness, it is not limited to this. At least part of the lower region 24g between the upstream end and the downstream end has a higher degree of air permeability than at least the upper region 24f (also referred to as “high air permeability portion”), or at least the upper region 24f. In other words, a portion having a larger thickness (also referred to as a “thick portion”) may be provided. Even in this case, since the wind speed of hydrogen increases in the high air permeability portion or the thick portion as compared with other regions, the high air permeability portion or the thick portion is provided for the water existing in the lower region 24g. Compared with the case where it is not, it can move to the secondary flow path 32out smoothly. The high air permeability portion or the thick portion extends vertically so as to connect the primary flow path 32in and the secondary flow path 32out located below the primary flow path 32in in the installed state of the fuel cells 1f and 1g. It is preferable to form them. By doing so, the water existing in the lower region 24g can be moved more smoothly to the secondary flow path 32out by the flow of hydrogen. Further, the sixth embodiment and the seventh embodiment may be combined. That is, the lower region 24g may be configured to have a higher degree of air permeability and a larger thickness than the upper region 24f. By doing so, the water present in the lower region 24g can be moved to the secondary flow path 32out more smoothly.

Ａ−６−１．第６実施例の変形態様：
上記第６実施例では、下部領域２４ｇは、上部領域２４ｆを含む他の領域よりも透気度の程度が高い構成であったが、上部領域２４ｆの透気度の程度を、下部領域２４ｇを含む他の領域よりも低くしても良い。このようにしても、第６実施例と同様の効果を奏する。 A-6-1. Variations of the sixth embodiment:
In the sixth embodiment, the lower region 24g has a higher degree of air permeability than other regions including the upper region 24f. However, the lower region 24g has a lower degree of air permeability. You may make it lower than the other area | region containing. Even if it does in this way, there exists an effect similar to 6th Example.

Ａ−６−２．第７実施例の変形態様：
上記第７実施例では、下部領域２４ｇは、上部領域２４ｆを含む他の領域よりも厚さが大きい構成であったが、上部領域２４ｆの厚さを、下部領域２４ｇを含む他の領域よりも小さくしても良い。このようにしても、第７実施例と同様の効果を奏する。例えば、上部流路壁部３５ｆの厚さを下部流路壁部３５ｇｇの厚さよりも大きくし、上部領域２４ｆへの荷重を増加させることで、厚さを小さくする。 A-6-2. Variations of the seventh embodiment:
In the seventh embodiment, the lower region 24g is configured to be thicker than other regions including the upper region 24f. However, the thickness of the upper region 24f is set to be greater than that of the other regions including the lower region 24g. It may be small. Even if it does in this way, there exists an effect similar to 7th Example. For example, the thickness of the upper flow path wall 35f is made larger than the thickness of the lower flow path wall 35gg and the load on the upper region 24f is increased, thereby reducing the thickness.

Ａ−７．第８実施例：
図１７は、第８実施例の燃料電池１ｈを説明するための図である。図１７（Ａ）は、第１実施例の図５（Ａ）に相当する図であり、ＭＥＡ２０も図示されている。図１７（Ｂ）は、第８実施例のアノード２２ｋの作製方法を説明するための図である。第１実施例の燃料電池１との違いは、アノードガス拡散層２４ｋの構成と、アノード２２ｋの構成である。その他の構成（アノードセパレータ３０等）については、第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。 A-7. Example 8:
FIG. 17 is a view for explaining a fuel cell 1h according to the eighth embodiment. FIG. 17A is a diagram corresponding to FIG. 5A of the first embodiment, and the MEA 20 is also illustrated. FIG. 17B is a diagram for explaining a manufacturing method of the anode 22k of the eighth embodiment. The difference from the fuel cell 1 of the first embodiment is the configuration of the anode gas diffusion layer 24k and the configuration of the anode 22k. The other components (anode separator 30 and the like) are the same as those in the first embodiment, and therefore the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１７（Ａ）に示すように、アノード２２ｋは、一次電極領域２２ｅと、上部電極領域２２ｆと、下部電極領域２２ｇと、二次上部電極領域２２ｈと、二次下部電極領域２２ｉとを備える。各領域２２ｅ〜２２ｉは、発電モジュール２０の各構成（電解質膜２１、電極２２ｋ，２３）の積層方向（Ｙ軸方向）に沿ってアノード２２ｋを見たときに、アノードセパレータ３０の異なる構成と重なる。一次電極領域２２ｅは、一次流路３２ｉｎと重なる領域である。上部電極領域２２ｆは、上部流路壁部３５ｆと重なる領域である。