JP2010140792A

JP2010140792A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2010140792A
Application number: JP2008316663A
Authority: JP
Inventors: Shinji Shiromori; 慎司城森; Naoki Takehiro; 直樹竹広; Tatsuya Arai; 竜哉新井; Keiichi Kaneko; 桂一金子; Takumi Taniguchi; 拓未谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell having an occluded flow passage, capable of suppressing flooding on the downstream side of a cathode gas flow passage. <P>SOLUTION: This fuel cell is furnished with a laminate equipped with at least a membrane-electrode assembly, and a pair of separators for pinching the laminate. At the separator opposite to an anode catalyst layer, an anode gas flow passage is equipped, and at the separator opposite to a cathode catalyst layer, a cathode inflow passage and a cathode outflow passage are equipped. When the pressure of a reaction gas which is circulated through the upstream side region of the cathode inflow passage is made P1, the pressure of a reaction gas which is circulated through the upstream side region of the cathode outflow passage is made P2, the pressure of a reaction gas which is circulated through the downstream side region of the cathode inflow passage is made P3, and the pressure of a reaction gas which is circulated through the downstream side region of the cathode outflow passage is made P4, so that P1-P2>P3-P4 is satisfied; and the cathode inflow passage and the cathode outflow passage are constituted thus. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、流路の入口又は出口が閉塞された閉塞流路を有する、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell having a closed channel in which an inlet or an outlet of the channel is closed.

燃料電池は、電解質層（以下において、「電解質膜」という。）と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極（アノード触媒層及びカソード触媒層）とを備える膜電極構造体（以下において、「ＭＥＡ」ということがある。）で電気化学反応を起こし、当該電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下において、「ＰＥＦＣ」という。）は、低温領域で運転することができる。このＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。 A fuel cell includes a membrane electrode structure (hereinafter referred to as an “electrolyte membrane”) and electrodes (an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer) disposed on both sides of the electrolyte membrane. , And may be referred to as “MEA”), and an electric energy generated by the electrochemical reaction is taken out to the outside. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) used in a home cogeneration system or an automobile can be operated in a low temperature region. This PEFC has been attracting attention as a power source and portable power source for electric vehicles because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and light system.

ＰＥＦＣの単セルは、ＭＥＡと、当該ＭＥＡを含む積層体を狭持する一対の集電体（セパレータ）と、を備え、ＭＥＡには、プロトン伝導性能を発現するプロトン伝導性ポリマーが含有される。ＰＥＦＣの運転時には、アノードに水素含有ガス（以下において、「水素」ということがある。）が、カソードに酸素含有ガス（以下において、「空気」ということがある。）が、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノード触媒層に含まれる触媒の作用下でプロトンと電子に分離し、水素から生じたプロトンは、アノード触媒層及び電解質膜を通ってカソード触媒層へと達する。一方、電子は、外部回路を通ってカソード触媒層へと達し、かかる過程を経ることにより、電気エネルギーを取り出すことが可能になる。そして、カソード触媒層へと達したプロトン及び電子と、カソード触媒層へと供給された空気に含有されている酸素とが、カソード触媒層に含まれる触媒の作用下で反応することにより、水が生成される。 A single cell of PEFC includes an MEA and a pair of current collectors (separators) that sandwich a laminate including the MEA, and the MEA contains a proton conductive polymer that exhibits proton conductivity. . During operation of the PEFC, a hydrogen-containing gas (hereinafter sometimes referred to as “hydrogen”) is supplied to the anode, and an oxygen-containing gas (hereinafter sometimes referred to as “air”) is supplied to the cathode. The hydrogen supplied to the anode is separated into protons and electrons under the action of the catalyst contained in the anode catalyst layer, and the protons generated from the hydrogen reach the cathode catalyst layer through the anode catalyst layer and the electrolyte membrane. On the other hand, electrons reach the cathode catalyst layer through an external circuit, and through such a process, electric energy can be extracted. Then, protons and electrons that have reached the cathode catalyst layer react with oxygen contained in the air supplied to the cathode catalyst layer under the action of the catalyst contained in the cathode catalyst layer, so that water is produced. Generated.

ＭＥＡに含有されるプロトン伝導性ポリマーを含水状態に保つことにより、プロトン伝導抵抗を低減することが可能になる。そのため、ＰＥＦＣの運転時には、ＭＥＡを含水状態に保つ必要がある。ところが、ＰＥＦＣの運転時に、単セルの排水能力を超える量の水が生成されると、ＭＥＡへと供給される水素や空気が流通する流路（以下において、単に「流路」ということがある。）等に液体の水（以下において、「液水」という。）が滞留し、フラッディングと呼ばれる状態になる。フラッディングが発生すると、反応ガスの拡散が阻害されて電気化学反応の発生頻度が低減するため、ＰＥＦＣの発電性能が低下する。それゆえ、ＰＥＦＣの発電性能を向上させるためには、フラッディングを解消する必要がある。 Proton conduction resistance can be reduced by keeping the proton conductive polymer contained in MEA in a water-containing state. Therefore, it is necessary to keep the MEA in a water-containing state during PEFC operation. However, when the amount of water that exceeds the drainage capacity of a single cell is generated during operation of the PEFC, a flow path (hereinafter referred to simply as a “flow path”) through which hydrogen or air supplied to the MEA flows. Etc.), liquid water (hereinafter referred to as “liquid water”) stays in a state called flooding. When flooding occurs, diffusion of the reaction gas is hindered and the frequency of occurrence of the electrochemical reaction is reduced, so that the power generation performance of the PEFC is lowered. Therefore, in order to improve the power generation performance of PEFC, it is necessary to eliminate flooding.

フラッディングを解消し得る技術として、これまでに、流路の入口又は出口が閉塞された閉塞流路を有するＰＥＦＣが開発されてきている。閉塞流路を有する形態とすることにより、隣り合う流路の間に位置するセパレータの部位（以下において「凸部」という。）と対向する積層体の領域にも、多くの反応ガスを拡散させることができる。そのため、かかる形態とすることにより、排水性を向上させることが可能になる。 As a technique that can eliminate flooding, PEFCs having a closed flow path in which the flow path inlet or outlet is closed have been developed. By adopting a form having a closed channel, a large amount of reaction gas is diffused also in the region of the laminate facing the separator portion (hereinafter referred to as “convex portion”) located between adjacent channels. be able to. Therefore, it becomes possible to improve drainage by setting it as this form.

例えば特許文献１には、閉塞流路を有するＰＥＦＣに関する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique related to PEFC having a closed channel.

特開平１１−１６５９１号公報JP-A-11-16591

特許文献１に開示されている技術では、閉塞流路が集電体（セパレータ）に形成されているので、凸部と対向する積層体の領域にも、多くの反応ガスを拡散させることができる。そのため、凸部と対向する積層体の領域に液水が滞留する事態を抑制することが可能になると考えられる。ここで上述のように、ＰＥＦＣの運転時にはカソード触媒層で水が生成される。そのため、フラッディングは、カソード触媒層側で発生しやすく、特に、カソード触媒層側を流通する空気の下流側（以下において、「カソードガス流路の下流側」ということがある。）で発生しやすい。そして、カソードガス流路の下流側で発生しやすいフラッディングを解消するためには、カソードガス流路の下流側から移動する水の量を増大させる対策を施す必要がある。ところが、特許文献１に開示されている技術では、かかる対策が施されていないため、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制できないという問題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, since the closed flow path is formed in the current collector (separator), a large amount of reaction gas can be diffused also in the region of the laminated body facing the convex portion. . For this reason, it is considered that it is possible to suppress a situation in which liquid water stays in the region of the laminated body facing the convex portion. Here, as described above, water is generated in the cathode catalyst layer during the PEFC operation. For this reason, flooding is likely to occur on the cathode catalyst layer side, particularly on the downstream side of the air flowing through the cathode catalyst layer side (hereinafter, sometimes referred to as “downstream side of the cathode gas flow path”). . In order to eliminate flooding that tends to occur on the downstream side of the cathode gas channel, it is necessary to take measures to increase the amount of water moving from the downstream side of the cathode gas channel. However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that flooding on the downstream side of the cathode gas channel cannot be suppressed because such a measure is not taken.

そこで本発明は、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制することが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell having a closed channel that can suppress flooding on the downstream side of the cathode gas channel.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第１の本発明は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置されたアノード触媒層と、電解質膜の他方の面に配置されたカソード触媒層とを有する膜電極構造体を少なくとも備える積層体、及び、該積層体を狭持する一対のセパレータを具備し、アノード触媒層と対向するセパレータに、アノード触媒層へと供給される反応ガス及び／又はアノード触媒層を通過した反応ガスが流通するアノードガス流路が備えられ、かつ、カソード触媒層と対向するセパレータに、カソード触媒層へと供給される反応ガスが流通するカソード流入流路、及び、カソード触媒層を通過した反応ガスが流通するカソード流出流路が備えられ、カソード流入流路はカソード触媒層へと供給される反応ガスの下流端が閉塞され、かつ、カソード流出流路はカソード触媒層を通過した反応ガスの上流端が閉塞され、カソード流入流路及びカソード流出流路は、カソード触媒層と対向するセパレータにおいて互いに分離して配置され、カソード流入流路の上流側領域を流通する反応ガスの圧力をＰ１、カソード流出流路の上流側領域を流通する反応ガスの圧力をＰ２、カソード流入流路の下流側領域を流通する反応ガスの圧力をＰ３、及び、カソード流出流路の下流側領域を流通する反応ガスの圧力をＰ４とするとき、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４となるように、カソード流入流路及びカソード流出流路が構成されていることを特徴とする、燃料電池である。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The first aspect of the present invention is a laminate comprising at least a membrane electrode structure having an electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane. And a pair of separators sandwiching the laminated body, and a reaction gas supplied to the anode catalyst layer and / or a reaction gas passing through the anode catalyst layer circulates in a separator facing the anode catalyst layer. A cathode inflow passage through which a reaction gas supplied to the cathode catalyst layer flows, and a reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer circulates in a separator that is provided with an anode gas passage that faces the cathode catalyst layer. The cathode outflow channel is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer, and the cathode outflow channel is the cathode catalyst. The upstream end of the reaction gas that has passed through is blocked, the cathode inflow channel and the cathode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the cathode catalyst layer, and flow through the upstream region of the cathode inflow channel. The pressure of the gas is P1, the pressure of the reaction gas flowing in the upstream region of the cathode outflow channel is P2, the pressure of the reaction gas flowing in the downstream region of the cathode inflow channel is P3, and the downstream of the cathode outflow channel In the fuel cell, the cathode inflow passage and the cathode outflow passage are configured so that P1-P2> P3-P4 when the pressure of the reaction gas flowing through the side region is P4. is there.

