JP2011124185A - Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack with the same - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack with the same Download PDF

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岳太 岡西
Shinsuke Takeguchi
伸介 竹口
Naotsugu Koashi
直嗣 小足
Yoichiro Tsuji
庸一郎 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte fuel cell that prevents deterioration in the polyelectrolyte membrane, such as, when the polymer electrolyte fuel cell is operated under a condition of high-temperature and low-humidity. <P>SOLUTION: The polymer electrolyte fuel cell includes the polyelectrolyte membrane; a membrane-electrode-assembly with a pair of electrode; a first separator 6A, where a canaliform first reaction gas passage 8 is formed to be bent on one of main surfaces; a second separator where a canaliform second reaction gas passage 9 is formed with the other surface of the main surfaces bent. In the polymer electrolyte fuel cell, the first reaction gas passage 8 is formed so as to bypass a region (in the following section, a second specified region 52) from a first part overlapping the electrode (from here, a second part 42), from an upstream edge of the second reaction gas passage 9 to a downstream of predetermined section, as seen from the thickness direction of the first separator 6A. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックの構成、特に、高分子電解質形燃料電池のセパレータの構成に関する。   The present invention relates to a structure of a polymer electrolyte fuel cell and a fuel cell stack including the same, and more particularly to a structure of a separator of a polymer electrolyte fuel cell.

近年、クリーンなエネルギー源として、燃料電池が注目されている。燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池が挙げられる。高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、膜−電極接合体と、この膜−電極接合体を挟みかつそれぞれアノード及びカソードに接触するように配置されたアノードセパレータ及びカソードセパレータとを備えている。膜−電極接合体は、それぞれガス拡散層及び触媒層からなるアノード及びカソード（これらを電極という）を備えている。ガス拡散層には、反応ガスの流通パスとなる細孔が存在する。アノードセパレータの一方の主面には、燃料ガス流路が形成されている。カソードセパレータの一方の主面には、酸化剤ガス流路が形成されている。燃料ガス流路からアノードに供給された燃料ガス（水素）はイオン化（Ｈ＋）され、アノードのガス拡散層及び触媒層を通過し、高分子電解質膜中を水の介在によって通過して、カソード側に移動する。カソード側に到達した水素イオンは、カソードの触媒層において以下の発電反応により、水を生成する。 In recent years, fuel cells have attracted attention as clean energy sources. Examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell. A polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEFC) includes a membrane-electrode assembly, and an anode separator and a cathode separator disposed so as to sandwich the membrane-electrode assembly and to be in contact with the anode and the cathode, respectively. ing. The membrane-electrode assembly includes an anode and a cathode (these are referred to as electrodes) each composed of a gas diffusion layer and a catalyst layer. The gas diffusion layer has pores that serve as a reaction gas flow path. A fuel gas flow path is formed on one main surface of the anode separator. An oxidant gas flow path is formed on one main surface of the cathode separator. The fuel gas (hydrogen) supplied from the fuel gas flow path to the anode is ionized (H + ), passes through the gas diffusion layer and the catalyst layer of the anode, passes through the polymer electrolyte membrane through the intervention of water, Move to the side. The hydrogen ions that have reached the cathode produce water in the catalyst layer of the cathode by the following power generation reaction.

アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全反応：Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
生成された水（生成水）は、蒸気又は液体のまま、カソードセパレータに形成された酸化剤ガス流路に流れ込む。また、カソード側で生成された水の一部は、アノード側に移動して（いわゆる、逆拡散）、燃料ガス流路に流れ込む。酸化剤ガス流路又は燃料ガス流路に流れ込んだ生成水は、酸化剤ガス又は燃料ガスの流れに沿って、下流側に移動する。このため、電極内における局所的な水分量のばらつきが大きくなり、その結果、局所的な発電量のばらつきが大きくなる場合がある。 Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: (1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O
Total reaction: H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
The produced water (produced water) flows into the oxidant gas flow path formed in the cathode separator in the form of vapor or liquid. Further, part of the water generated on the cathode side moves to the anode side (so-called reverse diffusion) and flows into the fuel gas flow path. The produced water that has flowed into the oxidant gas flow path or the fuel gas flow path moves downstream along the flow of the oxidant gas or fuel gas. For this reason, the dispersion | variation in the local water content in an electrode becomes large, As a result, the dispersion | variation in local power generation amount may become large.

このような問題に対して、ガスが流入する第１流路と、ガスを排出する第２流路と、を備え、アノード側の第１流路とカソード側の第２流路とを電解質層を挟んで対向するように構成し、アノード側の第２流路とカソード側の第１流路とを電解質層を挟んで対向するように構成された燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、アノードガス通路とカソードガス通路とが電解質膜−電極接合体を挟んで対峙する位置関係で設けられ、かつアノードガスとカソードガスとがそれぞれ通路内を並行して流通するように構成された、固体高分子型燃料電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。   In order to solve such a problem, the first flow path into which gas flows and the second flow path from which gas is discharged are provided, and the first flow path on the anode side and the second flow path on the cathode side are connected to the electrolyte layer. There is known a fuel cell that is configured to face each other with a second channel on the anode side and a first channel on the cathode side sandwiched by an electrolyte layer (for example, a patent) Reference 1). Further, the anode gas passage and the cathode gas passage are provided in a positional relationship facing each other with the electrolyte membrane-electrode assembly interposed therebetween, and the anode gas and the cathode gas are circulated in parallel in the passage. A polymer electrolyte fuel cell is known (see, for example, Patent Document 2).

特許文献１に開示されている燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスの流れを、いわゆる対向流とし、流路を電解質層を挟んで互いに対向するように構成することで、ガス拡散層の水分量の多い領域同士や水分量の少ない領域同士が、電解質層を挟んで対向することが抑制され、その結果、電極における局所的な発電量のばらつきが大きくなることが抑制される。   In the fuel cell disclosed in Patent Document 1, the flow of the fuel gas and the oxidant gas is a so-called counterflow, and the flow path is configured to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, whereby moisture in the gas diffusion layer is formed. Regions with a large amount or regions with a small amount of water are prevented from facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and as a result, local variations in the amount of power generation at the electrodes are suppressed.

また、特許文献２に開示されている固体高分子型燃料電池では、カソードガスよりもアノードガスの方を高加湿にすることで、カソードガス通路の入口側付近では、アノードガス通路の入口側付近を通流するアノードガスから水分が拡散して、アノード電極側からカソード電極側に向かって移動し、一方、アノードガス通路の出口側付近では、水分がカソード電極側からアノード電極側に向かって移動するため、燃料電池全体の水分の給排制御を適正に行い、燃料電池の発電性能を良好に維持することができる。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 2, the anode gas is humidified higher than the cathode gas, so that the vicinity of the inlet side of the cathode gas passage is near the inlet side of the anode gas passage. Moisture diffuses from the flowing anode gas and moves from the anode electrode side to the cathode electrode side, while moisture moves from the cathode electrode side to the anode electrode side near the outlet side of the anode gas passage. Therefore, the water supply / discharge control of the entire fuel cell can be appropriately performed, and the power generation performance of the fuel cell can be maintained satisfactorily.

特開２００６−３３１９１６号公報JP 2006-331916 A 特開平９−２８３１６２号公報JP-A-9-283162

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている燃料電池においては、燃料電池を高温低加湿（例えば、反応ガスの露点を燃料電池スタック内の温度よりも低くする）の条件で運転すると、反応ガス流路の上流部では、上記反応が充分に行われていないので水が充分に生成されず、高分子電解質膜の反応ガス流路の上流部に対向する部分が、乾燥してイオン伝導性が低下し、発電効率が低下するという点で、未だ改善の余地があった。   However, in the fuel cells disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, when the fuel cell is operated under conditions of high temperature and low humidity (for example, the dew point of the reaction gas is lower than the temperature in the fuel cell stack), In the upstream part of the reaction gas channel, the above reaction is not sufficiently performed, so that sufficient water is not generated, and the part of the polymer electrolyte membrane facing the upstream part of the reaction gas channel is dried and ion-conductive. However, there is still room for improvement in terms of reduced power generation efficiency.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、特に、高分子電解質形燃料電池を高温低加湿条件下で運転するような場合に、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In particular, when the polymer electrolyte fuel cell is operated under a high temperature and low humidity condition, the deterioration of the polymer electrolyte membrane is suppressed. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of forming a fuel cell and a fuel cell stack including the same.

ところで、燃料電池の運転中においては、電極における反応ガス流路に面する部分の水分（液体及び気体の水）含有量が、電極における隣接する反応ガス流路間に形成されたリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低いことが知られている。図１６は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。   By the way, during the operation of the fuel cell, the moisture (liquid and gaseous water) content of the portion facing the reaction gas flow path in the electrode contacts the rib portion formed between adjacent reaction gas flow paths in the electrode. It is known that the water content of the portion to be reduced is low. FIG. 16 is a schematic diagram showing the moisture content of the electrode during fuel cell operation.

本発明者等は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の点を見出した。すなわち、図１６に示すように、電極２０２における隣接する反応ガス流路２０３間に形成されたリブ部（セパレータの内面）２０４に接触する部分２０２Ａに存在する水が、電極２０２における反応ガス流路２０３に面する部分２０２Ｂ側に拡散して、電極２０２のリブ部２０４と反応ガス流路２０３との境界近傍は、電極２０２の部分２０２Ｂの中央部分に対して、水分含有量が高くなっていることを見出した。換言すると、電極２０２のリブ部（セパレータの内面）２０４に接触する部分２０２Ａから離れると水分含有量が少なくなることを見出した。そして、本発明者等は以下に記載する構成を採用することが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有効であるということを見出し、本発明を想到した。   As a result of intensive studies to solve the above-described problems of the prior art, the present inventors have found the following points. That is, as shown in FIG. 16, the water present in the portion 202 </ b> A in contact with the rib portion (inner surface of the separator) 204 formed between the adjacent reaction gas channels 203 in the electrode 202 is reacted with the reaction gas channel in the electrode 202. The moisture content is higher in the vicinity of the boundary between the rib portion 204 of the electrode 202 and the reactive gas flow path 203 than in the central portion of the portion 202B of the electrode 202. I found out. In other words, it has been found that the moisture content decreases as the distance from the portion 202A in contact with the rib portion (the inner surface of the separator) 204 of the electrode 202 increases. The inventors of the present invention have found that adopting the configuration described below is extremely effective in achieving the object of the present invention, and have come up with the present invention.

すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、板状で、前記膜−電極接合体の前記一対の電極のうち一方の電極と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、板状で、前記膜−電極接合体前記一対の電極のうち他方の電極と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と重なる部分（以下、第２部分）から下流側の所定の部分までの領域（以下、第２特定領域）を迂回するように形成され、前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１セパレータの前記一方の主面と重なるように形成されている。   That is, the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is a plate-like membrane-electrode assembly having a polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes sandwiching the inner part from the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane, The membrane-electrode assembly is disposed so as to be in contact with one of the pair of electrodes, and is formed so that a groove-like first reaction gas channel is bent on one main surface in contact with the electrode. A conductive first separator and a plate-like, membrane-electrode assembly disposed so as to be in contact with the other electrode of the pair of electrodes, and having a groove shape on one main surface in contact with the electrode A conductive second separator formed such that the second reaction gas flow path is bent, and the first reaction gas flow path is viewed from the thickness direction of the first separator. The first part that overlaps the electrode from the upstream end of the gas flow path (hereinafter referred to as the second part) The second specific region of the second reaction gas channel is formed so as to bypass a region (hereinafter referred to as a second specific region) to a predetermined portion on the downstream side, as viewed from the thickness direction of the first separator. The first separator is formed so as to overlap the one main surface.

ここで、第１反応ガス流路が、第２特定領域を迂回するように形成されているとは、第１反応ガス流路が、第１セパレータの厚み方向から見て、第２特定領域を避けるように形成されていることをいう。換言すると、第１反応ガス流路が、第１セパレータの厚み方向から見て、第２特定領域よりも上流側及び／又は下流側では、第２反応ガス流路と重なるように、かつ、第２特定領域とは重ならないように、形成されていることをいう。この場合、第１反応ガス流路は、第１セパレータの厚み方向から見て、第２特定領域を遠回りするように設けられていてもよく、第２特定領域を近道するように設けられていてもよい。そして、第１反応ガス流路が、第２特定領域を遠回りするように設けられているとは、第１反応ガス流路が、第２特定領域と重なるように形成されている場合に比して、第１反応ガス流路の流路の長さが、第２特定領域の流路の長さよりも長くなるように設けられていることをいう。また、第１反応ガス流路が、第２特定領域を近道するように設けられているとは、第１反応ガス流路が、第２特定領域と重なるように形成されている場合に比して、第１反応ガス流路の流路の長さが、第２特定領域の流路の長さよりも短くなるように設けられていることをいう。   Here, the first reactive gas flow path is formed so as to bypass the second specific area. When the first reactive gas flow path is viewed from the thickness direction of the first separator, the second specific area is It means being formed to avoid. In other words, the first reaction gas flow channel overlaps the second reaction gas flow channel on the upstream side and / or the downstream side of the second specific region as viewed from the thickness direction of the first separator, and 2 It means that it is formed so as not to overlap the specific region. In this case, the first reaction gas flow path may be provided so as to go around the second specific area when viewed from the thickness direction of the first separator, and is provided so as to shortcut the second specific area. Also good. The fact that the first reaction gas flow path is provided so as to go around the second specific area is compared to the case where the first reaction gas flow path is formed so as to overlap the second specific area. Thus, the length of the flow path of the first reaction gas flow path is set to be longer than the length of the flow path of the second specific region. Also, the fact that the first reactive gas flow path is provided so as to shortcut the second specific area is compared to the case where the first reactive gas flow path is formed so as to overlap the second specific area. In other words, the length of the flow path of the first reaction gas flow path is set to be shorter than the length of the flow path of the second specific region.

上述したように、電極における第２反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第１反応ガス流路は、第１セパレータの厚み方向から見て、第２反応ガス流路の第２特定領域を迂回するように形成され、第２反応ガス流路の第２特定領域は、第１セパレータの厚み方向から見て、第１セパレータの電極と接触している主面と重なるように形成されている。   As described above, the moisture content of the portion of the electrode facing the second reaction gas channel is lower than the moisture content of the portion of the electrode that contacts the rib portion, but in the present invention, the first reaction is performed. The gas flow path is formed so as to bypass the second specific area of the second reaction gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator, and the second specific area of the second reaction gas flow path is defined by the first separator. As seen from the thickness direction of the first separator, the first separator is formed so as to overlap with the main surface in contact with the electrode of the first separator.

すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、一方の電極における第２反応ガス流路の第２特定領域に面する部分（以下、一方の電極の流路対向部分）と、他方の電極における第１セパレータの主面と接触する部分（以下、他方の電極の主面対向部分）と、が、第１セパレータの厚み方向から見て、重なるように構成されている。このため、水分含有量が少ない一方の電極の流路対向部分には、水分含有量が多い他方の電極の主面対向部分から水が移動するため、高分子電解質膜の第２反応ガス流路の第２特定領域に対向する部分の乾燥を抑制することができる。その結果、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を、特に、高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第２反応ガス流路の第２特定領域に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。   That is, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the portion facing the second specific region of the second reaction gas flow channel in one electrode (hereinafter, the flow channel facing portion of one electrode) and the other electrode The portion in contact with the main surface of the first separator (hereinafter, the main surface facing portion of the other electrode) is configured to overlap when viewed from the thickness direction of the first separator. For this reason, since water moves from the main surface facing portion of the other electrode having a high water content to the flow channel facing portion of the one electrode having a low water content, the second reactive gas flow channel of the polymer electrolyte membrane Drying of the part facing the second specific region can be suppressed. As a result, when the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is operated under conditions of high temperature and low humidity, the portion facing the second specific region of the second reaction gas channel in the polymer electrolyte membrane. Drying can be suppressed, and deterioration of the polymer electrolyte membrane can be suppressed.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２特定領域よりも外側に迂回するように形成され、前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の間に形成された第１リブ部と重なるように形成されていてもよい。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the first reaction gas flow path is formed so as to detour outside the second specific region as seen from the thickness direction of the first separator, The second specific region of the second reaction gas channel is formed so as to overlap with a first rib portion formed between the first reaction gas channels when viewed from the thickness direction of the first separator. May be.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、該第１反応ガス流路の迂回するように形成された部分が前記第２反応ガス流路と交差するように形成されていてもよい。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the first reaction gas channel is formed so as to bypass the first reaction gas channel when viewed from the thickness direction of the first separator. May be formed so as to intersect the second reaction gas flow path.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域よりも内側に迂回するように形成されていてもよい。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the first reaction gas channel is located inside the second specific region of the second reaction gas channel when viewed from the thickness direction of the first separator. It may be formed so as to make a detour.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２特定領域は、前記第２部分から前記第２反応ガス流路の幅と前記第２反応ガス流路の間に形成された第２リブ部の幅との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the second specific region is formed between the second portion and a width of the second reaction gas channel and the second reaction gas channel. You may be comprised in the part of the range to the length equivalent to the sum with the width | variety of 2 rib part.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２特定領域は、前記第２部分から前記第２反応ガス流路の幅に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the second specific region may be configured by a portion ranging from the second portion to a length corresponding to the width of the second reactive gas flow channel. Good.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、前記第２特定領域は、前記第２部分から前記複数の第２反応ガス流路の幅の和と前記複数の第２反応ガス流路の間に形成された複数の第２リブ部の幅の和との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of the second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator, and the second specific region is A length corresponding to the sum of the sum of the widths of the plurality of second reaction gas passages from the second portion and the sum of the widths of the plurality of second rib portions formed between the plurality of second reaction gas passages. You may be comprised in the part of the range up to.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、前記第２特定領域は、前記第２部分から前記複数の第２反応ガス流路の幅の和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of the second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator, and the second specific region is You may be comprised by the part of the range from the 2nd part to the length corresponded to the sum total of the width | variety of a said some 2nd reaction gas flow path.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、前記複数の第１反応ガス流路のうち、最も外側に位置する前記第１反応ガス流路が、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の第２特定領域を迂回するように形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator, and the plurality of first reaction gas flows. The first reaction gas flow channel located on the outermost side of the passage is formed so as to bypass the second specific region of the second reaction gas flow channel when viewed from the thickness direction of the first separator. Also good.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と重なる部分（以下、第１部分）から下流側の所定の部分までの領域（以下、第１特定領域）を迂回するように形成され、前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２セパレータの前記一方の主面と重なるように形成されていてもよい。ここで、第２反応ガス流路が、第１特定領域を迂回するように形成されているとは、第２反応ガス流路が、第１セパレータの厚み方向から見て、第１特定領域を避けるように設けられていることをいう。この場合、第２反応ガス流路は、第１セパレータの厚み方向から見て、第１特定領域を遠回りするように設けられていてもよく、第１特定領域を近道するように設けられていてもよい。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the second reaction gas flow path is first connected to the electrode from the upstream end of the first reaction gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. It is formed so as to bypass a region (hereinafter referred to as a first specific region) from an overlapping portion (hereinafter referred to as a first portion) to a predetermined portion on the downstream side, and the first specific region of the first reactive gas flow path is You may form so that it may overlap with the one said main surface of the said 2nd separator seeing from the thickness direction of the said 1st separator. Here, the second reactive gas flow path is formed so as to bypass the first specific area. When the second reactive gas flow path is viewed from the thickness direction of the first separator, the first specific area is It means that it is provided to avoid. In this case, the second reaction gas channel may be provided so as to go around the first specific region as viewed from the thickness direction of the first separator, and is provided so as to shortcut the first specific region. Also good.