下部電極領域２２ｇは、下部流路壁部３５ｇと重なる領域である。二次上部電極領域２２ｈは、燃料電池１ｈの設置状態において一次流路３２ｉｎと隣り合う二次流路３２ｏｕｔのうち、上側に位置する二次流路３２ｏｕｔと重なる領域である。二次下部電極領域２２ｉは、燃料電池１ｈの設置状態において一次流路３２ｉｎと隣り合う二次流路３２ｏｕｔのうち、上側に位置する二次流路３２ｏｕｔと重なる領域である。なお、各領域２２ｅ〜２２ｉの境界には破線を付している。第１実施例のアノード２２との違いは、下部電極領域２２ｇが少なくとも上部電極領域２２ｆよりも電気化学的表面積が大きいことである。なお、アノードガス拡散層２４ｋは、第１実施例と異なり、全域において親水処理が施されていない部材（例えば、カーボンクロスやカーボンペーパ）により作製されている。   As shown in FIG. 17A, the anode 22k includes a primary electrode region 22e, an upper electrode region 22f, a lower electrode region 22g, a secondary upper electrode region 22h, and a secondary lower electrode region 22i. Each region 22e to 22i overlaps with a different configuration of the anode separator 30 when the anode 22k is viewed along the stacking direction (Y-axis direction) of each configuration (electrolyte membrane 21, electrodes 22k, 23) of the power generation module 20. . The primary electrode region 22e is a region overlapping with the primary flow path 32in. The upper electrode region 22f is a region overlapping with the upper flow path wall portion 35f. The lower electrode region 22g is a region overlapping with the lower flow path wall portion 35g. The secondary upper electrode region 22h is a region that overlaps the secondary flow channel 32out located on the upper side of the secondary flow channel 32out adjacent to the primary flow channel 32in in the installed state of the fuel cell 1h. The secondary lower electrode region 22i is a region that overlaps the secondary flow channel 32out located on the upper side of the secondary flow channel 32out adjacent to the primary flow channel 32in in the installed state of the fuel cell 1h. In addition, the broken line is attached | subjected to the boundary of each area | region 22e-22i. The difference from the anode 22 of the first embodiment is that the lower electrode region 22g has a larger electrochemical surface area than at least the upper electrode region 22f. Note that, unlike the first embodiment, the anode gas diffusion layer 24k is made of a member (for example, carbon cloth or carbon paper) that has not been subjected to a hydrophilic treatment throughout.

図１７（Ｂ）に示すように、アノード２２ｋの作製方法の一例を示す。作製方法Ｎｏ．１は、下部電極領域２２ｇの触媒量（例えば、白金の量）を少なくとも上部電極領域２２ｆの触媒量よりも多くする作製方法である。作製方法Ｎｏ．２は、下部電極領域２２ｇの触媒の粒子径の平均値を少なくとも上部電極領域２２ｆの触媒の粒子径の平均値よりも小さくする作製方法である。作製方法Ｎｏ．３は、下部電極領域２２ｇの触媒粒子の表面粗さを少なくとも上部電極領域２２ｆの触媒粒子の表面粗さよりも大きくする作製方法である。作製方法Ｎｏ．４は、下部電極領域２２ｇの電解質と導電性を有する担体との含有質量比率（Ｉ／Ｃ：Ｉｏｎｏｍｅｒ／Ｃａｒｂｏｎ）を少なくとも上部電極領域２２ｆのＩ／Ｃよりも多くする作製方法である。上記作製方法Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のいずれか１つの方法、又は、作製方法を２つ以上組み合わせて作製する方法によって、下部電極領域２２ｇの電気化学的表面積を少なくとも上部電極領域２２ｆの電気化学的表面積よりも大きくできる。   As shown in FIG. 17B, an example of a method for manufacturing the anode 22k is shown. Production Method No. 1 is a production method in which the amount of catalyst in the lower electrode region 22g (for example, the amount of platinum) is at least larger than the amount of catalyst in the upper electrode region 22f. Production Method No. No. 2 is a production method in which the average value of the catalyst particle diameter in the lower electrode region 22g is made smaller than at least the average value of the catalyst particle size in the upper electrode region 22f. Production Method No. 3 is a production method in which the surface roughness of the catalyst particles in the lower electrode region 22g is at least larger than the surface roughness of the catalyst particles in the upper electrode region 22f. Production Method No. 4 is a production method in which the content ratio (I / C: Ionomer / Carbon) between the electrolyte in the lower electrode region 22g and the conductive carrier is at least larger than the I / C in the upper electrode region 22f. The above production method No. 1-No. The electrochemical surface area of the lower electrode region 22g can be at least larger than the electrochemical surface area of the upper electrode region 22f by any one of the methods 4 or a method of combining two or more manufacturing methods.