ここに、本発明において、「膜電極構造体を少なくとも備える積層体」とは、膜電極構造体からなる積層体と、膜電極構造体及びその他の要素からなる積層体とを含む概念である。積層体に備えられる「その他の要素」としては、ＰＥＦＣの単セルにおいて一対のセパレータに狭持される要素のうち、ＭＥＡを除く公知の構成要素（例えば、ＭＥＡとセパレータとの間に配設されるガス拡散層等）を用いることができる。さらに、本発明において、「アノード触媒層へと供給される反応ガス」及び「アノード触媒層を通過した反応ガス」とは、例えば、水素含有ガスをいう。さらに、本発明において、「アノード触媒層へと供給される反応ガス及び／又はアノード触媒層を通過した反応ガスが流通するアノードガス流路」とは、アノード触媒層へと供給される反応ガス及びアノード触媒層を通過した反応ガスが流通する、反応ガスの入口及び出口が開口している開口流路、並びに、アノード触媒層へと供給される反応ガスが流通する、当該反応ガスの下流端が閉塞された閉塞流路（以下において「アノード流入流路」という。）、及び、アノード触媒層を通過した反応ガスが流通する、当該反応ガスの上流端が閉塞された閉塞流路（以下において「アノード流出流路」という。）を含む概念である。さらに、本発明において、「反応ガスが流通する」とは、少なくとも反応ガスが流通することをいい、反応ガスに加えて、燃料電池の発電によって生成された水等が流通することも許容する概念である。さらに、本発明において、「カソード触媒層へと供給される反応ガス」及び「カソード触媒層を通過した反応ガス」とは、例えば、酸素含有ガスをいう。さらに、本発明において、「カソード流入流路の上流側領域」とは、カソード流入流路の全長（カソード流入流路における反応ガス流通方向の長さ。以下において同じ。）の中間点からカソード流入流路の上流端（入口）までの領域をいう。さらに、本発明において、「カソード流出流路の上流側領域」とは、カソード流出流路の全長（カソード流出流路における反応ガス流通方向の長さ。以下において同じ。）の中間点からカソード流出流路の上流端までの領域をいう。さらに、本発明において、「カソード流入流路の下流側領域」とは、カソード流入流路の全長の中間点からカソード流入流路の下流端までの領域をいう。さらに、本発明において、「カソード流出流路の下流側領域」とは、カソード流出流路の全長の中間点からカソード流出流路の下流端（出口）までの領域をいう。さらに、本発明において、「Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４」とは、より具体的には、カソード流入流路の全長の中間点から所定の距離ｘ（ｘ＞０。以下において同じ。）だけ上流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ１、カソード流出流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ上流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ２、カソード流入流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ下流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ３、及び、カソード流出流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ下流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ４の間に、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４が成立することをいう。 Here, in the present invention, “a laminate including at least a membrane electrode structure” is a concept including a laminate comprising a membrane electrode structure and a laminate comprising a membrane electrode structure and other elements. As “other elements” provided in the laminate, among the elements sandwiched between a pair of separators in a single cell of PEFC, known components other than the MEA (for example, disposed between the MEA and the separator). Gas diffusion layer or the like) can be used. Furthermore, in the present invention, “the reaction gas supplied to the anode catalyst layer” and “the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer” refer to, for example, a hydrogen-containing gas. Further, in the present invention, “the anode gas flow path through which the reaction gas supplied to the anode catalyst layer and / or the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer flows” refers to the reaction gas supplied to the anode catalyst layer and The reaction gas that has passed through the anode catalyst layer circulates, the flow path in which the reaction gas inlet and outlet are open, and the reaction gas supplied to the anode catalyst layer circulates at the downstream end of the reaction gas. A blocked channel (hereinafter referred to as “anode inflow channel”) and a blocked channel (hereinafter referred to as “anode inflow channel”) in which the upstream end of the reaction gas flows. This is a concept including an “anodic outflow channel”. Furthermore, in the present invention, “reactive gas flows” means that at least the reactive gas flows, and in addition to the reactive gas, the concept of allowing water generated by power generation of the fuel cell to flow. It is. Furthermore, in the present invention, “the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer” and “the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer” refer to, for example, an oxygen-containing gas. Further, in the present invention, the “upstream region of the cathode inflow channel” refers to the cathode inflow from the intermediate point of the total length of the cathode inflow channel (the length of the cathode inflow channel in the direction of reaction gas flow, the same applies hereinafter). The area up to the upstream end (inlet) of the flow path. Furthermore, in the present invention, the “upstream region of the cathode outflow channel” means the cathode outflow from the intermediate point of the total length of the cathode outflow channel (the length of the cathode outflow channel in the direction of reaction gas flow, the same applies hereinafter). The area up to the upstream end of the flow path. Furthermore, in the present invention, the “downstream region of the cathode inflow channel” refers to a region from the midpoint of the total length of the cathode inflow channel to the downstream end of the cathode inflow channel. Further, in the present invention, the “downstream region of the cathode outflow channel” refers to a region from the midpoint of the total length of the cathode outflow channel to the downstream end (outlet) of the cathode outflow channel. Furthermore, in the present invention, “P1-P2> P3-P4” more specifically, is upstream by a predetermined distance x (x> 0; the same applies hereinafter) from the midpoint of the total length of the cathode inflow channel. The reaction gas pressure P1 at the end side position, a predetermined distance x from the intermediate point of the total length of the cathode outflow passage, and a predetermined distance x from the intermediate point of the reaction gas pressure P2 at the position of the upstream end side, the total length of the cathode inflow passage. Between the pressure P3 of the reaction gas at the position on the downstream end side by the distance x and the pressure P4 of the reaction gas at the position on the downstream end side by a predetermined distance x from the intermediate point of the total length of the cathode outflow passage. > P3-P4 is established.

また、上記第１の本発明において、さらに、アノードガス流路に、アノード触媒層へと供給される反応ガスが流通するアノード流入流路、及び、アノード触媒層を通過した反応ガスが流通するアノード流出流路が備えられ、アノード流入流路はアノード触媒層へと供給される反応ガスの下流端が閉塞され、かつ、アノード流出流路はアノード触媒層を通過した反応ガスの上流端が閉塞され、アノード流入流路及びアノード流出流路は、アノード触媒層と対向するセパレータにおいて互いに分離して配置され、積層体を挟んで、カソード流入流路の上流側領域及びカソード流出流路の上流側領域と対峙する、アノード流入流路及びアノード流出流路の領域を第１領域とし、積層体を挟んで、カソード流入流路の下流側領域及びカソード流出流路の下流側領域と対峙する、アノード流入流路及びアノード流出流路の領域を第２領域とするとともに、アノード流入流路の第１領域を流通する反応ガスの圧力をＰ５、アノード流出流路の第１領域を流通する反応ガスの圧力をＰ６、アノード流入流路の第２領域を流通する反応ガスの圧力をＰ７、及び、アノード流出流路の第２領域を流通する反応ガスの圧力をＰ８とするとき、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるように、アノード流入流路及びアノード流出流路が構成されていることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the anode gas flow path further includes an anode inflow path through which a reaction gas supplied to the anode catalyst layer flows, and an anode through which the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer flows. An outflow passage is provided, the anode inflow passage is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the anode catalyst layer, and the anode outflow passage is closed at the upstream end of the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer. The anode inflow channel and the anode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the anode catalyst layer, and the upstream region of the cathode inflow channel and the upstream region of the cathode outflow channel with the laminate interposed therebetween. The region of the anode inflow channel and the anode outflow channel facing each other is defined as the first region, and the downstream region of the cathode inflow channel and the cathode outflow channel are sandwiched between the stacked bodies. The region of the anode inflow channel and the anode outflow channel facing the downstream region is set as the second region, the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow channel is set to P5, and the first of the anode outflow channel is set. The pressure of the reaction gas flowing through the first region is P6, the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the anode inflow channel is P7, and the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the anode outflow channel is P8 In this case, it is preferable that the anode inflow channel and the anode outflow channel are configured such that P5-P6 <P7-P8.

ここに、本発明において、アノード触媒層側を流通する反応ガスが水素であり、かつ、カソード触媒層側を流通する反応ガスが空気であって、水素の流通方向と空気の流通方向とが互いに向かい合う方向である場合（以下において「第１の場合」という。）、「第１領域」とは水素の下流側領域をいう。これに対し、アノード触媒層側を流通する反応ガスが水素であり、かつ、カソード触媒層側を流通する反応ガスが空気であって、水素の流通方向と空気の流通方向とが同じ方向である場合（以下において「第２の場合」という。）、「第１領域」とは水素の上流側領域をいう。さらに、本発明において、上記第１の場合、「第２領域」とは水素の上流側領域をいう。これに対し、上記第２の場合、「第２領域」とは水素の下流側領域をいう。さらに、本発明において、「Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８」とは、より具体的には、上記第１の場合、アノード流入流路の全長（アノード流入流路における反応ガス流通方向の長さ。以下において同じ。）の中間点から所定の距離ｘだけ下流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ５、アノード流出流路の全長（アノード流出流路における反応ガス流通方向の長さ。以下において同じ。）の中間点から所定の距離ｘだけ下流端（出口）側の位置における反応ガスの圧力Ｐ６、アノード流入流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ上流端（入口）側の位置における反応ガスの圧力Ｐ７、及び、アノード流出流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ上流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ８の間に、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８が成立することをいう。同様に、「Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８」とは、より具体的には、上記第２の場合、アノード流入流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ上流端（入口）側の位置における反応ガスの圧力Ｐ５、アノード流出流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ上流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ６、アノード流入流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ下流端側の位置における反応ガスの圧力Ｐ７、及び、アノード流出流路の全長の中間点から所定の距離ｘだけ下流端（出口）側の位置における反応ガスの圧力Ｐ８の間に、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８が成立することをいう。 Here, in the present invention, the reaction gas flowing through the anode catalyst layer side is hydrogen, and the reaction gas flowing through the cathode catalyst layer side is air, and the hydrogen flow direction and the air flow direction are mutually different. In the case of facing directions (hereinafter referred to as “first case”), “first region” refers to a downstream region of hydrogen. On the other hand, the reaction gas flowing through the anode catalyst layer side is hydrogen, and the reaction gas flowing through the cathode catalyst layer side is air, and the hydrogen flow direction and the air flow direction are the same direction. In the case (hereinafter referred to as “second case”), the “first region” refers to the upstream region of hydrogen. Furthermore, in the present invention, in the first case, the “second region” refers to an upstream region of hydrogen. On the other hand, in the second case, the “second region” refers to a downstream region of hydrogen. Further, in the present invention, “P5-P6 <P7-P8” more specifically, in the first case, the total length of the anode inflow passage (the length of the anode inflow passage in the reaction gas flow direction). The same applies hereinafter.) The reaction gas pressure P5 at a position on the downstream end side by a predetermined distance x from the midpoint of the intermediate point, the total length of the anode outflow channel (the length of the anode outflow channel in the direction of the reaction gas flow). ) Reaction gas pressure P6 at a position on the downstream end (outlet) side by a predetermined distance x from the intermediate point of the above), reaction at a position on the upstream end (inlet) side by a predetermined distance x from the intermediate point of the total length of the anode inflow channel. P5-P6 <P7-P8 is established between the gas pressure P7 and the reaction gas pressure P8 at a position on the upstream end side by a predetermined distance x from the intermediate point of the total length of the anode outflow passage.Similarly, “P5-P6 <P7-P8” is more specifically the position in the upstream end (inlet) side by a predetermined distance x from the midpoint of the total length of the anode inflow channel in the second case. The reaction gas pressure P5 at the point A, the reaction gas pressure P6 at a position on the upstream end side by a predetermined distance x from the intermediate point of the entire length of the anode outflow passage, and the predetermined distance x downstream from the intermediate point of the total length of the anode inflow passage. Between the pressure P7 of the reaction gas at the end position and the pressure P8 of the reaction gas at the position on the downstream end (outlet) side by a predetermined distance x from the intermediate point of the total length of the anode outflow channel, P5-P6 < This means that P7-P8 is established.