上述したように、電極における第１反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第２反応ガス流路は、第１セパレータの厚み方向から見て、第１反応ガス流路の第１特定領域を迂回するように形成され、第１反応ガス流路の第１特定領域は、第１セパレータの厚み方向から見て、第２セパレータの電極と接触している主面と重なるように形成されている。   As described above, the moisture content of the portion facing the first reaction gas flow path in the electrode is lower than the moisture content of the portion in contact with the rib portion of the electrode, but in the present invention, the second reaction is performed. The gas flow path is formed so as to bypass the first specific area of the first reaction gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator, and the first specific area of the first reaction gas flow path is defined by the first separator. As seen from the thickness direction, the main surface is in contact with the electrode of the second separator.

すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、他方の電極における第１反応ガス流路の第１特定領域に面する部分（以下、他方の電極の流路対向部分）と、一方の電極における第２セパレータの主面と接触する部分（以下、一方の電極の主面対向部分）と、が、第１セパレータの厚み方向から見て、重なるように構成されている。このため、水分含有量が少ない他方の電極の流路対向部分には、水分含有量が多い一方の電極の主面対向部分から水が移動するため、高分子電解質膜の第１反応ガス流路の第１特定領域に対向する部分の乾燥を抑制することができる。その結果、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を、特に、高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第１反応ガス流路の第１特定領域に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。   That is, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the portion facing the first specific region of the first reaction gas flow channel in the other electrode (hereinafter, the flow channel facing portion of the other electrode) and the one electrode The portion in contact with the main surface of the second separator (hereinafter, the main surface facing portion of one electrode) is configured to overlap when viewed from the thickness direction of the first separator. For this reason, since water moves from the main surface facing portion of one electrode having a high water content to the flow channel facing portion of the other electrode having a low water content, the first reactive gas flow channel of the polymer electrolyte membrane Drying of the part facing the first specific region can be suppressed. As a result, when the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is operated particularly under conditions of high temperature and low humidity, a portion of the polymer electrolyte membrane facing the first specific region of the first reaction gas channel Drying can be suppressed, and deterioration of the polymer electrolyte membrane can be suppressed.

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１特定領域よりも外側に迂回するように形成され、前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の間に形成された第２リブ部と重なるように形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the second reaction gas channel is formed so as to detour outside the first specific region when viewed from the thickness direction of the first separator, The first specific region of the first reaction gas channel is formed so as to overlap with a second rib portion formed between the second reaction gas channels as viewed from the thickness direction of the first separator. Also good.

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、該第２反応ガス流路の迂回するように形成された部分が前記第１反応ガス流路と交差するように形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the second reaction gas flow path has a portion formed so as to bypass the second reaction gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. You may form so that the said 1st reaction gas flow path may be crossed.

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域よりも内側に迂回するように形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the second reaction gas flow path is located on the inner side of the first specific region of the first reaction gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. You may form so that it may detour.

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第１特定領域は、前記第１部分から前記第１反応ガス流路の幅と前記第１反応ガス流路の間に形成された第１リブ部の幅との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the first specific region is a first region formed between the first portion and a width of the first reaction gas channel and the first reaction gas channel. You may be comprised in the part of the range to the length equivalent to the sum with the width | variety of a rib part.

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第１特定領域は、前記第１部分から前記第１反応ガス流路の幅に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the first specific region may be configured by a portion ranging from the first portion to a length corresponding to the width of the first reactive gas flow channel. .

また、本発明の高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、前記第１特定領域は、前記第１部分から前記複数の第１反応ガス流路の幅の和と前記複数の第１反応ガス流路の間に形成された複数の第１リブ部の幅の和との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, a plurality of the first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator, and the first specific region is the first specific region. From one portion to a length corresponding to the sum of the sum of the widths of the plurality of first reaction gas channels and the sum of the widths of the plurality of first rib portions formed between the plurality of first reaction gas channels It may be composed of a part of the range.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、前記第１特定領域は、前記第１部分から前記複数の第１反応ガス流路の幅の和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of the first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator, and the first specific region is You may be comprised by the part of the range from the 1st part to the length equivalent to the sum of the width | variety of a said some 1st reaction gas flow path.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、前記複数の第２反応ガス流路のうち、最も外側に位置する前記第２反応ガス流路が、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の第１特定領域を迂回するように形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator, and the plurality of second reaction gas flows. The second reaction gas flow channel located on the outermost side of the path is formed so as to bypass the first specific region of the first reaction gas flow channel when viewed from the thickness direction of the first separator. Also good.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却媒体流路が形成されており、
前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び前記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却媒体流路を通流する冷却媒体の温度よりも低くてもよい。 In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a groove-like cooling medium flow path is formed on the other main surface of the first separator and / or the other main surface of the second separator. ,
The dew point of the first reaction gas flowing through the first reaction gas flow channel and the second reaction gas flowing through the second reaction gas flow channel are lower than the temperature of the cooling medium flowing through the cooling medium flow channel. It may be low.

また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the first reaction gas channel and / or the second reaction gas channel may be formed in a serpentine shape.

さらに、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されていてもよい。   Furthermore, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the first reaction gas channel and the second reaction gas channel may be formed in parallel flow.

また、本発明に係る燃料電池スタックは、複数の前記高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている。   In the fuel cell stack according to the present invention, a plurality of the polymer electrolyte fuel cells are stacked and fastened.

これにより、本発明に係る燃料電池スタックは、上記本発明に係る高分子電解質形燃料電池を備えているため、特に、本発明に係る燃料電池スタックを高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。   Thereby, since the fuel cell stack according to the present invention includes the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the fuel cell stack according to the present invention is operated particularly under a condition of high temperature and low humidity. Furthermore, deterioration of the polymer electrolyte membrane can be suppressed.

本発明の高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックによれば、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。   According to the polymer electrolyte fuel cell and the fuel cell stack including the same according to the present invention, drying of the polymer electrolyte membrane is suppressed when operated under conditions of high temperature and low humidity, thereby deteriorating the polymer electrolyte membrane. Can be suppressed.

図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell stack according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、図１に示す燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack shown in FIG. 図３は、図２に示す高分子電解質形燃料電池のカソードセパレータの概略構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cathode separator of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 図４は、図２に示す高分子電解質形燃料電池のアノードセパレータの概略構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an anode separator of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 2 of the present invention. 図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 2 of the present invention. 図７は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタックにおける燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 3 of the present invention. 図８は、図７に示す高分子電解質形燃料電池におけるアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator in the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 図９は、図７に示す高分子電解質形燃料電池におけるカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator in the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 図１０は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックの高分子電解質形燃料電池におけるアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator in the polymer electrolyte fuel cell of the fuel cell stack according to Embodiment 4 of the present invention. 図１１は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 5 of the present invention. 図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 5 of the present invention. 図１３は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 6 of the present invention. 図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 6 of the present invention. 図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 7 of the present invention. 図１６は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing the moisture content of the electrode during fuel cell operation.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiment.

（実施の形態１）
［燃料電池スタックの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１において、燃料電池スタックの上下方向を図における上下方向として表している。 (Embodiment 1)
[Configuration of fuel cell stack]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell stack according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the vertical direction of the fuel cell stack is shown as the vertical direction in the figure.

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタック６１は、板状の全体形状を有する高分子電解質形燃料電池（以下、単に燃料電池という）１００がその厚み方向に積層されてなるセル積層体６２と、セル積層体６２の両端に配置された第１及び第２の端板６３、６４と、セル積層体６２と第１及び第２の端板６３、６４とを燃料電池１００の積層方向において締結する図示されない締結具と、を有している。また、第１及び第２の端板６３、６４には、集電板及び絶縁板がそれぞれ配設されているが図示を省略している。なお、板状の燃料電池１００は、鉛直面に平行に延在しており、燃料電池１００の積層方向は水平方向となっている。   As shown in FIG. 1, a fuel cell stack 61 according to Embodiment 1 of the present invention includes a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) 100 having a plate-like overall shape stacked in the thickness direction. Cell stack 62, first and second end plates 63 and 64 disposed at both ends of cell stack 62, cell stack 62 and first and second end plates 63 and 64, respectively. And a fastener (not shown) that fastens in the stacking direction of the fuel cell 100. The first and second end plates 63 and 64 are provided with a current collecting plate and an insulating plate, respectively, but are not shown. The plate-like fuel cell 100 extends in parallel to the vertical plane, and the stacking direction of the fuel cells 100 is a horizontal direction.

セル積層体６２における一方の側部（図面左側の側部：以下、第１の側部という）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス供給マニホールド１３３が設けられており、その下部には、冷却媒体排出マニホールド１３６が設けられている。また、セル積層体６２の第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド１３３が配設されている上部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、冷却媒体供給マニホールド１３５が設けられており、同様に、冷却媒体排出マニホールド１３６が配設されている下部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス排出マニホールド１３２が設けられている。さらに、セル積層体６２における他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス供給マニホールド１３１が設けられており、その下部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス排出マニホールド１３４が設けられている。   An oxidant is passed through an upper portion of one side portion (left side portion of the drawing: hereinafter referred to as a first side portion) of the cell stack 62 so as to penetrate in the stacking direction of the fuel cell 100 of the cell stack 62. A gas supply manifold 133 is provided, and a cooling medium discharge manifold 136 is provided below the gas supply manifold 133. In addition, the inside of the upper part where the oxidant gas supply manifold 133 on the first side of the cell stack 62 is disposed is cooled so as to penetrate in the stacking direction of the fuel cell 100 of the cell stack 62. Similarly, a medium supply manifold 135 is provided. Similarly, a fuel gas is provided inside the lower portion where the cooling medium discharge manifold 136 is disposed so as to penetrate in the stacking direction of the fuel cell 100 of the cell stack 62. A discharge manifold 132 is provided. In addition, the fuel cell 100 is penetrated in the stacking direction of the fuel cell 100 in the upper portion of the other side portion (the right side portion in the drawing: hereinafter, the second side portion) of the cell stack 62. A gas supply manifold 131 is provided, and an oxidant gas discharge manifold 134 is provided below the gas supply manifold 131 so as to penetrate the cell stack 62 in the stacking direction of the fuel cells 100.