ここで、アノードガス拡散層２４ｋにおいて、重力の影響により、下部領域２４ｇは他の領域よりも水が密に存在するため、水素の流通が阻害される。よって、下部電極領域２２ｇに到達する水素の量が上部電極領域２２ｆを含む他の電極領域に比べ少なくなる。しかしながら、第８実施例の燃料電池１ｈによれば、下部電極領域２２ｇの電気化学的表面積は、少なくとも上部電極領域２２ｆの電気化学的表面積よりも大きいことから、下部電極領域２２ｇにおいて水素の消費効率を向上させ、燃料電池１ｈの発電効率の低下を抑制できる。   Here, in the anode gas diffusion layer 24k, due to the influence of gravity, the lower region 24g contains water more densely than the other regions, so that the flow of hydrogen is hindered. Therefore, the amount of hydrogen reaching the lower electrode region 22g is smaller than other electrode regions including the upper electrode region 22f. However, according to the fuel cell 1h of the eighth embodiment, since the electrochemical surface area of the lower electrode region 22g is at least larger than the electrochemical surface area of the upper electrode region 22f, the hydrogen consumption efficiency in the lower electrode region 22g. And the reduction of the power generation efficiency of the fuel cell 1h can be suppressed.

Ｂ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 B. Variations:
In addition, elements other than the elements described in the independent claims of the claims in the constituent elements in the above-described embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. Further, the present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｂ−１．第１変形例：
上記実施例では、アノードガス拡散層２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｃ，２４ｅにおいて、上部領域２４ｆと下部領域２４ｇとが少なくとも一部について親水性の程度やガス拡散性の程度が異なるように構成されていたが、これに限定されるものではない。カソードガス拡散層２５においても、上部領域と下部領域とが少なくとも一部において親水性の程度やガス拡散性の程度が異なるように構成されても良い。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏する。また、両方のガス拡散層２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｃ，２４ｅ，２５において、上部領域と下部領域とが少なくとも一部において親水性の程度やガス拡散性の程度が異なるように構成されても良い。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では、アノードセパレータ３０ｃ，３０ｄ，３０ｅについて、上部流路壁部３５ｆと下部流路壁部３５ｇのいずれか一方の少なくとも一部の幅を小さくするようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、カソードセパレータ５０においても、上部流路壁部と下部流路壁部のいずれか一方の少なくとも一部の幅を小さくするようにしても良いし、両方のセパレータ３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，５０について、上部流路壁部と下部流路壁部のいずれか一方の少なくとも一部の幅を小さくするようにしても良い。このようにしても、上記実施例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では、アノード２２ｋ（図１７）において、電気化学的表面積を変化させたが、カソード２３に適用しても良い。また、両極に適用しても良い。このようにしても、上記実施例と同様の効果を奏する。 B-1. First modification:
In the above embodiment, in the anode gas diffusion layers 24, 24a, 24b, 24b1, 24b2, 24c, and 24e, the upper region 24f and the lower region 24g are at least partially different in the degree of hydrophilicity and the degree of gas diffusibility. However, the present invention is not limited to this. The cathode gas diffusion layer 25 may also be configured such that the upper region and the lower region are at least partially different in the degree of hydrophilicity and the degree of gas diffusibility. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said Example. Further, in both gas diffusion layers 24, 24a, 24b, 24b1, 24b2, 24c, 24e, and 25, the upper region and the lower region are configured so that the degree of hydrophilicity and the degree of gas diffusibility are different at least in part. May be. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said Example.