第２の本発明は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置されたアノード触媒層と、電解質膜の他方の面に配置されたカソード触媒層とを有する膜電極構造体を少なくとも備える積層体、及び、該積層体を狭持する一対のセパレータを具備し、アノード触媒層と対向するセパレータに、アノード触媒層へと供給される反応ガスが流通するアノード流入流路、及び、アノード触媒層を通過した反応ガスが流通するアノード流出流路が備えられ、かつ、カソード触媒層と対向するセパレータに、カソード触媒層へと供給される反応ガス及び／又はカソード触媒層を通過した反応ガス、が流通するカソードガス流路が備えられ、アノード流入流路はアノード触媒層へと供給される反応ガスの下流端が閉塞され、かつ、アノード流出流路はアノード触媒層を通過した反応ガスの上流端が閉塞され、アノード流入流路及びアノード流出流路は、アノード触媒層と対向するセパレータにおいて互いに分離して配置され、積層体を挟んで、カソードガス流路の上流側領域と対峙する、アノード流入流路及びアノード流出流路の領域を第１領域とし、積層体を挟んで、カソードガス流路の下流側領域と対峙する、アノード流入流路及びアノード流出流路の領域を第２領域とするとともに、アノード流入流路の第１領域を流通する反応ガスの圧力をＰ５、アノード流出流路の第１領域を流通する反応ガスの圧力をＰ６、アノード流入流路の第２領域を流通する反応ガスの圧力をＰ７、及び、アノード流出流路の第２領域を流通する反応ガスの圧力をＰ８とするとき、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるように、アノード流入流路及びアノード流出流路が構成されていることを特徴とする、燃料電池である。 The second aspect of the present invention is a laminate comprising at least a membrane electrode structure having an electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane. And an anode inflow passage through which a reaction gas supplied to the anode catalyst layer flows in a separator facing the anode catalyst layer, and an anode catalyst layer And a reaction gas supplied to the cathode catalyst layer and / or a reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer are provided in the separator facing the cathode catalyst layer. A circulating cathode gas channel is provided, the anode inflow channel is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the anode catalyst layer, and the anode outflow channel is an anode contact channel. The upstream end of the reaction gas that has passed through the layers is closed, and the anode inflow channel and the anode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the anode catalyst layer, and sandwich the stack, The anode inflow channel and the anode outflow channel facing the upstream region are defined as the first region, and the anode inflow channel and the anode outflow flow are opposed to the downstream region of the cathode gas channel with the laminate interposed therebetween. The region of the channel is the second region, the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow channel is P5, the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode outflow channel is P6, the anode inflow When the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the passage is P7 and the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the anode outflow passage is P8, P5-P6 <P7-P8. , Wherein the anode inlet passage and the anode outlet flow path is configured, a fuel cell.

ここに、本発明において、「カソード触媒層へと供給される反応ガス及び／又はカソード触媒層を通過した反応ガス、が流通するカソードガス流路」とは、カソード触媒層へと供給される反応ガス及びカソード触媒層を通過した反応ガスが流通する、反応ガスの入口及び出口が開口している開口流路、並びに、カソード触媒層へと供給される反応ガスが流通する、当該反応ガスの下流端が閉塞された閉塞流路（カソード流入流路）、及び、カソード触媒層を通過した反応ガスが流通する、当該反応ガスの上流端が閉塞された閉塞流路（カソード流出流路）を含む概念である。 Here, in the present invention, the “cathode gas flow path through which the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer and / or the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer flows” is a reaction supplied to the cathode catalyst layer. The reaction gas that has passed through the gas and the cathode catalyst layer circulates, the reaction gas that is supplied to the cathode catalyst layer circulates, and the downstream of the reaction gas that the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer circulates. A closed channel (cathode inflow channel) whose end is closed, and a closed channel (cathode outflow channel) in which the upstream end of the reaction gas flows, through which the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer flows. It is a concept.

第１の本発明では、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４となるように、カソード流入流路及びカソード流出流路が構成される。そのため、カソードガス流路の下流側に存在する水に占める、カソード触媒層から電解質膜を通ってアノード触媒層へと移動する水の割合を、増大させることができる。カソード触媒層からアノード触媒層へと移動する水の量を増大させることにより、カソードガス流路の下流側に水が滞留する事態を抑制することができるので、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制することができる。したがって、第１の本発明によれば、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制することが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することができる。 In the first aspect of the present invention, the cathode inflow channel and the cathode outflow channel are configured so that P1-P2> P3-P4. Therefore, it is possible to increase the ratio of water moving from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer through the electrolyte membrane in the water existing on the downstream side of the cathode gas flow path. By increasing the amount of water that moves from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer, it is possible to prevent water from staying downstream of the cathode gas flow path, so flooding on the downstream side of the cathode gas flow path Can be suppressed. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell having a closed channel that can suppress flooding on the downstream side of the cathode gas channel.

また、第１の本発明において、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４、かつ、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるように、カソード流入流路及びカソード流出流路、並びに、アノード流入流路及びアノード流出流路が構成されることにより、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを容易に抑制することが可能になる。 In the first aspect of the present invention, the cathode inflow channel and the cathode outflow channel, and the anode inflow channel and the anode outflow so that P1-P2> P3-P4 and P5-P6 <P7-P8. By configuring the flow path, flooding on the downstream side of the cathode gas flow path can be easily suppressed.

第２の本発明では、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるように、アノード流入流路及びアノード流出流路が構成される。そのため、カソードガス流路の下流側に存在する水に占める、カソード触媒層から電解質膜を通ってアノード触媒層へと移動する水の割合を、増大させることができる。したがって、第２の本発明によれば、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制することが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することができる。 In the second aspect of the present invention, the anode inflow channel and the anode outflow channel are configured so that P5-P6 <P7-P8. Therefore, it is possible to increase the ratio of water moving from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer through the electrolyte membrane in the water existing on the downstream side of the cathode gas flow path. Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell having a closed channel that can suppress flooding on the downstream side of the cathode gas channel.

ＰＥＦＣの運転時に、ＭＥＡを含む積層体のアノード触媒層側に含まれる水分量、及び、カソード触媒層側に含まれる水分量は、積層体の形態、アノード触媒層側を流通する水素の流路構成、カソード触媒層側を流通する空気の流路構成、及び、運転条件等によって異なり、アノード触媒層やカソード触媒層の同一面内においても、水分量の分布が生じ得る。このため、面内のある部位では水分過多によるフラッディングが発生し、当該面内の他の部位では水分不足による乾燥が生じることがある。これは、水分の多い部位が含まれる極（カソード又はアノード）から対極（アノード又はカソード）へと移動する水の量が少ないことや、水分の少ない部位が含まれる極（アノード又はカソード）へ向かって対極（カソード又はアノード）から移動する水の量が少ないこと等に起因している。 During operation of PEFC, the amount of moisture contained in the anode catalyst layer side of the laminate containing MEA and the amount of moisture contained in the cathode catalyst layer side are the form of the laminate, the hydrogen flow path flowing through the anode catalyst layer side Depending on the configuration, the configuration of the flow path of the air flowing through the cathode catalyst layer, the operating conditions, and the like, the moisture content can be distributed even in the same plane of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer. For this reason, flooding due to excessive moisture may occur at a certain part in the surface, and drying due to insufficient moisture may occur at other parts in the surface. This is because the amount of water moving from the electrode (cathode or anode) containing a portion with high moisture to the counter electrode (anode or cathode) is small, or toward the electrode (anode or cathode) containing a portion with low moisture. This is because the amount of water moving from the counter electrode (cathode or anode) is small.

かかる観点から、本発明者らは、閉塞流路を有する燃料電池、及び、閉塞流路を有しない燃料電池を用いて、カソード触媒層側を流通する空気の量を一定に保ちながらアノード触媒層側を流通する水素量を変動させることにより、カソード触媒層からアノード触媒層へと移動する水の量と水素量との関係を調査した。結果を図１３に示す。図１３の横軸は、アノード触媒層側に供給した単位時間当たりの水素量を、アノード触媒層で消費される単位時間当たりの水素量で除することによって得られる水素量比、縦軸はカソード触媒層からアノード触媒層へと移動した水の量［ｍｌ］である。 From this point of view, the present inventors have used a fuel cell having a closed flow channel and a fuel cell not having a closed flow channel, while keeping the amount of air flowing through the cathode catalyst layer side constant while maintaining the anode catalyst layer. The relationship between the amount of water moving from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer and the amount of hydrogen was investigated by varying the amount of hydrogen flowing through the side. The results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 13 is a hydrogen amount ratio obtained by dividing the amount of hydrogen per unit time supplied to the anode catalyst layer by the amount of hydrogen per unit time consumed in the anode catalyst layer, and the vertical axis is the cathode. It is the amount [ml] of water transferred from the catalyst layer to the anode catalyst layer.

図１３より、閉塞流路を有する燃料電池、及び、閉塞流路を有しない燃料電池の何れにおいても、水素量が増大するにつれて、カソード触媒層からアノード触媒層へと移動する水の量が増大した。そして、この傾向は、閉塞流路を有する燃料電池において、顕著であった。この結果から、本発明者らは、単セルの面内でフラッディングが発生している箇所（例えば、カソード。以下において「当該極」ということがある。）の対極（アノード）に閉塞流路を適用し、閉塞流路を流通する水素の量を増大させることで、当該極から対極へと移動する水の量を増大させることができ、これによって、当該極のフラッディングを解消可能であることを知見した。
また、単セルの一方の極（当該極）に存在する水の移動経路としては、当該極を流通する反応ガスに持ち去られることによって移動する経路と、当該極から対極へと移動する経路とが考えられる。そのため、上記知見と水の移動経路とから、本発明者らは、さらに、フラッディングが発生している当該極を流通する反応ガスの量を低減し、当該極から移動する水の量に占める、当該極を流通する反応ガスによって持ち去られる水の量の割合、を低減することによっても、対極へと移動する水の量を増大可能であることを知見した。 From FIG. 13, in both the fuel cell having the closed channel and the fuel cell not having the closed channel, the amount of water moving from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer increases as the amount of hydrogen increases. did. This tendency is remarkable in a fuel cell having a closed channel. Based on this result, the present inventors have established a closed flow path at the counter electrode (anode) at the location where flooding occurs in the plane of the single cell (for example, the cathode; hereinafter referred to as “the electrode” in some cases). By applying and increasing the amount of hydrogen flowing through the closed channel, it is possible to increase the amount of water moving from the electrode to the counter electrode, thereby eliminating the flooding of the electrode. I found out.
In addition, the movement path of water existing in one pole of the single cell (the electrode) includes a path that moves by being carried away by the reaction gas flowing through the electrode, and a path that moves from the electrode to the counter electrode. Conceivable. Therefore, from the above knowledge and the movement path of water, the present inventors further reduce the amount of reaction gas flowing through the electrode where flooding occurs, and occupy the amount of water moving from the electrode. It has been found that the amount of water moving to the counter electrode can also be increased by reducing the ratio of the amount of water carried away by the reaction gas flowing through the electrode.