そして、それぞれのマニホールドには、適宜な配管が設けられている。これにより、適宜な配管を介して、燃料電池スタック６１に燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却媒体が供給され、排出される。   Each manifold is provided with appropriate piping. As a result, the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium are supplied to the fuel cell stack 61 through appropriate piping and discharged.

[高分子電解質形燃料電池の構成]
次に、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の構成について図２を参照しながら説明する。 [Configuration of polymer electrolyte fuel cell]
Next, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

図２は、図１に示す燃料電池スタック６１における燃料電池１００の概略構成を模式的に示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell 100 in the fuel cell stack 61 shown in FIG.

図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池１００は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）５と、ガスケット７と、アノードセパレータ６Ａと、カソードセパレータ６Ｂと、を備えている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 100 according to the first embodiment includes an MEA (Membrane-Electrode-Assembly) 5, a gasket 7, an anode separator 6A, a cathode separator 6B, It has.

ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜１と、アノード電極４Ａと、カソード電極４Ｂと、を有している。高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有しており、高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するようにアノード電極４Ａとカソード電極４Ｂがそれぞれ設けられている。なお、高分子電解質膜１の周縁部には、冷却媒体供給マニホールド孔３５、冷却媒体排出マニホールド孔３６等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。   The MEA 5 includes a polymer electrolyte membrane 1 that selectively transports hydrogen ions, an anode electrode 4A, and a cathode electrode 4B. The polymer electrolyte membrane 1 has a substantially quadrangular (here, rectangular) shape, and an anode electrode 4A and a cathode are positioned on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 so as to be located inward from the peripheral edge thereof. Electrodes 4B are provided respectively. Note that manifold holes such as a cooling medium supply manifold hole 35 and a cooling medium discharge manifold hole 36 are provided in the peripheral edge portion of the polymer electrolyte membrane 1 so as to penetrate in the thickness direction.

アノード電極４Ａは、高分子電解質膜１の一方の主面上に設けられ、白金系金属触媒（電極触媒）を担持したカーボン粉末（導電性炭素粒子）からなる触媒担持カーボンと触媒担持カーボンに付着した高分子電解質を含むアノード触媒層２Ａと、アノード触媒層２Ａの上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノードガス拡散層３Ａと、を有している。同様に、カソード電極４Ｂは、高分子電解質膜１の他方の主面上に設けられ、白金系金属触媒（電極触媒）を担持したカーボン粉末（導電性炭素粒子）からなる触媒担持カーボンと触媒担持カーボンに付着した高分子電解質を含むカソード触媒層２Ｂと、カソード触媒層２Ｂの上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソードガス拡散層３Ｂと、を有している。   The anode electrode 4A is provided on one main surface of the polymer electrolyte membrane 1, and is attached to a catalyst-supporting carbon made of carbon powder (conductive carbon particles) supporting a platinum-based metal catalyst (electrode catalyst) and to the catalyst-supporting carbon. The anode catalyst layer 2A containing the polymer electrolyte and the anode gas diffusion layer 3A provided on the anode catalyst layer 2A and having both gas permeability and conductivity are provided. Similarly, the cathode electrode 4B is provided on the other main surface of the polymer electrolyte membrane 1, and comprises a catalyst-carrying carbon and a catalyst-carrying carbon made of carbon powder (conductive carbon particles) carrying a platinum-based metal catalyst (electrode catalyst). A cathode catalyst layer 2B containing a polymer electrolyte attached to carbon and a cathode gas diffusion layer 3B provided on the cathode catalyst layer 2B and having both gas permeability and conductivity are provided.

また、ＭＥＡ５のアノード電極４Ａ及びカソード電極４Ｂ（正確には、アノードガス拡散層３Ａ及びカソードガス拡散層３Ｂ）の周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット７が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、ガスケット７の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる冷却媒体供給マニホールド孔３５、冷却媒体排出マニホールド孔３６等の各マニホールド孔が設けられている。   In addition, around the anode electrode 4A and the cathode electrode 4B (more precisely, the anode gas diffusion layer 3A and the cathode gas diffusion layer 3B) of the MEA 5, a pair of fluororubber made of doughnut-shaped with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween A gasket 7 is provided. This prevents fuel gas and oxidant gas from leaking outside the battery, and prevents these gases from being mixed with each other in the fuel cell 100. Note that manifold holes such as a cooling medium supply manifold hole 35 and a cooling medium discharge manifold hole 36 each including a through hole in the thickness direction are provided in the peripheral portion of the gasket 7.

また、ＭＥＡ５とガスケット７を挟むように、導電性のアノードセパレータ（第１セパレータ）６Ａとカソードセパレータ（第２セパレータ）６Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ５が機械的に固定され、複数の燃料電池１００をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ６Ａ、６Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、又は、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。   Further, a conductive anode separator (first separator) 6A and a cathode separator (second separator) 6B are disposed so as to sandwich the MEA 5 and the gasket 7. Thereby, MEA 5 is mechanically fixed, and when a plurality of fuel cells 100 are stacked in the thickness direction, MEA 5 is electrically connected. In addition, these separators 6A and 6B can use the metal excellent in heat conductivity and electroconductivity, graphite, or what mixed graphite and resin, for example, carbon powder and a binder (solvent). A mixture prepared by injection molding or a plate of titanium or stainless steel plated with gold can be used.

アノードセパレータ６Ａのアノード電極４Ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路（第１反応ガス流路）８が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路１０が設けられている。同様に、カソードセパレータ６Ｂのカソード電極４Ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）９が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路１０が設けられている。   A groove-like fuel gas flow path (first reaction gas flow path) 8 through which fuel gas flows is provided on one main surface (hereinafter referred to as an inner surface) of the anode separator 6A that is in contact with the anode electrode 4A. The other main surface (hereinafter referred to as the outer surface) is provided with a groove-like cooling medium flow path 10 through which the cooling medium flows. Similarly, a groove-like oxidant gas flow path (second reaction gas flow path) through which oxidant gas flows is provided on one main surface (hereinafter referred to as an inner surface) of the cathode separator 6B that is in contact with the cathode electrode 4B. ) 9 is provided, and a groove-like cooling medium flow path 10 through which the cooling medium flows is provided on the other main surface (hereinafter referred to as an outer surface).

これにより、アノード電極４Ａ及びカソード電極４Ｂには、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、水や不凍液（例えば、エチレングリーコール含有液）等の冷却媒体を冷却媒体流路１０に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。   Thereby, fuel gas and oxidant gas are supplied to the anode electrode 4A and the cathode electrode 4B, respectively, and these gases react to generate electricity and heat. Further, the generated heat is recovered by passing a cooling medium such as water or an antifreeze liquid (for example, an ethylene glycol-containing liquid) through the cooling medium flow path 10.

なお、このように構成された燃料電池１００を単電池（セル）として使用してもよく、燃料電池１００を複数積層して燃料電池スタック６１として使用してもよい。また、燃料電池１００を積層する場合には、冷却媒体流路１０を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却媒体流路１０を設けない場合には、２つのＭＥＡ５に挟まれたセパレータを、一方の主面に燃料ガス流路８を設け、他方の主面に酸化剤ガス流路９を設けた、アノードセパレータ６Ａとカソードセパレータ６Ｂを兼ねるセパレータを使用してもよい。   The fuel cell 100 configured as described above may be used as a single cell (cell), or a plurality of fuel cells 100 may be stacked and used as the fuel cell stack 61. Further, when the fuel cells 100 are stacked, the cooling medium flow path 10 may be provided for every two to three cells. Further, when the cooling medium flow path 10 is not provided between the single cells, the separator sandwiched between the two MEAs 5 is provided, the fuel gas flow path 8 is provided on one main surface, and the oxidant gas flow is provided on the other main surface. A separator serving as an anode separator 6A and a cathode separator 6B provided with a passage 9 may be used.

[セパレータの構成]
次に、カソードセパレータ６Ｂ及びアノードセパレータ６Ａについて、図２乃至図４を参照しながら詳細に説明する。 [Composition of separator]
Next, the cathode separator 6B and the anode separator 6A will be described in detail with reference to FIGS.

図３は、図２に示す燃料電池１００のカソードセパレータ６Ｂの概略構成を示す模式図である。また、図４は、図２に示す燃料電池１００のアノードセパレータ６Ａの概略構成を示す模式図である。なお、図３及び図４において、カソードセパレータ６Ｂ及びアノードセパレータ６Ａにおける上下方向を図における上下方向として表している。また、図４においては、酸化剤ガス流路９の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the cathode separator 6B of the fuel cell 100 shown in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the anode separator 6A of the fuel cell 100 shown in FIG. 3 and 4, the vertical direction of the cathode separator 6B and the anode separator 6A is represented as the vertical direction in the drawings. Further, in FIG. 4, a part of the oxidant gas flow path 9 is indicated by a virtual line (two-dot chain line).

まず、カソードセパレータ６Ｂの構成について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。   First, the configuration of the cathode separator 6B will be described in detail with reference to FIGS.