In the above-described embodiment, the anode separators 30c, 30d, and 30e have a width of at least a part of either the upper flow path wall portion 35f or the lower flow path wall portion 35g. However, the present invention is not limited to this. Is not to be done. For example, also in the cathode separator 50, the width of at least a part of either the upper flow path wall portion or the lower flow path wall portion may be reduced, or both the separators 30c, 30d, 30e, and 50 may be reduced. The width of at least a part of either one of the upper flow path wall portion and the lower flow path wall portion may be reduced. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said Example.
Moreover, in the said Example, although the electrochemical surface area was changed in the anode 22k (FIG. 17), you may apply to the cathode 23. FIG. Moreover, you may apply to both poles. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said Example.

Ｂ−２．第２実施例：
上記実施例では、燃料電池１〜１ｈに固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。 B-2. Second embodiment:
In the above embodiment, the polymer electrolyte fuel cell is used for the fuel cells 1 to 1h. However, various fuel cells such as a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a solid oxide fuel cell are used. Can do.

１…燃料電池
１ａ…燃料電池
１ｂ…燃料電池
１ｃ…燃料電池
１ｄ…燃料電池
１ｅ…燃料電池
１ｆ…燃料電池
１ｇ…燃料電池
１ｈ…燃料電池
１ｋ…参照燃料電池
１０…単セル
２０…発電モジュール
２１…電解質膜
２２…アノード
２２ｅ…一次電極領域
２２ｆ…上部電極領域
２２ｇ…下部電極領域
２２ｈ…二次上部電極領域
２２ｉ…二次下部電極領域
２２ｋ…アノード
２３…カソード
２４ｏｕｔ…二次流路
２４…アノードガス拡散層
２４ａ…アノードガス拡散層
２４ｂ…アノードガス拡散層
２４ｃ…アノードガス拡散層
２４ｅ…一次領域
２４ｆ…上部領域
２４ｇ…下部領域
２４ｈ…二次上部領域
２４ｉ…二次下部領域
２４ｋ…アノードガス拡散層
２４ｂ１…アノードガス拡散層
２４ｂ２…アノードガス拡散層
２４ｅ１…アノードガス拡散層
２４ｆ１…アノードガス拡散層
２４ｇ１…アノードガス拡散層
２５…カソードガス拡散層
２８…外周シール部
３０…アノードセパレータ
３０ｃ…アノードセパレータ
３０ｄ…アノードセパレータ
３０ｅ…アノードセパレータ
３０ｇ…アノードセパレータ
３１…供給側連絡流路
３２ｉｎ…一次流路
３２ｏｕｔ…二次流路
３２ｉｎ１…上部
３２ｉｎ２…下部
３２…反応ガス流路
３３…突起部
３５…流路壁部
３５ｆ…上部流路壁部
３５ｇ…下部流路壁部
３５ｆｃ…上部流路壁部
３５ｆｄ…上部流路壁部
３５ｇｃ…下部流路壁部
３５ｇｅ…下部流路壁部
３５ｇｇ…下部流路壁部
３６…合流流路
３７…排出側連絡流路
３８…分配流路
５０…カソードセパレータ
５１…供給側連絡流路
５２ｏｕｔ…二次流路
５２ｉｎ…一次流路
５３…突起部
５６…合流流路
５７…排出側連絡流路
５８…分配流路
Ｍ１…燃料ガス供給マニホールド
Ｍ２…燃料ガス排出マニホールド
Ｍ３…酸化剤ガス供給マニホールド
Ｍ４…酸化剤ガス排出マニホールド
Ｍ５…冷却媒体供給マニホールド
Ｍ６…冷却媒体排出マニホールド
ＧＥ…発電領域
ＧＷ…水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 1a ... Fuel cell 1b ... Fuel cell 1c ... Fuel cell 1d ... Fuel cell 1e ... Fuel cell 1f ... Fuel cell 1g ... Fuel cell 1h ... Fuel cell 1k ... Reference fuel cell 10 ... Single cell 20 ... Power generation module 21 ... Electrolyte membrane 22 ... Anode 22e ... Primary electrode region 22f ... Upper electrode region 22g ... Lower electrode region 22h ... Secondary upper electrode region 22i ... Secondary lower electrode region 22k ... Anode 23 ... Cathode 24out ... Secondary flow path 24 ... Anode Gas diffusion layer 24a ... Anode gas diffusion layer 24b ... Anode gas diffusion layer 24c ... Anode gas diffusion layer 24e ... Primary region 24f ... Upper region 24g ... Lower region 24h ... Secondary upper region 24i ... Secondary lower region 24k ... Anode gas diffusion Layer 24b1 ... Anode gas diffusion layer 24b2 ... Anode gas diffusion layer 24e1 ... A Node gas diffusion layer 24f1 ... Anode gas diffusion layer 24g1 ... Anode gas diffusion layer 25 ... Cathode gas diffusion layer 28 ... Outer peripheral seal 30 ... Anode separator 30c ... Anode separator 30d ... Anode separator 30e ... Anode separator 30g ... Anode separator 31 ... Supply side Communication channel 32in ... primary channel 32out ... secondary channel 32in1 ... upper 32in2 ... lower 32 ... reaction gas channel 33 ... projection 35 ... channel wall 35f ... upper channel wall 35g ... lower channel wall 35fc ... Upper flow path wall 35fd ... Upper flow path wall 35gc ... Lower flow path wall 35ge ... Lower flow path wall 35gg ... Lower flow path wall 36 ... Merge flow path 37 ... Discharge side communication flow path 38 ... Distribution Channel 50 ... Cathode separator 51 ... Supply side communication channel 52out ... Secondary channel 52in ... Primary flow path 53 ... Projection part 56 ... Merge flow path 57 ... Discharge side communication flow path 58 ... Distribution flow path M1 ... Fuel gas supply manifold M2 ... Fuel gas discharge manifold M3 ... Oxidant gas supply manifold M4 ... Oxidant gas discharge Manifold M5 ... Cooling medium supply manifold M6 ... Cooling medium discharge manifold GE ... Power generation area GW ... Water

Claims (12)

燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に積層された電極とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に積層された第１と第２のガス拡散層と、を有する発電モジュールと、
前記発電モジュールの前記第１のガス拡散層側に更に積層された第１のセパレータと、を備え、
前記第１のセパレータの２つの面のうち前記第１のガス拡散層と対向する面には、前記燃料電池の設置状態において、
下流側が閉塞した略水平方向に延びる凹状の一次流路であって、外部から供給された第１の反応ガスを流通させる一次流路と、
上流側が閉塞し、略水平方向に延びると共に前記一次流路の上下にそれぞれ位置する凹状の二次流路であって、前記第１のガス拡散層を介して導入された前記第１の反応ガスを外部へ排出させるための二次流路と、
前記一次流路と前記二次流路との間に配置され、面方向において前記一次流路と前記二次流路とを区画する凸状の流路壁部と、が設けられ、
前記第１のガス拡散層は、前記発電モジュールの各構成の積層方向に沿って見たときに、前記一次流路の上側に設けられた前記流路壁部である上部流路壁部と重なる領域である上部領域と、前記一次流路の下側に設けられた前記流路壁部である下部流路壁部と重なる領域である下部領域とを有し、
前記上部領域と前記下部領域とは、少なくとも一部において、ガス拡散性と親水性の少なくとも一方の程度が異なるように構成されている、燃料電池。 A fuel cell,
A power generation module comprising a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and electrodes laminated on both surfaces of the electrolyte membrane; and first and second gas diffusion layers laminated on both surfaces of the membrane electrode assembly;
A first separator further laminated on the first gas diffusion layer side of the power generation module,
Of the two surfaces of the first separator, on the surface facing the first gas diffusion layer, in the installed state of the fuel cell,
A concave primary flow path extending in a substantially horizontal direction with the downstream side closed, and a primary flow path through which the first reaction gas supplied from the outside flows.