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。本発明は、カソードガス流路の下流側を流通する反応ガス量（又は反応ガスの流速）を低減させる、及び／又は、カソードガス流路の下流側と対峙する対極を流通する反応ガス量（又は反応ガスの流速）を増大させることによって、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制することが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することを主な要旨とする。 The present invention has been made based on such knowledge. The present invention reduces the amount of reaction gas (or the flow rate of reaction gas) flowing downstream of the cathode gas flow path and / or the amount of reaction gas flowing through the counter electrode facing the downstream side of the cathode gas flow path ( Alternatively, the main gist is to provide a fuel cell having a closed channel that can suppress flooding on the downstream side of the cathode gas channel by increasing the flow rate of the reaction gas.

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

図１は、本発明の燃料電池１０の形態例を概略的に示す断面図である。図１の紙面上下方向が、膜電極構造体４の厚さ方向であり、図１の紙面奥／手前方向又は図１の紙面手前／奥方向が、膜電極構造体４へと供給される反応ガスの流通方向である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a fuel cell 10 of the present invention. 1 is the thickness direction of the membrane electrode structure 4, and the reaction in the back / front direction of FIG. 1 or the front / back direction of FIG. 1 is supplied to the membrane electrode structure 4. This is the direction of gas flow.

図１に示すように、本発明の燃料電池１０は、電解質膜１、該電解質膜１の一方の面に形成されたアノード触媒層２、及び、該アノード触媒層２が形成された電解質膜１の面とは反対側の面に形成されたカソード触媒層３、を備えるＭＥＡ４、アノード触媒層２側に配設されたガス拡散層５、並びに、カソード触媒層３側に配設されたガス拡散層６、を備える積層体７と、ガス拡散層５側に配設されたセパレータ８と、ガス拡散層６側に配設されたセパレータ９と、を有している。セパレータ８のガス拡散層５側の面には、水素が流通する、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…、及び、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…が備えられている。そして、セパレータ９のガス拡散層６側の面には、水素の流通方向と向かい合う方向へと進む空気が流通する、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…、及び、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…が備えられている。 As shown in FIG. 1, a fuel cell 10 of the present invention includes an electrolyte membrane 1, an anode catalyst layer 2 formed on one surface of the electrolyte membrane 1, and an electrolyte membrane 1 on which the anode catalyst layer 2 is formed. MEA 4 provided with the cathode catalyst layer 3 formed on the surface opposite to the surface of the gas, the gas diffusion layer 5 disposed on the anode catalyst layer 2 side, and the gas diffusion disposed on the cathode catalyst layer 3 side The laminated body 7 provided with the layer 6, the separator 8 disposed on the gas diffusion layer 5 side, and the separator 9 disposed on the gas diffusion layer 6 side are included. The surface of the separator 8 on the gas diffusion layer 5 side is provided with anode inflow channels 8x, 8x,... And anode outflow channels 8y, 8y,. Then, on the surface of the separator 9 on the gas diffusion layer 6 side, the cathode inflow channels 9x, 9x,..., And the cathode outflow channels 9y, 9y, in which the air traveling in the direction opposite to the hydrogen flow direction flows. … Is provided.

図２は、セパレータ９の形態例を概略的に示す平面図である。図２の紙面奥／手前方向が、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さ方向である。図２の矢印は空気の流通方向を示しており、図２の紙面手前／奥方向が図１の紙面上下方向と対応している。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図３の紙面上側が図２の紙面手前側と対応しており、図３の紙面上下方向が、カソード流入流路９ｘの深さ方向である。図４は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４の紙面上側が図２の紙面手前側と対応しており、図４の紙面上下方向が、カソード流出流路９ｙの深さ方向である。以下、図１乃至図４を参照しつつ、燃料電池１０について説明を続ける。 FIG. 2 is a plan view schematically showing a form example of the separator 9. 2 is the depth direction of the cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,. The arrows in FIG. 2 indicate the direction of air flow, and the front / back direction in FIG. 2 corresponds to the vertical direction in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The upper side of the paper surface of FIG. 3 corresponds to the front side of the paper surface of FIG. 2, and the vertical direction of the paper surface of FIG. 3 is the depth direction of the cathode inflow channel 9x. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The upper side of the paper surface of FIG. 4 corresponds to the front side of the paper surface of FIG. 2, and the vertical direction of the paper surface of FIG. 4 is the depth direction of the cathode outflow passage 9y. Hereinafter, the fuel cell 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

図２に示すように、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…は、空気の下流端が閉塞されており、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…は、空気の上流端が閉塞されている。図２に示すように、セパレータ９に備えられているカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…、及び、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…は、交互に分離して配置されており、互いに接続されていない。それゆえ、燃料電池１０において、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…を介して供給された空気は、ガス拡散層６やカソード触媒層３へと拡散し、その後、ガス拡散層６やカソード触媒層３を通過した空気が、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…へと達する。したがって、燃料電池１０によれば、隣接するカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…とカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…との間の凸部９ｚと対向するガス拡散層６及びカソード触媒層３の領域（以下において、「凸部９ｚ対向領域」という。）にも、空気を容易に拡散させることができる。そのため、燃料電池１０によれば、凸部９ｚ対向領域に液水が滞留する事態を抑制でき、フラッディングの発生を解消することが可能になる。 As shown in FIG. 2, the cathode inflow channels 9x, 9x,... Are closed at the downstream end of air, and the cathode outflow channels 9y, 9y,. As shown in FIG. 2, the cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,... Provided in the separator 9 are alternately separated and connected to each other. Not. Therefore, in the fuel cell 10, the air supplied via the cathode inflow channels 9x, 9x,... Diffuses to the gas diffusion layer 6 and the cathode catalyst layer 3, and then the gas diffusion layer 6 and the cathode catalyst layer. 3 reaches the cathode outflow channels 9y, 9y,. Therefore, according to the fuel cell 10, the gas diffusion layer 6 and the cathode catalyst layer 3 facing the convex portion 9z between the adjacent cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,. Air can also be easily diffused into the region (hereinafter referred to as “protruding portion 9z facing region”). Therefore, according to the fuel cell 10, it is possible to suppress a situation in which liquid water stays in the region facing the convex portion 9z, and it is possible to eliminate the occurrence of flooding.

図２及び図３に示すように、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…は、図２及び図３にＹ１で示すカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の下流側領域（以下において、「領域Ｙ１」という。）における深さが、図２及び図３にＸ１で示すカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の上流側領域（以下において、「領域Ｘ１」という。）における深さよりも浅くなるように構成されている。かかる構成とすることにより、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の深さを領域Ｘ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の深さと同一にした場合と比較して、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…を流通する空気の圧力Ｐ３を低減させることができる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the cathode inflow channels 9x, 9x,... Are downstream regions (hereinafter referred to as “region Y1”) of the cathode inflow channels 9x, 9x,. The depth of the cathode inflow passages 9x, 9x,... Indicated by X1 in FIGS. 2 and 3 is shallower than the depth in the upstream region (hereinafter referred to as “region X1”). It is configured. With this configuration, the depth of the cathode inflow channels 9x, 9x,... In the region Y1 is the same as the depth of the cathode inflow channels 9x, 9x,. It is possible to reduce the pressure P3 of the air flowing through the cathode inflow channels 9x, 9x,.

さらに、図２及び図４に示すように、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…は、図２及び図４にＹ１で示すカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の下流側領域（以下において、「領域Ｙ１」という。）における深さが、図２及び図４にＸ１で示すカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の上流側領域（以下において、「領域Ｘ１」という。）における深さよりも深くなるように構成されている。かかる構成とすることにより、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さを領域Ｘ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さと同一にした場合と比較して、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…を流通する空気の圧力Ｐ４を増大させることができる。 Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the cathode outflow channels 9y, 9y,... Are downstream regions of the cathode outflow channels 9y, 9y,. The depth in the region Y1 ") becomes deeper than the depth in the upstream region (hereinafter referred to as" region X1 ") of the cathode outflow channels 9y, 9y,. It is configured as follows. With this configuration, the depth of the cathode outflow channels 9y, 9y,... In the region Y1 is the same as the depth of the cathode outflow channels 9y, 9y,. It is possible to increase the pressure P4 of the air flowing through the cathode outflow channels 9y, 9y,.

図５は、カソード流入流路及びカソード流出流路の空気流通方向の位置と流路内圧力との関係を示す概念図である。図５の横軸は空気流通方向の位置（左側が上流側、右側が下流側）であり、縦軸は流路内圧力［Ｐａ］である。図５の点線Ｆ１は、空気流通方向の全長に亘って深さを一定にしたカソード流入流路の位置と流路内圧力との関係を示しており、図５の点線Ｆ２は、空気流通方向の全長に亘って深さを一定にしたカソード流出流路の位置と流路内圧力との関係を示している。図５の点線Ｆ１及び点線Ｆ２は、カソード流入流路の上流端における空気の圧力Ｐ１と、カソード流出流路の上流端における空気の圧力Ｐ２と、カソード流入流路の下流端における空気の圧力Ｐ３と、カソード流出流路の下流端における空気の圧力Ｐ４との間に、Ｐ１−Ｐ２＝Ｐ３−Ｐ４が成立する様子を示している。これに対し、図５の実線Ｆ３は、カソード流入流路９ｘの位置と流路内圧力との関係を示しており、図５の実線Ｆ４は、カソード流出流路９ｙの位置と流路内圧力との関係を示している。 FIG. 5 is a conceptual diagram showing the relationship between the position of the cathode inflow channel and the cathode outflow channel in the air flow direction and the pressure in the channel. The horizontal axis in FIG. 5 is the position in the air flow direction (the left side is the upstream side and the right side is the downstream side), and the vertical axis is the pressure in the flow path [Pa]. The dotted line F1 in FIG. 5 shows the relationship between the position of the cathode inflow channel whose depth is constant over the entire length in the air circulation direction and the pressure in the channel, and the dotted line F2 in FIG. The relationship between the position of the cathode outflow channel with a constant depth over the entire length and the pressure in the channel is shown. The dotted line F1 and dotted line F2 in FIG. 5 indicate the air pressure P1 at the upstream end of the cathode inflow channel, the air pressure P2 at the upstream end of the cathode outflow channel, and the air pressure P3 at the downstream end of the cathode inflow channel. And P1-P2 = P3-P4 is established between the air pressure P4 and the air pressure P4 at the downstream end of the cathode outflow passage. On the other hand, the solid line F3 in FIG. 5 shows the relationship between the position of the cathode inflow channel 9x and the pressure in the channel, and the solid line F4 in FIG. 5 shows the position of the cathode outflow channel 9y and the pressure in the channel. Shows the relationship.