図３に示すように、カソードセパレータ６Ｂは、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。具体的には、カソードセパレータ６Ｂにおける一方の側部（以下、第１の側部という）の上部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔（第２反応ガス供給マニホールド孔）３３が設けられており、その下部には、冷却媒体排出マニホールド孔３６が設けられている。また、第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド孔３３が配設されている上部の内側には、冷却媒体供給マニホールド孔３５が設けられており、同様に、冷却媒体排出マニホールド孔３６が配設されている下部の内側には、燃料ガス排出マニホールド孔３２が設けられている。さらに、カソードセパレータ６Ｂにおける他方の側部（以下、第２の側部）の上部には、燃料ガス供給マニホールド孔（第１反応ガス供給マニホールド孔）３１が設けられており、その下部には、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４が設けられている。なお、燃料ガス供給マニホールド孔３１と酸化剤ガス供給マニホールド孔３３は、中心線Ｃを挟んで互いに対向するように設けられている。   As shown in FIG. 3, the cathode separator 6B is plate-shaped and is formed in a substantially quadrangular shape (here, a rectangle), and each manifold hole such as the fuel gas supply manifold hole 31 is formed on the periphery thereof. It is provided so as to penetrate in the thickness direction. Specifically, an oxidant gas supply manifold hole (second reaction gas supply manifold hole) 33 is provided on an upper portion of one side portion (hereinafter referred to as a first side portion) of the cathode separator 6B. A cooling medium discharge manifold hole 36 is provided in the lower part. In addition, a cooling medium supply manifold hole 35 is provided inside the upper portion of the first side where the oxidant gas supply manifold hole 33 is provided, and similarly, a cooling medium discharge manifold hole 36 is provided. A fuel gas discharge manifold hole 32 is provided inside the lower portion. Further, a fuel gas supply manifold hole (first reaction gas supply manifold hole) 31 is provided at the upper part of the other side part (hereinafter referred to as the second side part) of the cathode separator 6B, and at the lower part thereof, An oxidant gas discharge manifold hole 34 is provided. The fuel gas supply manifold hole 31 and the oxidant gas supply manifold hole 33 are provided so as to face each other across the center line C.

そして、図２及び図３に示すように、カソードセパレータ６Ｂの内面には、溝状の酸化剤ガス流路９が、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。ここでは、酸化剤ガス流路９は、１つの溝で構成されており、該溝は、直線部９ａと折り返し部９ｂとで実質的に構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a groove-like oxidant gas flow path 9 is connected to the oxidant gas supply manifold hole 33 and the oxidant gas discharge manifold hole 34 on the inner surface of the cathode separator 6B. It is formed in a serpentine shape. Here, the oxidant gas flow path 9 is composed of one groove, and the groove is substantially composed of a straight portion 9a and a folded portion 9b.

具体的には、酸化剤ガス流路９を構成する溝は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを２回繰り返し、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４に到るように下方に延びている。このような、酸化剤ガス流路９の水平方向に延びる部分が直線部９ａを構成し、下方に延びる部分が折り返し部９ｂを構成している。そして、図２及び図３に示すように、酸化剤ガス流路９を構成する溝（正確には、直線部９ａ）と溝（正確には、直線部９ａ）との間の部分が、カソード電極４Ｂと当接する第２リブ部１２を形成する。   Specifically, the groove constituting the oxidant gas flow path 9 extends a distance in the horizontal direction from the oxidant gas supply manifold hole 33 toward the second side portion, and extends from there for a distance below. . Then, a distance in the horizontal direction extends from the reaching point toward the first side portion, and a distance in the lower direction extends therefrom. Then, the extension pattern is repeated twice, from there, extending a distance in the horizontal direction toward the second side, and extending downward from the reaching point to the oxidant gas discharge manifold hole 34. Yes. Such a portion extending in the horizontal direction of the oxidant gas flow path 9 constitutes a straight portion 9a, and a portion extending downward constitutes a folded portion 9b. As shown in FIGS. 2 and 3, the portion between the groove (more precisely, the straight portion 9a) and the groove (more precisely, the straight portion 9a) constituting the oxidant gas flow path 9 is the cathode. A second rib portion 12 is formed in contact with the electrode 4B.

また、酸化剤ガス流路９は、第２部分４２を有している。第２部分４２は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の上流端から最初にカソード電極４Bと接触する部分である。さらに、酸化剤ガス流路９は、第２部分４２を含む第２特定領域５２（図３において、ハッチングした部分）を有する。第２特定領域５２は、本実施の形態１においては、第２部分４２から下流側の所定の部分までの領域で構成されている。具体的には、第２特定領域５２の下流端は、第２部分４２から下流側に所定の距離Ｎ２延びた部分である。   Further, the oxidant gas flow path 9 has a second portion 42. The second portion 42 is a portion that first contacts the cathode electrode 4B from the upstream end of the oxidant gas flow path 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Further, the oxidant gas flow path 9 has a second specific region 52 (a hatched portion in FIG. 3) including the second portion 42. In the first embodiment, the second specific region 52 is configured by a region from the second portion 42 to a predetermined portion on the downstream side. Specifically, the downstream end of the second specific region 52 is a portion extending from the second portion 42 to the downstream side by a predetermined distance N2.

ここで、所定の距離Ｎ２は、燃料ガス及び酸化剤ガス（以下、これらを反応ガスという）の露点、冷却媒体の温度等、及び燃料ガス流路８や酸化剤ガス流路９の幅寸法等の構成等によって異なるが、高分子電解質膜１の劣化を抑制する観点から、酸化剤ガス流路９の幅の長さと後述する第２リブ部１２の幅の長さの和に相当する長さ以下であってもよく、酸化剤ガス流路９の幅に相当する長さ以下であってもよい。なお、第２リブ部１２の幅の長さとは、第２リブ部１２を形成する溝（正確には、直線部９ａ）と溝（正確には、直線部９ａ）の間の長さをいう。また、酸化剤ガス流路９の幅とは、酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路９を通流する方向に対して、垂直な方向の長さをいう。   Here, the predetermined distance N2 is the dew point of the fuel gas and the oxidant gas (hereinafter referred to as the reaction gas), the temperature of the cooling medium, and the width dimensions of the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9. The length corresponding to the sum of the width of the oxidant gas passage 9 and the width of the second rib portion 12 to be described later from the viewpoint of suppressing deterioration of the polymer electrolyte membrane 1, depending on the configuration of Or less than the length corresponding to the width of the oxidant gas flow path 9. The length of the width of the second rib portion 12 refers to the length between the groove (more precisely, the straight portion 9a) and the groove (more precisely, the straight portion 9a) forming the second rib portion 12. . The width of the oxidant gas flow path 9 is the length in a direction perpendicular to the direction in which the oxidant gas flows through the oxidant gas flow path 9.

なお、本実施の形態１においては、酸化剤ガス流路９は、１本の溝で形成したが、これに限定されず、複数の溝をカソードセパレータ６Ｂの内面に形成して、複数の酸化剤ガス流路群を形成してもよい。この場合、各酸化剤ガス流路９を構成する溝（正確には、直線部９ａ）と溝（正確には、直線部９ａ）との間の部分が、第２リブ部１２を形成する。   In the first embodiment, the oxidant gas flow path 9 is formed by one groove. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of grooves are formed on the inner surface of the cathode separator 6B. An agent gas flow path group may be formed. In this case, a portion between the groove (exactly, the straight portion 9a) and the groove (exactly, the straight portion 9a) constituting each oxidant gas flow path 9 forms the second rib portion 12.

次に、アノードセパレータ６Ａの構成について、図２及び図４を参照しながら詳細に説明する。   Next, the configuration of the anode separator 6A will be described in detail with reference to FIGS.

図２及び図４に示すように、アノードセパレータ６Ａは、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。なお、各マニホールド孔の配置は、カソードセパレータ６Ｂと同じなので、その詳細な説明は省略する。   As shown in FIGS. 2 and 4, the anode separator 6 </ b> A is plate-shaped and is formed in a substantially quadrangular shape (here, a rectangle), and each manifold such as the fuel gas supply manifold hole 31 is provided at the peripheral portion thereof. The hole is provided so as to penetrate in the thickness direction. Since the arrangement of the manifold holes is the same as that of the cathode separator 6B, a detailed description thereof is omitted.

アノードセパレータ６Ａの内面には、溝状の燃料ガス流路８が、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９は、いわゆる並行流となるように構成されている。ここで、並行流とは、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９は、一部に酸化剤ガスと燃料ガスが互いに対向するように流れる部分を有するが、燃料電池１００の厚み方向から見て、巨視的に（全体として）酸化剤ガスと燃料ガスの上流から下流への全体的な流れの方向が互いに一致するように構成されていることをいう。   On the inner surface of the anode separator 6A, a groove-like fuel gas passage 8 is formed in a serpentine shape so as to connect the fuel gas supply manifold hole 31 and the fuel gas discharge manifold hole 32. The fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are configured to be a so-called parallel flow. Here, the parallel flow means that the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 have a part in which the oxidant gas and the fuel gas flow so as to face each other, but from the thickness direction of the fuel cell 100. Seen, it means that the directions of the overall flow of the oxidant gas and the fuel gas from the upstream side to the downstream side are aligned with each other macroscopically (as a whole).

また、図４に示すように、燃料ガス流路８は、ここでは、１つの溝で構成されており、該溝は、直線部８ａと折り返し部８ｂとで実質的に構成されている。具体的には、燃料ガス流路８を構成する溝は、燃料ガス供給マニホールド孔３１から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記のような延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、燃料ガス排出マニホールド孔３２に到るように下方に延びている。このような、燃料ガス流路８の水平方向に延びる部分が直線部８ａを構成し、下方に延びる部分が折り返し部８ｂを構成している。なお、燃料ガス流路８を構成する溝（正確には、直線部８ａ）と溝（正確には、直線部８ａ）との間の部分が、アノード６Ａと当接する第１リブ部１１を形成する。   In addition, as shown in FIG. 4, the fuel gas flow path 8 is here constituted by one groove, and the groove is substantially constituted by a straight portion 8a and a folded portion 8b. Specifically, the groove constituting the fuel gas flow path 8 extends a distance in the horizontal direction from the fuel gas supply manifold hole 31 toward the first side, and extends a distance below it. Then, a distance in the horizontal direction extends from the reaching point toward the second side portion, and a distance in the lower direction extends therefrom. Then, the extending pattern as described above is repeated twice, from there, extending a certain distance in the horizontal direction toward the first side, and downward from the reaching point to the fuel gas discharge manifold hole 32. It extends. Such a portion extending in the horizontal direction of the fuel gas flow path 8 constitutes a straight portion 8a, and a portion extending downward constitutes a folded portion 8b. A portion between the groove (more precisely, the straight portion 8a) and the groove (more precisely, the straight portion 8a) constituting the fuel gas flow path 8 forms the first rib portion 11 that contacts the anode 6A. To do.