The first reaction gas introduced through the first gas diffusion layer is a concave secondary flow path that is closed on the upstream side, extends in a substantially horizontal direction, and is positioned above and below the primary flow path, respectively. A secondary flow path for discharging gas to the outside,
A convex flow path wall portion disposed between the primary flow path and the secondary flow path and partitioning the primary flow path and the secondary flow path in the surface direction;
The first gas diffusion layer overlaps with an upper flow path wall portion that is the flow path wall portion provided on the upper side of the primary flow path when viewed along the stacking direction of each component of the power generation module. An upper region which is a region, and a lower region which is a region overlapping with a lower flow channel wall which is the flow channel wall provided on the lower side of the primary flow channel,
The fuel cell, wherein the upper region and the lower region are configured so that at least a part of at least one of gas diffusibility and hydrophilicity is different at least in part. 請求項１に記載の燃料電池であって、
前記上部領域の少なくとも一部は、前記下部領域よりも高い親水性を有する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
At least a part of the upper region has a higher hydrophilicity than the lower region. 請求項１に記載の燃料電池であって、
前記上部領域の少なくとも一部は、前記下部領域よりも高いガス拡散性を有する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
At least a part of the upper region has a higher gas diffusibility than the lower region. 請求項１に記載の燃料電池であって、
前記下部領域の少なくとも一部は、前記上部領域よりも高いガス拡散性を有する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
At least a part of the lower region has a higher gas diffusibility than the upper region. 請求項３又は請求項４に記載の燃料電池であって、
前記上部領域と前記下部領域のいずれか一方の少なくとも一部は、他の領域よりも透気度が高い部分を有する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 3 or 4, wherein
At least a part of any one of the upper region and the lower region has a portion having a higher air permeability than other regions. 請求項３に記載の燃料電池であって、
前記上部領域に、前記一次流路と前記二次流路とを繋ぐように切り込みが形成されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
A fuel cell, wherein a cut is formed in the upper region so as to connect the primary flow path and the secondary flow path. 請求項６に記載の燃料電池であって、
前記切り込みは、前記一次流路側から前記二次流路側に向かうに従い、前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、下流側に位置するように形成されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein
The notch is formed so as to be positioned on the downstream side in the flow direction of the first reaction gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path from the primary flow path side toward the secondary flow path side. A fuel cell. 請求項６又は請求項７に記載の燃料電池であって、
前記切り込みは、複数箇所に形成され、
前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、
上流側から下流側に向かうに従って、隣り合う前記切り込みの距離が短くなる、燃料電池。 The fuel cell according to claim 6 or 7, wherein
The notches are formed at a plurality of locations,
About the flow direction of the first reaction gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path,
The fuel cell in which the distance between the adjacent cuts becomes shorter from the upstream side toward the downstream side. 請求項８に記載の燃料電池であって、
前記上流側から前記下流側に向かうに従って、前記切り込みの幅が大きくなる、燃料電池。 The fuel cell according to claim 8, wherein
A fuel cell in which the width of the cut increases as it goes from the upstream side to the downstream side. 請求項１，請求項３，請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記上部流路壁部と前記下部流路壁部のいずれか一方の流路壁部は、他方の流路壁部よりも幅の小さい狭小部分を有する、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1, 3, and 4,
Either one of the upper channel wall and the lower channel wall has a narrow portion having a smaller width than the other channel wall. 請求項１０に記載の燃料電池であって、
前記狭小部分の幅は、前記一次流路及び前記二次流路を流れる前記第１の反応ガスの流れ方向について、上流側から下流側に向かうに従って単調減少する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 10, wherein
The width of the narrow portion monotonously decreases in the flow direction of the first reactive gas flowing through the primary flow path and the secondary flow path from the upstream side toward the downstream side. 請求項１，請求項３，請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記上部領域と前記下部領域のいずれか一方の領域は、他方の領域よりも厚みの大きい肉厚部分を有する、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1, 3, and 4,
Either one of the upper region and the lower region has a thick portion that is thicker than the other region.
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