図５に示すように、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘの深さを領域Ｘ１におけるカソード流入流路９ｘの深さと同一にした場合（点線Ｆ１）と比較して、カソード流入流路９ｘ（実線Ｆ３）によれば、カソード流入流路９ｘの下流側領域（領域Ｙ１）を流通する空気の圧力を低減させることができる。さらに、図５に示すように、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙの深さを領域Ｘ１におけるカソード流出流路９ｙの深さと同一にした場合（点線Ｆ２）と比較して、カソード流出流路９ｙ（実線Ｆ４）によれば、カソード流出流路９ｙの下流側領域（領域Ｙ１）を流通する空気の圧力を増大させることができる。そのため、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…、及び、カソード流出流路９ｙ、９ｙ、…が備えられる形態とすることにより、上流側領域（領域Ｘ１）における、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の空気の圧力Ｐ１とカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の空気の圧力Ｐ２との差よりも、圧力Ｐ３と圧力Ｐ４との差を小さくすること（Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４）が可能になる。 As shown in FIG. 5, the cathode inflow channel 9x (solid line) is compared with the case where the depth of the cathode inflow channel 9x in the region Y1 is the same as the depth of the cathode inflow channel 9x in the region X1 (dotted line F1). According to F3), the pressure of the air flowing through the downstream region (region Y1) of the cathode inflow channel 9x can be reduced. Furthermore, as shown in FIG. 5, the cathode outflow channel 9y is compared with the case where the depth of the cathode outflow channel 9y in the region Y1 is the same as the depth of the cathode outflow channel 9y in the region X1 (dotted line F2). According to (solid line F4), the pressure of the air flowing through the downstream region (region Y1) of the cathode outflow passage 9y can be increased. Therefore, the cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,... Are provided, so that the cathode inflow channels 9x, 9x,. The difference between the pressure P3 and the pressure P4 can be made smaller (P1-P2> P3-P4) than the difference between the air pressure P1 and the cathode outflow passages 9y, 9y,. Become.

圧力Ｐ３と圧力Ｐ４との差を小さくすると、ガス拡散層６やカソード触媒層３を通ってカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…からカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…へと向かう空気の流量を低減させることができる。ここで上述のように、カソードガス流路の下流側を流通する空気の量を低減させることにより、カソードガス流路の下流側から、積層体を介してカソードガス流路の下流側と対峙するアノード側へと移動する水の量を増大させることができる。加えて、燃料電池１０は、水素の流通方向と空気の流通方向とが向かい合う方向とされている。すなわち、積層体７を挟んで、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の下流側領域（以下において、「カソードガス流路の下流側」という。）と、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の上流側領域（以下において、「アノードガス流路の上流側」という。）とが対峙している。そのため、燃料電池１０によれば、カソードガス流路の下流側から、アノードガス流路の下流側と比較して乾燥しやすいアノードガス流路の上流側へと移動する水の量を、増大させることができる。したがって、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４となるようにカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…を構成することにより、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング、及び、アノードガス流路の上流側における乾燥を抑制することが可能な、燃料電池１０を提供することができる。 When the difference between the pressure P3 and the pressure P4 is reduced, the flow rate of air flowing from the cathode inflow channels 9x, 9x,... To the cathode outflow channels 9y, 9y,. Can be reduced. Here, as described above, by reducing the amount of air flowing in the downstream side of the cathode gas channel, the downstream side of the cathode gas channel is opposed to the downstream side of the cathode gas channel through the stacked body. The amount of water that moves to the anode side can be increased. In addition, the fuel cell 10 has a hydrogen flow direction and an air flow direction facing each other. That is, a downstream region of the cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,. The anode inflow channels 8x, 8x,... And the upstream regions of the anode outflow channels 8y, 8y,... (Hereinafter referred to as “upstream side of the anode gas channel”) are opposed to each other. Therefore, according to the fuel cell 10, the amount of water that moves from the downstream side of the cathode gas channel to the upstream side of the anode gas channel that is easier to dry than the downstream side of the anode gas channel is increased. be able to. Therefore, by configuring the cathode inflow channels 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y, so as to satisfy P1-P2> P3-P4, flooding on the downstream side of the cathode gas channel, and It is possible to provide the fuel cell 10 that can suppress drying on the upstream side of the anode gas flow path.

図６は、セパレータ８の形態例を概略的に示す平面図である。図６の紙面奥／手前方向が、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さ方向である。図６の矢印は水素の流通方向を示しており、図６の紙面奥／手前方向が図１の紙面上下方向と対応している。図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。図７の紙面上側が図６の紙面手前側と対応しており、図７の紙面上下方向が、アノード流入流路８ｘの深さ方向である。図８は、図６のＤ−Ｄ断面図である。図８の紙面上側が図６の紙面手前側と対応しており、図８の紙面上下方向が、アノード流出流路８ｙの深さ方向である。以下、図１、及び、図６乃至図８を参照しつつ、燃料電池１０について説明を続ける。 FIG. 6 is a plan view schematically showing a form example of the separator 8. 6 is the depth direction of the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,. The arrows in FIG. 6 indicate the flow direction of hydrogen, and the back / front direction in FIG. 6 corresponds to the up / down direction in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. The upper side of the paper surface of FIG. 7 corresponds to the front side of the paper surface of FIG. 6, and the vertical direction of the paper surface of FIG. 7 is the depth direction of the anode inflow channel 8x. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. The upper side of the paper surface of FIG. 8 corresponds to the front side of the paper surface of FIG. 6, and the vertical direction of the paper surface of FIG. 8 is the depth direction of the anode outflow passage 8y. Hereinafter, the description of the fuel cell 10 will be continued with reference to FIGS. 1 and 6 to 8.

図６に示すように、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…は、水素の下流端が閉塞されており、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…は、水素の上流端が閉塞されている。図６に示すように、セパレータ８に備えられているアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…、及び、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…は、交互に分離して配置されており、互いに接続されていない。それゆえ、燃料電池１０において、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…を介して供給された水素は、ガス拡散層５やアノード触媒層２へと拡散し、その後、ガス拡散層５やアノード触媒層２を通過した水素が、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…へと達する。したがって、燃料電池１０によれば、隣接するアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…とアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…との間の凸部８ｚと対向するガス拡散層５及びアノード触媒層２の領域（以下において、「凸部８ｚ対向領域」という。）にも、水素を容易に拡散させることができる。そのため、燃料電池１０によれば、凸部８ｚ対向領域に液水が滞留する事態を抑制でき、フラッディングの発生を解消することが可能になる。 As shown in FIG. 6, the anode inflow channels 8x, 8x,... Are closed at the downstream end of hydrogen, and the anode outflow channels 8y, 8y,. As shown in FIG. 6, the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,... Provided in the separator 8 are alternately arranged and connected to each other. Not. Therefore, in the fuel cell 10, hydrogen supplied via the anode inflow channels 8x, 8x,... Diffuses to the gas diffusion layer 5 and the anode catalyst layer 2, and then the gas diffusion layer 5 and the anode catalyst layer. The hydrogen that has passed through 2 reaches the anode outflow channels 8y, 8y,. Therefore, according to the fuel cell 10, the gas diffusion layer 5 and the anode catalyst layer 2 facing the convex portion 8z between the adjacent anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,. Hydrogen can also be easily diffused into the region (hereinafter referred to as “the convex portion 8z facing region”). Therefore, according to the fuel cell 10, it is possible to suppress a situation in which liquid water stays in the region facing the convex portion 8z, and it is possible to eliminate the occurrence of flooding.

図６及び図７に示すように、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…は、図６及び図７にＸ２で示すアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の上流側領域（以下において、「領域Ｘ２」という。）における深さが、図６及び図７にＹ２で示すアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の下流側領域（以下において、「領域Ｙ２」という。）における深さよりも浅くなるように構成されている。かかる構成とすることにより、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の深さを領域Ｙ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の深さと同一にした場合と比較して、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…を流通する水素の圧力Ｐ７を増大させることができる。 As shown in FIGS. 6 and 7, the anode inflow channels 8x, 8x,... Are upstream regions (hereinafter referred to as “region X2”) of the anode inflow channels 8x, 8x,. The depth of the anode inflow channels 8x, 8x,... Indicated by Y2 in FIGS. 6 and 7 is shallower than the depth in the downstream region (hereinafter referred to as “region Y2”). It is configured. With this configuration, the depth of the anode inflow channels 8x, 8x,... In the region X2 is the same as the depth of the anode inflow channels 8x, 8x,. The pressure P7 of hydrogen flowing through the anode inflow channels 8x, 8x,... Can be increased.

さらに、図６及び図８に示すように、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…は、図６及び図８にＸ２で示すアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の上流側領域（以下において、「領域Ｘ２」という。）における深さが、図６及び図８にＹ２で示すアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の下流側領域（以下において、「領域Ｙ２」という。）における深さよりも深くなるように構成されている。かかる構成とすることにより、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さを領域Ｙ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さと同一にした場合と比較して、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…を流通する水素の圧力Ｐ８を低減させることができる。 Further, as shown in FIGS. 6 and 8, the anode outflow channels 8y, 8y,... Are upstream regions of the anode outflow channels 8y, 8y,. The depth in the region X2 ") becomes deeper than the depth in the downstream region (hereinafter referred to as" region Y2 ") of the anode outflow channels 8y, 8y, ... indicated by Y2 in FIGS. It is configured as follows. With this configuration, the depth of the anode outflow channels 8y, 8y,... In the region X2 is the same as the depth of the anode outflow channels 8y, 8y,. The pressure P8 of hydrogen flowing through the anode outflow channels 8y, 8y,... Can be reduced.

図９は、アノード流入流路及びアノード流出流路の水素流通方向の位置と流路内圧力との関係を示す概念図である。図９の横軸は水素流通方向の位置（左側が上流側、右側が下流側）であり、縦軸は流路内圧力［Ｐａ］である。図９の点線Ｆ５は、水素流通方向の全長に亘って深さを一定にしたアノード流入流路の位置と流路内圧力との関係を示しており、図９の点線Ｆ６は、水素流通方向の全長に亘って深さを一定にしたアノード流出流路の位置と流路内圧力との関係を示している。図９の点線Ｆ５及び点線Ｆ６は、アノード流入流路の下流端における水素の圧力Ｐ５と、アノード流出流路の下流端における水素の圧力Ｐ６と、アノード流入流路の上流端における水素の圧力Ｐ７と、アノード流出流路の上流端における水素の圧力Ｐ８との間に、Ｐ５−Ｐ６＝Ｐ７−Ｐ８が成立する様子を示している。これに対し、図９の実線Ｆ７は、アノード流入流路８ｘの位置と流路内圧力との関係を示しており、図９の実線Ｆ８は、アノード流出流路８ｙの位置と流路内圧力との関係を示している。 FIG. 9 is a conceptual diagram showing the relationship between the position of the anode inflow channel and the anode outflow channel in the hydrogen flow direction and the pressure in the channel. The horizontal axis in FIG. 9 is the position in the hydrogen flow direction (the left side is the upstream side and the right side is the downstream side), and the vertical axis is the pressure in the flow path [Pa]. The dotted line F5 in FIG. 9 shows the relationship between the position of the anode inflow channel whose depth is constant over the entire length in the hydrogen flow direction and the pressure in the flow channel, and the dotted line F6 in FIG. The relationship between the position of the anode outflow channel with a constant depth over the entire length and the pressure in the channel is shown. The dotted line F5 and dotted line F6 in FIG. 9 indicate the hydrogen pressure P5 at the downstream end of the anode inflow channel, the hydrogen pressure P6 at the downstream end of the anode outflow channel, and the hydrogen pressure P7 at the upstream end of the anode inflow channel. And the pressure P8 of hydrogen at the upstream end of the anode outflow passage is shown as P5-P6 = P7-P8. On the other hand, the solid line F7 in FIG. 9 shows the relationship between the position of the anode inflow channel 8x and the pressure in the channel, and the solid line F8 in FIG. 9 shows the position of the anode outflow channel 8y and the pressure in the channel. Shows the relationship.