そして、図２及び図４に示すように、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、互いに重なり合うように形成されている。すなわち、燃料ガス流路８は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第２特定領域５２を迂回するように形成されている。逆に言えば、燃料ガス流路８は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２とは重ならないように形成されている。ここで、燃料ガス流路８が、第２特定領域５２を迂回するように形成されているとは、燃料ガス流路８が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第２特定領域５２を避けるように設けられていることをいう。なお、本実施の形態１においては、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、互いに重なり合うように形成さしたが、これに限定されず、本発明の作用効果を奏する範囲内で、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その一部が重なり合うように（上下方向にずれるように）形成されていてもよく、また、互いに重なり合わない部分を有するように形成されていてもよい。   2 and 4, the straight portion 8a of the fuel gas passage 8 and the straight portion 9a of the oxidant gas passage 9 are formed except for the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9, The anode separators 6A are formed so as to overlap each other when viewed from the thickness direction. That is, the fuel gas channel 8 is formed so as to bypass the second specific region 52 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. In other words, the fuel gas channel 8 is formed so as not to overlap the second specific region 52 of the oxidant gas channel 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Here, the fuel gas flow path 8 is formed so as to bypass the second specific area 52. The fuel gas flow path 8 is formed so that the second specific area 52 is seen from the thickness direction of the anode separator 6A. It means that it is provided to avoid. In the first embodiment, the straight portion 8a of the fuel gas passage 8 and the straight portion 9a of the oxidant gas passage 9 are the anode separators except for the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9. Although they are formed so as to overlap each other when viewed in the thickness direction of 6A, the present invention is not limited to this, and the straight portion 8a of the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are within the scope of the effects of the present invention. The straight line portion 9a is formed so that a part of the straight line portion 9a overlaps (is displaced in the vertical direction) when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, except for the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9. It may also be formed so as to have portions that do not overlap each other.

本実施の形態１では、燃料ガス流路８が、第２特定領域５２よりも外側に迂回するように形成されている。具体的には、燃料ガス流路８の第２特定領域５２を迂回する部分（以下、迂回部分）８１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第２特定領域５２を囲むように形成されている。より詳しくは、燃料ガス流路８の迂回部分８１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノード電極４Ａの外周（特に、角部）を囲むように形成されている。そして、本実施の形態１においては、燃料ガス流路８の迂回部分８１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノード電極４Ａが形成された領域内に位置する部分とアノード電極４Ａが形成された領域よりも外側に位置する部分を有している。ここで、外側とは、アノードセパレータ６Ａの内面において、アノードセパレータ６Ａの外周に近い側をいう。なお、アノードセパレータ６Ａの内面において、アノードセパレータ６Ａの中心部に近い側を内側という。   In the first embodiment, the fuel gas flow path 8 is formed so as to detour outside the second specific region 52. Specifically, a portion (hereinafter referred to as a bypass portion) 81 that bypasses the second specific region 52 of the fuel gas flow path 8 is formed so as to surround the second specific region 52 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. ing. More specifically, the bypass portion 81 of the fuel gas channel 8 is formed so as to surround the outer periphery (particularly, the corner) of the anode electrode 4A when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. In the first embodiment, the bypass portion 81 of the fuel gas flow path 8 is formed with the anode electrode 4A and the portion located in the region where the anode electrode 4A is formed as viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. A portion located outside the formed region. Here, the outside refers to a side close to the outer periphery of the anode separator 6A on the inner surface of the anode separator 6A. Note that the side closer to the center of the anode separator 6A on the inner surface of the anode separator 6A is referred to as the inner side.

これにより、燃料ガス流路８を形成する溝（正確には、直線部８ａ）と溝（正確には、直線部８ａ）との間に形成される第１リブ部１１であって、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２と対向する部分の面積を大きくすることができる。   Thus, the first rib portion 11 is formed between the groove (more precisely, the straight portion 8a) and the groove (more precisely, the straight portion 8a) forming the fuel gas flow path 8, and the anode separator When viewed from the thickness direction of 6A, the area of the portion of the oxidant gas flow channel 9 that faces the second specific region 52 can be increased.

また、燃料ガス流路８の迂回部分８１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９（正確には、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２以外の部分）と交差するように形成されている。本実施の形態１においては、迂回部分８１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノード電極４Ａが形成された領域よりも外側で、酸化剤ガス流路９と交差するように形成されている。   Further, the bypass portion 81 of the fuel gas flow path 8 is the oxidant gas flow path 9 (more precisely, the portion other than the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9) when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. It is formed to intersect. In the first embodiment, the bypass portion 81 is formed so as to intersect the oxidant gas flow path 9 outside the region where the anode electrode 4A is formed as viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Yes.

一方、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２は、燃料ガス流路８の迂回部分８１が上記のように形成されているので、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノードセパレータ６Ａの内面と重なるように形成されていて、ここでは、第２特定領域５２は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第１リブ部１１と重なるように形成されている。   On the other hand, in the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9, since the bypass portion 81 of the fuel gas flow path 8 is formed as described above, the anode separator 6A of the anode separator 6A is viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The second specific region 52 is formed so as to overlap the first rib portion 11 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A.

なお、本実施の形態１においては、燃料ガス流路８は、１本の溝で形成したが、これに限定されず、複数の溝をアノードセパレータ６Ａの内面に形成して、複数の酸化剤ガス流路群を形成してもよい。この場合、各燃料ガス流路８を構成する溝（正確には、直線部８ａ）と溝（正確には、直線部８ａ）との間の部分が、第１リブ部１１を形成する。   In the first embodiment, the fuel gas flow path 8 is formed by a single groove. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of grooves are formed on the inner surface of the anode separator 6A to form a plurality of oxidizers. A gas flow path group may be formed. In this case, a portion between the groove (exactly, the straight portion 8a) and the groove (exactly, the straight portion 8a) constituting each fuel gas flow path 8 forms the first rib portion 11.

次に、本実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）の作用効果について、図１乃至図４を参照しながら説明する。   Next, the function and effect of the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.

[燃料電池スタック（燃料電池）の作用効果]
上述したように、カソード電極４Ｂにおける酸化剤ガス流路９に面する部分の水分含有量は、カソード電極４Ｂにおける第２リブ部１２に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、特に、燃料電池スタック６１を高温低加湿の条件（燃料ガス流路８を通流する燃料ガス及び酸化剤ガス流路９を通流する酸化剤ガスの露点が、冷却媒体流路１０を通流する冷却媒体（ここでは、水）の温度よりも低い条件）で運転するような場合に、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、カソード電極４Ｂにおける酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２に面する部分では、反応ガスの反応による生成水が充分ではないため、水分含有量が少ない。このため、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、高分子電解質膜１における酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２に対向する部分では、乾燥しやすくなり、高分子電解質膜１の当該部分が劣化するおそれがある。 [Function and effect of fuel cell stack (fuel cell)]
As described above, the moisture content in the portion facing the oxidant gas flow path 9 in the cathode electrode 4B is lower than the moisture content in the portion in contact with the second rib portion 12 in the cathode electrode 4B. The fuel cell stack 61 is subjected to high temperature and low humidity conditions (the dew point of the fuel gas flowing through the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow path 9 flow through the cooling medium flow path 10. When operating in a cooling medium (here, lower than the temperature of water), when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 in the cathode electrode 4B. In the facing portion, the water produced by the reaction of the reaction gas is not sufficient, so the water content is low. Therefore, when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, the portion of the polymer electrolyte membrane 1 facing the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 is easily dried, and the portion of the polymer electrolyte membrane 1 May deteriorate.

しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００及びそれを備える燃料電池スタック６１では、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を迂回するように形成されていて、第２特定領域５２は、アノードセパレータ６Ａの内面（正確には、第１リブ部１１）と重なるように形成されている。   However, in the fuel cell 100 according to the first embodiment and the fuel cell stack 61 including the same, the fuel gas flow path 8 is the second specific region of the oxidant gas flow path 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The second specific region 52 is formed so as to overlap the inner surface (more precisely, the first rib portion 11) of the anode separator 6 </ b> A.

これにより、アノード電極４Ａにおけるアノードセパレータ６Ａの内面（正確には、第１リブ部１１）と接触する部分からカソード電極４Ｂにおける酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２に面する部分へ水が移動し、高分子電解質膜１における酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２と対向する部分の乾燥を抑制することができ、その劣化を抑制することができる。   As a result, water flows from the portion of the anode electrode 4A that contacts the inner surface (more precisely, the first rib portion 11) of the anode separator 6A to the portion of the cathode electrode 4B that faces the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9. , And the drying of the portion of the polymer electrolyte membrane 1 facing the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 can be suppressed, and its deterioration can be suppressed.

なお、本実施の形態１においては、第１セパレータをアノードセパレータ６Ａとし、第２セパレータをカソードセパレータ６Ｂとし、また、第１反応ガス流路を燃料ガス流路８とし、第２反応ガス流路を酸化剤ガス流路９としたが、これに限定されず、第１セパレータをカソードセパレータ６Ｂとし、第２セパレータをアノードセパレータ６Ａとし、また、第１反応ガス流路を酸化剤ガス流路９とし、第２反応ガス流路を燃料ガス流路８としても同様の作用効果を奏する。   In the first embodiment, the first separator is the anode separator 6A, the second separator is the cathode separator 6B, the first reaction gas channel is the fuel gas channel 8, and the second reaction gas channel is However, the present invention is not limited to this, and the first separator is the cathode separator 6B, the second separator is the anode separator 6A, and the first reaction gas channel is the oxidant gas channel 9. The same effect can be obtained by using the second reaction gas channel as the fuel gas channel 8.