図９に示すように、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘの深さを領域Ｙ２におけるアノード流入流路８ｘの深さと同一にした場合（点線Ｆ５）と比較して、アノード流入流路８ｘ（実線Ｆ７）によれば、アノード流入流路８ｘの上流側領域（領域Ｘ２）を流通する水素の圧力を増大させることができる。さらに、図９に示すように、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙの深さを領域Ｙ２におけるアノード流出流路８ｙの深さと同一にした場合（点線Ｆ６）と比較して、アノード流出流路８ｙ（実線Ｆ８）によれば、アノード流出流路８ｙの上流側領域（領域Ｘ２）を流通する水素の圧力を低減させることができる。そのため、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…、及び、アノード流出流路８ｙ、８ｙ、…が備えられる形態とすることにより、領域Ｙ２における、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の水素の圧力Ｐ５とアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の水素の圧力Ｐ６との差よりも、圧力Ｐ７と圧力Ｐ８との差を大きくすること（Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８）が可能になる。 As shown in FIG. 9, the anode inflow channel 8x (solid line) is compared with the case where the depth of the anode inflow channel 8x in the region X2 is the same as the depth of the anode inflow channel 8x in the region Y2 (dotted line F5). According to F7), the pressure of hydrogen flowing through the upstream region (region X2) of the anode inflow channel 8x can be increased. Furthermore, as shown in FIG. 9, the anode outflow channel 8y is compared with the case where the depth of the anode outflow channel 8y in the region X2 is the same as the depth of the anode outflow channel 8y in the region Y2 (dotted line F6). According to (solid line F8), the pressure of hydrogen flowing through the upstream region (region X2) of the anode outflow passage 8y can be reduced. Therefore, by adopting a configuration in which the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,... Are provided, the hydrogen pressure P5 in the anode inflow channels 8x, 8x,. , And the anode outflow passages 8y, 8y,..., Can be made larger in the difference between the pressure P7 and the pressure P8 (P5−P6 <P7−P8).

圧力Ｐ７と圧力Ｐ８との差を大きくすると、ガス拡散層５やアノード触媒層２を通ってアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…からアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…へと向かう水素の流量を増大させることができる。ここで上述のように、アノードに適用した閉塞流路を流通する水素の量を増大させることにより、カソードからアノードへと移動する水の量を増大させることができる。加えて、燃料電池１０は、水素の流通方向と空気の流通方向とが向かい合う方向とされている。そのため、燃料電池１０によれば、カソードガス流路の下流側から、アノードガス流路の下流側と比較して乾燥しやすいアノードガス流路の上流側へと移動する水の量を増大させることができる。したがって、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるようにアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…を構成することにより、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング及びアノードガス流路の上流側における乾燥を抑制することが可能な、燃料電池１０を提供することができる。 When the difference between the pressure P7 and the pressure P8 is increased, the flow rate of hydrogen from the anode inflow channels 8x, 8x,... To the anode outflow channels 8y, 8y,. Can be increased. Here, as described above, the amount of water moving from the cathode to the anode can be increased by increasing the amount of hydrogen flowing through the closed channel applied to the anode. In addition, the fuel cell 10 has a hydrogen flow direction and an air flow direction facing each other. Therefore, according to the fuel cell 10, the amount of water that moves from the downstream side of the cathode gas channel to the upstream side of the anode gas channel that is easier to dry than the downstream side of the anode gas channel is increased. Can do. Therefore, by configuring the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,... So that P5-P6 <P7-P8, flooding and anode gas on the downstream side of the cathode gas channel It is possible to provide the fuel cell 10 that can suppress drying on the upstream side of the flow path.

燃料電池１０に関する上記説明では、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４、及び、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるように、カソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…、並びに、アノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…が構成されている形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。上述のように、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４となるようにカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…を構成することのみによっても、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング及びアノードガス流路の上流側における乾燥を抑制することが可能な、燃料電池を提供することができる。そのため、本発明の燃料電池は、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４となるようにカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…及びカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…を構成することのみにより、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング及びアノードガス流路の上流側における乾燥を抑制する形態とすることも可能である。同様に、上述のように、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるようにアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…を構成することのみによっても、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング及びアノードガス流路の上流側における乾燥を抑制することが可能な、燃料電池を提供することができる。そのため、本発明の燃料電池は、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８となるようにアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…及びアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…を構成することのみにより、カソードガス流路の下流側におけるフラッディング及びアノードガス流路の上流側における乾燥を抑制する形態とすることも可能である。 In the above description regarding the fuel cell 10, the cathode inflow channels 9x, 9x, ... and the cathode outflow channels 9y, 9y, ..., so that P1-P2> P3-P4 and P5-P6 <P7-P8. In addition, the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,... Are illustrated, but the fuel cell of the present invention is not limited to the embodiment. As described above, the cathode inflow channel 9x, 9x,... And the cathode outflow channels 9y, 9y,... Are configured so as to satisfy P1-P2> P3-P4. A fuel cell capable of suppressing flooding and drying on the upstream side of the anode gas flow path can be provided. Therefore, the fuel cell according to the present invention is configured only by forming the cathode inflow passages 9x, 9x,... And the cathode outflow passages 9y, 9y, ... so that P1-P2> P3-P4. It is also possible to adopt a form in which flooding on the downstream side of the anode and drying on the upstream side of the anode gas flow path are suppressed. Similarly, as described above, the cathode gas flow channel can be obtained only by configuring the anode inflow channels 8x, 8x,... And the anode outflow channels 8y, 8y,... So that P5-P6 <P7-P8. It is possible to provide a fuel cell capable of suppressing flooding on the downstream side and drying on the upstream side of the anode gas flow path. For this reason, the fuel cell of the present invention is configured only by configuring the anode inflow passages 8x, 8x,... And the anode outflow passages 8y, 8y, ... so that P5-P6 <P7-P8. It is also possible to adopt a form in which flooding on the downstream side of the anode and drying on the upstream side of the anode gas flow path are suppressed.

また、燃料電池１０に関する上記説明では、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも浅くなるように構成し、かつ、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも深くなるように構成することによって、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４とする形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも浅くなるように構成することのみによって、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４とする形態であっても良い。また、本発明の燃料電池は、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも深くなるように構成することのみによって、Ｐ１−Ｐ２＞Ｐ３−Ｐ４とする形態であっても良い。ただし、カソードガス流路の下流側を流通する空気の流量を容易に低減可能な形態にする等の観点からは、領域Ｙ１におけるカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも浅くなるように構成し、かつ、領域Ｙ１におけるカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…の深さが領域Ｘ１における深さよりも深くなるように構成することが好ましい。 In the above description regarding the fuel cell 10, the cathode inflow channels 9x, 9x,... In the region Y1 are configured to be shallower than the depth in the region X1, and the cathode outflow channels 9y in the region Y1 Although the configuration in which P1−P2> P3−P4 is exemplified by configuring the depth of 9y,... To be deeper than the depth in the region X1, the fuel cell of the present invention is limited to this configuration. is not. The fuel cell of the present invention is configured such that P1-P2> P3-P4 only by configuring the cathode inflow channels 9x, 9x,... In the region Y1 to be shallower than the depth in the region X1. There may be. Further, the fuel cell of the present invention satisfies P1-P2> P3-P4 only by configuring the cathode outflow channels 9y, 9y,... In the region Y1 to be deeper than the depth in the region X1. Form may be sufficient. However, from the viewpoint of easily reducing the flow rate of air flowing downstream of the cathode gas channel, the depth of the cathode inflow channels 9x, 9x,... In the region Y1 is the depth in the region X1. It is preferable that the depth of the cathode outflow channels 9y, 9y,... In the region Y1 is deeper than the depth in the region X1.

また、燃料電池１０に関する上記説明では、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも浅くなるように構成し、かつ、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも深くなるように構成することによって、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８とする形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも浅くなるように構成することのみによって、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８とする形態であっても良い。また、本発明の燃料電池は、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも深くなるように構成することのみによって、Ｐ５−Ｐ６＜Ｐ７−Ｐ８とする形態であっても良い。ただし、積層体を挟んで、カソードガス流路の下流側と対峙するアノード側を流通する水素の流量を容易に増大可能な形態とする等の観点からは、領域Ｘ２におけるアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも浅くなるように構成し、かつ、領域Ｘ２におけるアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…の深さが領域Ｙ２における深さよりも深くなるように構成することが好ましい。 In the above description regarding the fuel cell 10, the anode inflow channels 8x, 8x,... In the region X2 are configured to be shallower than the depth in the region Y2, and the anode outflow channels 8y, The configuration in which the depth of 8y,... Is deeper than the depth in the region Y2 is exemplified as P5-P6 <P7-P8. However, the fuel cell of the present invention is limited to this configuration. is not. The fuel cell of the present invention is configured such that P5-P6 <P7-P8 only by configuring the anode inflow channels 8x, 8x,... In the region X2 to be shallower than the depth in the region Y2. There may be. Further, the fuel cell of the present invention satisfies P5−P6 <P7−P8 only by configuring the anode outflow channels 8y, 8y,... In the region X2 to be deeper than the depth in the region Y2. Form may be sufficient. However, from the viewpoint of easily increasing the flow rate of hydrogen flowing through the anode side facing the downstream side of the cathode gas flow channel with the stacked body interposed therebetween, the anode inflow flow channel 8x in the region X2, Are configured so that the depth of 8x,... Is shallower than the depth in region Y2, and the depth of anode outflow channels 8y, 8y,... In region X2 is deeper than the depth in region Y2. It is preferable.

また、燃料電池１０に関する上記説明では、閉塞流路の全長の中間点を境に、閉塞流路の上流側全域又は下流側全域の深さが徐々に変化する形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、閉塞流路の上流側全域又は下流側全域の深さを、閉塞流路の全長の中間点を境に、階段状に変化させた形態とすることも可能である。さらに、燃料電池１０に関する上記説明では、閉塞流路の全長の中間点を境に、上流側の全領域又は下流側の全領域における流路の深さを変更する形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池において、閉塞流路の下流側領域の深さを変更する場合には、閉塞流路の下流端を含む当該閉塞流路における下流側領域の一部領域の深さのみを変更することができる。さらに、本発明の燃料電池において、閉塞流路の上流側領域の深さを変更する場合には、閉塞流路の上流端を含む当該閉塞流路における上流側領域の一部領域の深さのみを変更することができる。 Further, in the above description regarding the fuel cell 10, the mode in which the depth of the entire upstream side or the entire downstream side of the blocked channel gradually changes with the middle point of the entire length of the blocked channel as an example is described. The fuel cell is not limited to this form. The fuel cell of the present invention can also have a form in which the depth of the entire upstream side or the entire downstream side of the closed channel is changed stepwise from the middle point of the entire length of the closed channel. Further, in the above description regarding the fuel cell 10, the mode in which the depth of the flow path in the entire upstream region or the entire downstream region is changed with the middle point of the total length of the closed flow channel as a boundary is illustrated. The fuel cell is not limited to this form. In the fuel cell of the present invention, when changing the depth of the downstream region of the blocked channel, only the depth of the partial region of the downstream region in the blocked channel including the downstream end of the blocked channel is changed. can do. Furthermore, in the fuel cell of the present invention, when changing the depth of the upstream region of the blocked channel, only the depth of the partial region of the upstream region in the blocked channel including the upstream end of the blocked channel is included. Can be changed.

また、燃料電池１０に関する上記説明では、水素の流通方向と空気の流通方向とが互いに向かい合う方向である形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池における水素の流通方向及び空気の流通方向は、同一の方向とすることも可能である。ただし、水素の下流側と比較して乾燥しやすい水素の上流側へ、空気の下流側から水を移動させることによって、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制するとともに、アノードガス流路の上流側における電解質膜やアノード触媒層の乾燥を抑制可能な形態にする等の観点からは、水素の流通方向と空気の流通方向とが互いに向かい合う方向である形態とすることが好ましい。 Moreover, in the said description regarding the fuel cell 10, although the form which is the direction where the distribution direction of hydrogen and the distribution direction of air face each other was illustrated, the fuel cell of this invention is not limited to the said form. The flow direction of hydrogen and the flow direction of air in the fuel cell of the present invention can be the same direction. However, by moving water from the downstream side of the air to the upstream side of the hydrogen, which is easier to dry than the downstream side of the hydrogen, flooding on the downstream side of the cathode gas channel is suppressed, and the anode gas channel From the viewpoint of, for example, a configuration in which drying of the electrolyte membrane and the anode catalyst layer on the upstream side can be suppressed, it is preferable that the hydrogen flow direction and the air flow direction are opposite to each other.

また、燃料電池１０に関する上記説明では、略直線状のアノード流入流路８ｘ、８ｘ、…、及び、略直線状のアノード流出流路８ｙ、８ｙ、…が備えられるセパレータ８、並びに、略直線状のカソード流入流路９ｘ、９ｘ、…、及び、略直線状のカソード流出流路９ｙ、９ｙ、…が備えられるセパレータ９を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池に備えられるアノード流入流路及びアノード流出流路並びにカソード流入流路及びカソード流出流路は、何れも、湾曲した形状（例えば、いわゆるサーペンタイン形状等）とすることができる。 In the above description regarding the fuel cell 10, the substantially straight anode inflow channels 8x, 8x,... And the substantially straight anode outflow channels 8y, 8y,. The cathode inflow passages 9x, 9x,... And the substantially straight cathode outflow passages 9y, 9y,... Are illustrated. However, the fuel cell of the present invention is not limited to this form. Absent. The anode inflow channel, anode outflow channel, cathode inflow channel and cathode outflow channel provided in the fuel cell of the present invention can all have a curved shape (for example, a so-called serpentine shape).

また、本発明を、複数の単セルが積層されたセル積層体を備える燃料電池へ適用する際、上述のセパレータを有する単セルのみによってセル積層体を構成しても良く、当該単セルをセル積層体の一部に配置しても良い。当該単セルをセル積層体の一部に配置する場合、その配置箇所は特に限定されるものではないが、セル積層体の中央に位置する単セルと比較して低温環境に曝されやすいセル積層体の端部に、上述のセパレータを有する単セルを配置することが好ましい。 In addition, when the present invention is applied to a fuel cell including a cell stack in which a plurality of single cells are stacked, the cell stack may be configured only by a single cell having the above-described separator. You may arrange | position in a part of laminated body. When the single cell is arranged in a part of the cell stack, the arrangement location is not particularly limited, but the cell stack is more easily exposed to a low temperature environment than the single cell located in the center of the cell stack. It is preferable to arrange a single cell having the above-mentioned separator at the end of the body.

上流側領域の一部領域の深さを下流側領域の深さよりも浅くした閉塞流路であるアノード流入流路、全長に亘って深さが一定の閉塞流路であるアノード流出流路、カソード流入流路、及び、カソード流出流路を備えた燃料電池（本発明の燃料電池。以下において、「実施例の燃料電池」という。）、並びに、全長に亘って深さが一定の閉塞流路であるアノード流入流路、アノード流出流路、カソード流入流路、及び、カソード流出流路を備えた燃料電池（従来の燃料電池。以下において、「比較例の燃料電池」という。）を仮定し、シミュレーションを実施した。なお、実施例の燃料電池、並びに、比較例の燃料電池は、何れも、アノード触媒層とセパレータとの間、及び、カソード触媒層とセパレータとの間にガス拡散層が配置された構成とした。また、実施例の燃料電池と比較例の燃料電池とは、アノード流入流路の構成を除くその他の構成及び運転条件は全て同一とした。実施例の燃料電池、並びに、比較例の燃料電池に共通する構成、及び、計算条件を以下に示す。以下の構成において、アノード流入流路、アノード流出流路、カソード流入流路、及び、カソード流出流路をまとめて、単に「閉塞流路」と記載する。 An anode inflow channel that is a closed channel in which the depth of a partial region of the upstream region is shallower than the depth of the downstream region, an anode outflow channel that is a closed channel having a constant depth over the entire length, and a cathode Fuel cell having an inflow channel and a cathode outflow channel (fuel cell of the present invention; hereinafter referred to as “fuel cell of example”), and closed channel having a constant depth over the entire length Assuming a fuel cell (conventional fuel cell; hereinafter referred to as “comparative fuel cell”) having an anode inflow channel, an anode outflow channel, a cathode inflow channel, and a cathode outflow channel. A simulation was conducted. The fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example were both configured such that a gas diffusion layer was disposed between the anode catalyst layer and the separator and between the cathode catalyst layer and the separator. . The fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example were all the same except for the configuration of the anode inflow channel and the operating conditions. Configurations and calculation conditions common to the fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example are shown below. In the following configuration, the anode inflow channel, the anode outflow channel, the cathode inflow channel, and the cathode outflow channel are collectively referred to simply as “blocking channel”.

＜閉塞流路の構成＞
閉塞流路の長さ；０．２ｍ
閉塞流路の幅；０．０００８ｍ
カソード流入流路の深さ；０．０００３５ｍ
カソード流出流路の深さ；０．０００３５ｍ
凸部の幅；０．０００８ｍ
閉塞流路の上流端又は下流端とセパレータの端面との距離；５ｍｍ <Configuration of closed channel>
Length of occlusion channel; 0.2m
The width of the closed channel; 0.0008 m
Depth of cathode inflow channel: 0.00035m
Depth of cathode outflow channel: 0.00035m
Width of convex part: 0.0008 m
Distance between upstream end or downstream end of closed channel and end face of separator; 5 mm

＜ガス拡散層の構成＞
ガス拡散層の厚さ；０．０００２ｍ
ガス拡散層の透気度；８×１０^−１２［Ｐａ・ｓ］ <Configuration of gas diffusion layer>
Gas diffusion layer thickness: 0.0002m
Air permeability of gas diffusion layer: 8 × 10 ⁻¹² [Pa · s]

＜計算条件＞
電流密度；２［Ａ／ｃｍ^２］
アノード流入流路へと供給した水素の量；電流密度２［Ａ／ｃｍ^２］でＰＥＦＣを運転した場合にアノード触媒層で消費される水素量の２倍
カソード流入流路へと供給した空気の量；電流密度２［Ａ／ｃｍ^２］でＰＥＦＣを運転した場合にカソード触媒層で消費される酸素量の２倍の酸素を含む空気 <Calculation conditions>
Current density: 2 [A / cm ² ]
The amount of hydrogen supplied to the anode inflow channel; twice the amount of hydrogen consumed in the anode catalyst layer when the PEFC is operated at a current density of 2 [A / cm ² ] The amount of air supplied to the cathode inflow channel Amount: air containing oxygen twice the amount of oxygen consumed in the cathode catalyst layer when the PEFC is operated at a current density of 2 [A / cm ² ]

上記のように構成した実施例の燃料電池及び比較例の燃料電池を、上記条件で運転させた場合を想定し、アノード流入流路における水素の圧力及びアノード流出流路における水素の圧力、並びに、アノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速を計算した。実施例の燃料電池並びに比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を図１０に示す。図１０（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の縦軸は流路深さ［ｍ］、横軸は流路位置［ｍ］であり、紙面左側が上流側、同右側が下流側である。また、実施例の燃料電池並びに比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を図１１に示す。図１１（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を示す図であり、図１１（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を示す図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）の縦軸は流路内における水素の絶対圧力［Ｐａ］、横軸は流路位置［ｍ］であり、紙面左側が上流側、同右側が下流側である。また、実施例の燃料電池並びに比較例の燃料電池のアノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を図１２に示す。図１２（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の縦軸はガス拡散層内を流通する水素の流速［ｍ／ｓ］、横軸は流路位置［ｍ］であり、紙面左側が上流側、同右側が下流側である。 Assuming the case where the fuel cell of the embodiment configured as described above and the fuel cell of the comparative example are operated under the above conditions, the hydrogen pressure in the anode inflow channel and the hydrogen pressure in the anode outflow channel, and The flow rate of hydrogen flowing through the gas diffusion layer arranged on the anode catalyst layer side was calculated. FIG. 10 shows the relationship between the depth of the anode inflow channel and the anode outflow channel and the channel position of the fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example. FIG. 10A is a diagram showing the relationship between the depth and the position of the anode inflow channel and the anode outflow channel of the fuel cell of the example, and FIG. 10B is the diagram of the fuel cell of the comparative example. It is a figure which shows the relationship between the depth of an anode inflow channel and an anode outflow channel, and a channel position. 10A and 10B, the vertical axis represents the flow path depth [m], and the horizontal axis represents the flow path position [m]. The left side of the drawing is the upstream side, and the right side is the downstream side. FIG. 11 shows the relationship between the hydrogen pressure and the channel position in the anode inflow channel and anode outflow channel of the fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example. FIG. 11A is a diagram showing the relationship between the hydrogen pressure and the channel position in the anode inflow channel and anode outflow channel of the fuel cell of the example, and FIG. 11B is the fuel of the comparative example. It is a figure which shows the relationship between the pressure of hydrogen and the flow-path position in the anode inflow channel and anode outflow channel of a battery. 11A and 11B, the vertical axis represents the absolute hydrogen pressure [Pa] in the flow path, the horizontal axis represents the flow path position [m], the left side of the page is the upstream side, and the right side is the downstream side. It is. FIG. 12 shows the relationship between the flow rate of the hydrogen flowing through the gas diffusion layer disposed on the anode catalyst layer side of the fuel cell of the example and the fuel cell of the comparative example and the flow path position. FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the flow rate of hydrogen flowing through the gas diffusion layer disposed on the anode catalyst layer side of the fuel cell of the example and the flow path position, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the flow velocity and flow path position of the hydrogen which distribute | circulates the inside of the gas diffusion layer arrange | positioned at the anode catalyst layer side of the fuel cell of a comparative example. 12 (a) and 12 (b), the vertical axis represents the flow velocity [m / s] of hydrogen flowing through the gas diffusion layer, the horizontal axis represents the flow path position [m], and the left side of the drawing is the upstream side. The right side is the downstream side.