また、本実施の形態１においては、燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９ともに、その流路をサーペンタイン状に形成したが、これに限定されず、燃料ガス流路８のみをサーペンタイン状に形成してもよく、酸化剤ガス流路９のみをサーペンタイン状に形成してもよい。   In the first embodiment, both the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9 are formed in a serpentine shape. However, the present invention is not limited to this, and only the fuel gas channel 8 is in a serpentine shape. Alternatively, only the oxidant gas flow path 9 may be formed in a serpentine shape.

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図であり、図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図５及び図６においては、各セパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表している。また、図６においては、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a fuel cell stack according to Embodiment 2 of the present invention. It is a schematic diagram which shows schematic structure of the inner surface of the anode separator of a fuel cell. 5 and 6, the vertical direction in each separator is represented as the vertical direction in the drawings. Further, in FIG. 6, a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line).

図５及び図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、燃料ガス供給マニホールド孔３１等の位置が異なり、燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９がいわゆる対向流に形成されている点が異なる。以下、詳細に説明する。   As shown in FIGS. 5 and 6, the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment. Although the same, the positions of the fuel gas supply manifold hole 31 and the like are different, and the fuel gas passage 8 and the oxidant gas passage 9 are formed in a so-called counter flow. This will be described in detail below.

図５に示すように、カソードセパレータ６Ｂにおける第１の側部の上部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３が設けられており、その下部には、燃料ガス供給マニホールド孔３１が設けられている。また、第１の側部の燃料ガス供給マニホールド孔３１が配設されている上部の外側には、冷却媒体排出マニホールド孔３６が設けられている。また、カソードセパレータ６Ｂにおける第２の側部の上部には、燃料ガス排出マニホールド孔３２が設けられており、その下部には、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４が設けられている。さらに、第２の側部の燃料ガス排出マニホールド孔３２の外側には、冷却媒体供給マニホールド孔３５が設けられている。なお、アノードセパレータ６Ａにおける燃料ガス供給マニホールド孔３１等の各マニホールド孔の位置はカソードセパレータ６Ｂと同じなので、その詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 5, an oxidant gas supply manifold hole 33 is provided in the upper part of the first side portion of the cathode separator 6B, and a fuel gas supply manifold hole 31 is provided in the lower part thereof. . A cooling medium discharge manifold hole 36 is provided outside the upper portion where the fuel gas supply manifold hole 31 on the first side is provided. Further, a fuel gas discharge manifold hole 32 is provided in the upper part of the second side portion of the cathode separator 6B, and an oxidant gas discharge manifold hole 34 is provided in the lower part thereof. Further, a coolant supply manifold hole 35 is provided outside the fuel gas discharge manifold hole 32 on the second side portion. Since the positions of the manifold holes such as the fuel gas supply manifold hole 31 in the anode separator 6A are the same as those of the cathode separator 6B, detailed description thereof is omitted.

また、図５及び図６に示すように、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９は、いわゆる対向流となるように構成されている。ここで、対向流とは、一部に酸化剤ガスと燃料ガスが並走する（一致する）ように流れる部分を有するが、燃料電池１００の厚み方向から見て、巨視的に（全体として）酸化剤ガスと燃料ガスの上流から下流への全体的な流れの方向が互いに反対になるように構成されていることをいう。   As shown in FIGS. 5 and 6, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are configured to be a so-called counter flow. Here, the counter flow has a part in which the oxidant gas and the fuel gas flow in part (coincide with each other) in parallel, but macroscopically (as a whole) when viewed from the thickness direction of the fuel cell 100. It means that it is comprised so that the direction of the whole flow from upstream to downstream of oxidant gas and fuel gas may become mutually opposite.

図５に示すように、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２は、第２部分４２から、上下方向に距離Ｎａ延びた部分と、そこから水平方向（第１の側部から第２の側部に向かう方向）に距離Ｎｂ延びた部分までの範囲で構成されている。なお、距離Ｎａと距離Ｎｂの和が、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１で示した距離Ｎ２に相当する。また、図６に示すように、燃料ガス流路８の迂回部分８１が下流側に設けられている。   As shown in FIG. 5, the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 includes a portion extending from the second portion 42 by a distance Na in the vertical direction and a horizontal direction therefrom (second from the first side portion). In the direction toward the side portion) up to a portion extending a distance Nb. The sum of the distance Na and the distance Nb corresponds to the distance N2 shown in the fuel cell stack 61 according to the first embodiment. Further, as shown in FIG. 6, a bypass portion 81 of the fuel gas passage 8 is provided on the downstream side.

このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the second embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment.

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタックにおける燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。図８は、図７に示す燃料電池におけるアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図であり、図９は、図７に示す燃料電池におけるカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図８及び図９においては、各セパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表している。また、図８においては、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示し、図９においては、燃料ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 3)
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator in the fuel cell shown in FIG. 7, and FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator in the fuel cell shown in FIG. 8 and 9, the vertical direction of each separator is represented as the vertical direction in the drawings. In FIG. 8, a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line), and in FIG. 9, a part of the fuel gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line). .

図７乃至図９に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８と同様に形成されている点が異なる。以下、詳細に説明する。   7 to 9, the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 3 of the present invention is basically the same as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 1. Although the same, the difference is that the oxidizing gas channel 9 is formed in the same manner as the fuel gas channel 8. This will be described in detail below.

図７乃至図９に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）では、燃料ガス流路８は、第１部分４１を有している。第１部分４１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８の上流端から最初にアノード電極４Ａと接触する部分である。さらに、燃料ガス流路８は、第１部分４１を含む第１特定領域５１（図８及び図９において、ハッチングした部分）を有する。第１特定領域５１は、本実施の形態３においては、第１部分４１から下流側の所定の部分までの領域で構成されている。具体的には、第１特定領域５１の下流端は、第１部分４１から下流側に所定の距離Ｎ１延びた部分である。   As shown in FIGS. 7 to 9, in the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the third embodiment, the fuel gas flow path 8 has a first portion 41. The first portion 41 is a portion that first comes into contact with the anode electrode 4A from the upstream end of the fuel gas flow path 8 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Further, the fuel gas flow path 8 has a first specific region 51 (a hatched portion in FIGS. 8 and 9) including the first portion 41. In the third embodiment, the first specific area 51 is composed of an area from the first portion 41 to a predetermined portion on the downstream side. Specifically, the downstream end of the first specific region 51 is a portion extending from the first portion 41 to the downstream side by a predetermined distance N1.

ここで、所定の距離Ｎ１は、反応ガスの露点、冷却媒体の温度等、及び燃料ガス流路８や酸化剤ガス流路９の幅寸法等の構成等によって異なるが、高分子電解質膜１の劣化を抑制する観点から、燃料ガス流８の幅の長さと後述する第１リブ部１１の幅の長さの和に相当する長さ以下であってもよく、燃料ガス流路８の幅に相当する長さ以下であってもよい。なお、第１リブ部１１の幅の長さとは、第１リブ部１１を形成する溝（正確には、直線部８ａ）と溝（正確には、直線部８ａ）の間の長さをいう。また、燃料ガス流８の幅とは、燃料ガスが、燃料ガス流路８を通流する方向に対して、垂直な方向の長さをいう。   Here, the predetermined distance N1 varies depending on the configuration of the dew point of the reaction gas, the temperature of the cooling medium, the width dimensions of the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9, and the like. From the viewpoint of suppressing deterioration, the length may be equal to or less than the sum of the width of the fuel gas flow 8 and the width of the first rib portion 11 described later. It may be less than or equal to the corresponding length. The length of the width of the first rib portion 11 refers to the length between the groove (exactly, the straight portion 8a) and the groove (exactly, the straight portion 8a) forming the first rib portion 11. . The width of the fuel gas flow 8 refers to the length in the direction perpendicular to the direction in which the fuel gas flows through the fuel gas flow path 8.

また、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、燃料ガス流路８の第１特定領域５１及び酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、互いに重なり合うように形成されている。すなわち、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８は第２特定領域５２を迂回するように形成されていて、酸化剤ガス流路９は第１特定領域５１を迂回するように形成されている。逆に言えば、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８は酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２とは重ならないように形成されていて、酸化剤ガス流路９は燃料ガス流路８の第１特定領域５１とは重ならないように形成されている。ここで、酸化剤ガス流路９が、第１特定領域５１を迂回するように形成されているとは、酸化剤ガス流路９が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第１特定領域５１を避けるように設けられていることをいう。なお、本実施の形態３においては、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、燃料ガス流路８の第１特定領域５１及び酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、互いに重なり合うように形成さしたが、これに限定されず、本発明の作用効果を奏する範囲内で、燃料ガス流路８の直線部８ａと酸化剤ガス流路９の直線部９ａは、燃料ガス流路８の第１特定領域５１及び酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を除いて、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その一部が重なり合うように（上下方向にずれるように）形成されていてもよく、また、互いに重なり合わない部分を有するように形成されていてもよい。   Further, the straight line portion 8 a of the fuel gas flow path 8 and the straight line portion 9 a of the oxidant gas flow path 9 exclude the first specific area 51 of the fuel gas flow path 8 and the second specific area 52 of the oxidant gas flow path 9. The anode separators 6A are formed so as to overlap each other when viewed from the thickness direction. That is, as viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, the fuel gas channel 8 is formed so as to bypass the second specific region 52, and the oxidant gas channel 9 bypasses the first specific region 51. Is formed. In other words, the fuel gas channel 8 is formed so as not to overlap the second specific region 52 of the oxidant gas channel 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Is formed so as not to overlap the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8. Here, the oxidant gas flow path 9 is formed so as to bypass the first specific area 51. The oxidant gas flow path 9 is viewed from the thickness direction of the anode separator 6A in the first specific area. 51 is provided so as to avoid 51. In the third embodiment, the straight line portion 8a of the fuel gas flow path 8 and the straight line portion 9a of the oxidant gas flow path 9 are the first specific region 51 and the oxidant gas flow path 9 of the fuel gas flow path 8. The second specific region 52 is formed so as to overlap each other when viewed in the thickness direction of the anode separator 6A. However, the present invention is not limited to this, and the fuel gas flow path is within the scope of the effects of the present invention. 8 and the straight line portion 9a of the oxidant gas flow path 9 are the same as those of the anode separator 6A except for the first specific area 51 of the fuel gas flow path 8 and the second specific area 52 of the oxidant gas flow path 9. When viewed from the thickness direction, the portions may be formed so as to overlap each other (being shifted in the vertical direction), or may be formed so as to have portions that do not overlap each other.