図１０（ａ）に示すように、実施例の燃料電池では、アノード流入流路の上流端を含む上流側の一部領域の深さのみを０．０００３５ｍから０．０００２ｍに変更し、アノード流出流路の深さは、その全長に亘って０．０００３５ｍとした。これに対し、図１０（ｂ）に示すように、比較例の燃料電池では、アノード流入流路及びアノード流出流路の深さを、これらの全長に亘って０．０００３５ｍとした。このようにして構成上の差異を設けた結果、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、実施例の燃料電池におけるアノード流入流路の入口における圧力（＞１４２５００［Ｐａ］）を、比較例の燃料電池におけるアノード流入流路の入口における圧力（＜１４２５００［Ｐａ］）よりも増大させることができた。さらに、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、実施例の燃料電池のアノード触媒層側に配置された、アノード流入流路の入口と面するガス拡散層の領域を流通する水素の流速（＞０．３［ｍ／ｓ］）を、比較例の燃料電池のアノード触媒層側に配置された、アノード流入流路の入口と面するガス拡散層を流通する水素の流速（＜０．３［ｍ／ｓ］）よりも増大させることができた。すなわち、アノード流入流路の上流側領域における水素の流速を増大させることによって、アノード流入流路の上流側領域における圧力を増大させることができた。以上より、本発明の燃料電池によれば、アノード流入流路の上流端を含む上流側の一部領域の深さのみを、当該アノード流入流路の下流側領域の深さよりも浅くすることのみによって、水素の上流側を流通する水素量を増大させることができた。したがって、当該結果及び図１３に示される結果から、本発明の燃料電池によれば、カソードガス流路の下流側に存在する水を水素の上流側へと移動させることができ、これによって、カソードガス流路の下流側におけるフラッディングを抑制可能であった。 As shown in FIG. 10 (a), in the fuel cell of the example, only the depth of the partial region on the upstream side including the upstream end of the anode inflow channel was changed from 0.00035m to 0.0002m, and the anode outflow The depth of the flow path was 0.00035 m over its entire length. On the other hand, as shown in FIG. 10B, in the fuel cell of the comparative example, the depth of the anode inflow channel and the anode outflow channel was 0.00035 m over the entire length thereof. As a result of providing the structural differences in this way, as shown in FIGS. 11A and 11B, the pressure at the inlet of the anode inflow passage in the fuel cell of the example (> 142500 [Pa]) Can be increased more than the pressure (<142500 [Pa]) at the inlet of the anode inflow channel in the fuel cell of the comparative example. Furthermore, as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), it circulates through the region of the gas diffusion layer that faces the inlet of the anode inflow passage, which is disposed on the anode catalyst layer side of the fuel cell of the embodiment. The flow rate of hydrogen (> 0.3 [m / s]) is the flow rate of hydrogen flowing through the gas diffusion layer facing the inlet of the anode inflow passage disposed on the anode catalyst layer side of the fuel cell of the comparative example ( <0.3 [m / s]). That is, the pressure in the upstream region of the anode inflow channel could be increased by increasing the hydrogen flow rate in the upstream region of the anode inflow channel. As described above, according to the fuel cell of the present invention, only the depth of the partial region on the upstream side including the upstream end of the anode inflow channel is made shallower than the depth of the downstream region of the anode inflow channel. As a result, the amount of hydrogen flowing in the upstream side of hydrogen could be increased. Therefore, according to the result and the result shown in FIG. 13, according to the fuel cell of the present invention, the water existing on the downstream side of the cathode gas flow path can be moved to the upstream side of hydrogen, Flooding on the downstream side of the gas flow path could be suppressed.

本発明の燃料電池１０の形態例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a form of the fuel cell 10 of this invention. セパレータ９の形態例を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing an example of a configuration of a separator 9. FIG. カソード流入流路９ｘの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of the cathode inflow channel 9x. カソード流出流路９ｙの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of the cathode outflow flow path 9y. カソード流入流路及びカソード流出流路の空気流通方向の位置と流路内圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of the air flow direction of a cathode inflow channel and a cathode outflow channel, and the pressure in a channel. セパレータ８の形態例を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing an example of the form of a separator 8. FIG. アノード流入流路８ｘの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of the anode inflow channel 8x. アノード流出流路８ｙの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a form of the anode outflow channel 8y. アノード流入流路及びアノード流出流路の水素流通方向の位置と流路内圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of the hydrogen distribution direction of an anode inflow channel and an anode outflow channel, and the pressure in a channel. アノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を示す図である。図１０（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路の深さと流路位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the depth of an anode inflow channel and an anode outflow channel, and a channel position. FIG. 10A is a diagram showing the relationship between the depth and the position of the anode inflow channel and the anode outflow channel of the fuel cell of the example, and FIG. 10B is the diagram of the fuel cell of the comparative example. It is a figure which shows the relationship between the depth of an anode inflow channel and an anode outflow channel, and a channel position. アノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を示す図である。図１１（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を示す図であり、図１１（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード流入流路及びアノード流出流路における水素の圧力と流路位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure of hydrogen in an anode inflow channel and an anode outflow channel, and a channel position. FIG. 11A is a diagram showing the relationship between the hydrogen pressure and the channel position in the anode inflow channel and anode outflow channel of the fuel cell of the example, and FIG. 11B is the fuel of the comparative example. It is a figure which shows the relationship between the pressure of hydrogen and the flow-path position in the anode inflow channel and anode outflow channel of a battery. アノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を示す図である。図１２（ａ）は、実施例の燃料電池のアノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、比較例の燃料電池のアノード触媒層側に配置されたガス拡散層内を流通する水素の流速と流路位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow velocity and flow path position of the hydrogen which distribute | circulates the inside of the gas diffusion layer arrange | positioned at the anode catalyst layer side. FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the flow rate of hydrogen flowing through the gas diffusion layer disposed on the anode catalyst layer side of the fuel cell of the example and the flow path position, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the flow velocity and flow path position of the hydrogen which distribute | circulates the inside of the gas diffusion layer arrange | positioned at the anode catalyst layer side of the fuel cell of a comparative example. カソード触媒層からアノード触媒層へと移動する水の量と水素量比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the quantity of the water which moves from a cathode catalyst layer to an anode catalyst layer, and hydrogen amount ratio.

Explanation of symbols

１…電解質膜
２…アノード触媒層
３…カソード触媒層
４…ＭＥＡ（膜電極構造体）
５…ガス拡散層
６…ガス拡散層
７…積層体
８…セパレータ
８ｘ…アノード流入流路
８ｙ…アノード流出流路
８ｚ…凸部
９…セパレータ
９ｘ…カソード流入流路
９ｙ…カソード流出流路
９ｚ…凸部
１０…燃料電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane 2 ... Anode catalyst layer 3 ... Cathode catalyst layer 4 ... MEA (membrane electrode structure)
5 ... Gas diffusion layer 6 ... Gas diffusion layer 7 ... Laminate 8 ... Separator 8x ... Anode inflow channel 8y ... Anode outflow channel 8z ... Projection 9 ... Separator 9x ... Cathode inflow channel 9y ... Cathode outflow channel 9z ... Convex part 10 ... Fuel cell

Claims

A laminate comprising at least an electrolyte membrane, a membrane electrode structure having an anode catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane; and Comprising a pair of separators sandwiching the laminate,
The separator facing the anode catalyst layer is provided with an anode gas flow path through which a reaction gas supplied to the anode catalyst layer and / or a reaction gas passing through the anode catalyst layer flows, and the cathode The separator facing the catalyst layer is provided with a cathode inflow channel through which the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer flows, and a cathode outflow channel through which the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer flows.
The cathode inflow passage is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer, and the cathode outflow passage is closed at the upstream end of the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer,
The cathode inflow channel and the cathode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the cathode catalyst layer,
The pressure of the reaction gas flowing in the upstream region of the cathode inflow channel is P1, the pressure of the reaction gas flowing in the upstream region of the cathode outflow channel is P2, and the downstream region of the cathode inflow channel is When the pressure of the reaction gas flowing is P3 and the pressure of the reaction gas flowing in the downstream region of the cathode outflow channel is P4,
P1-P2> P3-P4
The fuel cell is characterized in that the cathode inflow channel and the cathode outflow channel are configured as follows.

Further, the anode gas flow path is provided with an anode inflow path through which a reaction gas supplied to the anode catalyst layer flows, and an anode outflow path through which the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer flows.
The anode inflow channel is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the anode catalyst layer, and the anode outflow channel is closed at the upstream end of the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer,
The anode inflow channel and the anode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the anode catalyst layer,
A region of the anode inflow channel and the anode outflow channel facing the upstream region of the cathode inflow channel and the upstream region of the cathode outflow channel across the stacked body is defined as a first region. The anode inflow channel and the anode outflow channel are opposed to the downstream region of the cathode inflow channel and the downstream region of the cathode outflow channel with the stacked body interposed therebetween. And
The pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow passage is P5, the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode outflow passage is P6, and the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow passage is P5. When the pressure of the reaction gas flowing through two regions is P7 and the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the anode outflow channel is P8,
P5-P6 <P7-P8
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the anode inflow channel and the anode outflow channel are configured so that

A laminate comprising at least an electrolyte membrane, a membrane electrode structure having an anode catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane; and Comprising a pair of separators sandwiching the laminate,
The separator facing the anode catalyst layer includes an anode inflow channel through which a reaction gas supplied to the anode catalyst layer flows, and an anode outflow channel through which the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer flows. And a cathode gas flow path through which the reaction gas supplied to the cathode catalyst layer and / or the reaction gas that has passed through the cathode catalyst layer circulates in the separator facing the cathode catalyst layer,
The anode inflow channel is closed at the downstream end of the reaction gas supplied to the anode catalyst layer, and the anode outflow channel is closed at the upstream end of the reaction gas that has passed through the anode catalyst layer,
The anode inflow channel and the anode outflow channel are arranged separately from each other in the separator facing the anode catalyst layer,
A region of the anode inflow channel and the anode outflow channel facing the upstream region of the cathode gas channel with the stacked body interposed therebetween is defined as a first region, and the cathode gas flow is sandwiched with the stacked body interposed therebetween. A region of the anode inflow channel and the anode outflow channel facing the downstream region of the path is a second region,
The pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow passage is P5, the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode outflow passage is P6, and the pressure of the reaction gas flowing through the first region of the anode inflow passage is P5. When the pressure of the reaction gas flowing through two regions is P7 and the pressure of the reaction gas flowing through the second region of the anode outflow channel is P8,
P5-P6 <P7-P8
The fuel cell is characterized in that the anode inflow channel and the anode outflow channel are configured as follows.