本実施の形態３では、酸化剤ガス流路９が、第１特定領域５１よりも外側に迂回するように形成されている。具体的には、酸化剤ガス流路９の第１特定領域５１を迂回する部分（以下、迂回部分）９１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、第１特定領域５１を囲むように形成されている。より詳しくは、酸化剤ガス流路９の迂回部分９１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、カソード電極４Ｂの外周（特に、角部）を囲むように形成されている。そして、本実施の形態３においては、酸化剤ガス流路９の迂回部分９１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、カソード電極４Ｂが形成された領域内に位置する部分とカソード電極４Ｂが形成された領域よりも外側に位置する部分を有している。ここで、外側とは、カソードセパレータ６Ｂの内面において、カソードセパレータ６Ｂの外周に近い側をいう。なお、カソードセパレータ６Ｂの内面において、カソードセパレータ６Ｂの中心部に近い側を内側という。   In the third embodiment, the oxidant gas flow path 9 is formed so as to detour outside the first specific region 51. Specifically, a portion 91 that bypasses the first specific region 51 of the oxidant gas flow path 9 (hereinafter referred to as a bypass portion) 91 is formed so as to surround the first specific region 51 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Has been. More specifically, the bypass portion 91 of the oxidant gas flow path 9 is formed so as to surround the outer periphery (particularly the corner) of the cathode electrode 4B when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. In the third embodiment, the detour portion 91 of the oxidant gas flow path 9 includes the portion located in the region where the cathode electrode 4B is formed and the cathode electrode 4B when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. It has a part located outside the formed region. Here, the outside refers to a side close to the outer periphery of the cathode separator 6B on the inner surface of the cathode separator 6B. Note that the side closer to the center of the cathode separator 6B on the inner surface of the cathode separator 6B is referred to as the inner side.

これにより、酸化剤ガス流路９を形成する溝（正確には、直線部９ａ）と溝（正確には、直線部９ａ）との間に形成される第２リブ部１２であって、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８の第１特定領域５１と対向する部分の面積を大きくすることができる。   Thus, the second rib portion 12 is formed between the groove (more precisely, the straight portion 9a) and the groove (more precisely, the straight portion 9a) forming the oxidant gas flow path 9, and the anode When viewed from the thickness direction of the separator 6A, the area of the portion of the fuel gas channel 8 facing the first specific region 51 can be increased.

また、酸化剤ガス流路９の迂回部分９１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８（正確には、燃料ガス流路８の第１特定領域５１以外の部分）と交差するように形成されている。本実施の形態３においては、迂回部分９１は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、カソード電極４Ｂが形成された領域よりも外側で、燃料ガス流路８と交差するように形成されている。   Further, the detour portion 91 of the oxidant gas flow channel 9 is connected to the fuel gas flow channel 8 (more precisely, the portion other than the first specific region 51 of the fuel gas flow channel 8) when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. It is formed to intersect. In the present third embodiment, the bypass portion 91 is formed so as to intersect the fuel gas flow path 8 outside the region where the cathode electrode 4B is formed when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. .

一方、燃料ガス流路８の第１特定領域５１は、酸化剤ガス流路９の迂回部分９１が上記のように形成されているので、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、カソードセパレータ６Ｂの内面と重なるように形成されていて、ここでは、第１特定領域５１は、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、第２リブ部１２と重なるように形成されている。   On the other hand, in the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8, since the bypass portion 91 of the oxidant gas flow path 9 is formed as described above, the cathode separator 6B of the cathode separator 6B is viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The first specific region 51 is formed so as to overlap the second rib portion 12 when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B.

このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the third embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment.

また、本実施の形態３に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）では、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１を迂回するように形成されていて、第１特定領域５１は、カソードセパレータ６Ｂの内面（正確には、第２リブ部１２）と重なるように形成されている。   Further, in the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the third embodiment, the oxidant gas flow path 9 defines the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The first specific region 51 is formed so as to detour, and is formed so as to overlap with the inner surface (more precisely, the second rib portion 12) of the cathode separator 6B.

これにより、カソード電極４Ｂにおけるカソードセパレータ６Ｂの内面（正確には、第２リブ部１２）と接触する部分からアノード電極４Ａにおける燃料ガス流路８の第１特定領域５１に面する部分へ水が移動し、高分子電解質膜１における燃料ガス流路８の第１特定領域５１と対向する部分の乾燥を抑制することができ、その劣化を抑制することができる。   Thereby, water flows from the portion of the cathode electrode 4B that contacts the inner surface of the cathode separator 6B (more precisely, the second rib portion 12) to the portion of the anode electrode 4A that faces the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8. The movement of the portion of the polymer electrolyte membrane 1 facing the first specific region 51 of the fuel gas channel 8 in the polymer electrolyte membrane 1 can be suppressed, and deterioration thereof can be suppressed.

なお、本実施の形態３においては、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる並行流となるように構成したが、これに限定されず、実施の形態２のように、いわゆる対向流となるように構成してもよい。   In the third embodiment, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are configured to be so-called parallel flows. However, the present invention is not limited to this, and a so-called opposite state is provided as in the second embodiment. You may comprise so that it may become a flow.

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックの燃料電池におけるアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図１０においては、アノードセパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表し、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 4)
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator in the fuel cell of the fuel cell stack according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, the vertical direction in the anode separator is represented as the vertical direction in the drawing, and a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line).

図１０に示すように、本発明の実施の形態１０に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、燃料ガス流路８の迂回部分８１の構成が異なる。具体的には、燃料ガス流路８の迂回部分８１が、第２特定領域５２よりも内側に迂回するように形成されている。   As shown in FIG. 10, the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 10 of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 1. However, the configuration of the bypass portion 81 of the fuel gas flow path 8 is different. Specifically, the detour portion 81 of the fuel gas flow path 8 is formed so as to detour inside the second specific region 52.

このように構成された本実施の形態４に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。なお、本実施の形態４においては、一方の反応ガス流路（燃料ガス流路８）のみが迂回部分８１を有するように形成したが、これに限定されず、実施の形態３係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様に、両方の反応ガス流路（燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９）が迂回部分８１、９１を有するように形成してもよい。この場合、両方の反応ガス流路の迂回部分が、特定領域よりも内側に迂回するように形成してもよく、また、一方の反応ガス流路の迂回部分は、特定領域よりも内側に迂回するように形成し、他方の反応ガス流路の迂回部分は、特定領域よりも外側に迂回するように形成してもよい。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the fourth embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment. In the fourth embodiment, only one reaction gas channel (fuel gas channel 8) is formed to have the detour portion 81, but the present invention is not limited to this, and the fuel cell stack according to the third embodiment. Similarly to 61 (fuel cell 100), both reaction gas channels (fuel gas channel 8 and oxidant gas channel 9) may be formed to have detour portions 81 and 91. In this case, the detour portions of both reaction gas flow paths may be formed so as to detour inside the specific region, and the detour portions of one reaction gas flow channel may be detoured inside the specific region. The detour portion of the other reaction gas channel may be formed so as to detour outside the specific region.

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図であり、図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図１１及び図１２においては、各セパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表している。また、図１２においては、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 5)
FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 12 shows the fuel cell stack according to Embodiment 5 of the present invention. It is a schematic diagram which shows schematic structure of the inner surface of the anode separator of a fuel cell. 11 and 12, the vertical direction of each separator is represented as the vertical direction in the drawings. In FIG. 12, a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line).

図１１及び図１２に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、それぞれ、複数（本実施の形態では、３本）の流路（溝）で構成されている点が異なる。以下、詳細に説明する。   As shown in FIGS. 11 and 12, the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the fifth embodiment of the present invention is basically the same as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment. Although the same, each is different in that it is configured by a plurality (three in this embodiment) of flow paths (grooves). This will be described in detail below.

図１１に示すように、複数の酸化剤ガス流路９のそれぞれが、第２部分４２を有している。また、複数の酸化剤ガス流路９のそれぞれは、第２特定領域５２を有している。第２特定領域５２は、第２部分４２から所定の距離Ｎ２延びた部分までの領域で構成されている。ここで、本実施の形態５において、所定の距離Ｎ２は、反応ガスの露点、冷却媒体の温度等、及び燃料ガス流路８や酸化剤ガス流路９の幅寸法等の構成等によって異なるが、高分子電解質膜１の劣化を抑制する観点から、複数（ここでは、３本）の酸化剤ガス流路９の幅の和と複数（ここでは、３本）の酸化剤ガス流路９の間に形成される複数（ここでは、２つ）の第２リブ部１２の幅の和を足し合わせた長さ（複数の酸化剤ガス流路９の幅の和と、複数の酸化剤ガス流路９の間に形成される複数の第２リブ部１２の幅の和と、の和に相当する長さ）以下であってもよく、酸化剤ガス流路９の幅に相当する長さ以下であってもよい。   As shown in FIG. 11, each of the plurality of oxidant gas flow paths 9 has a second portion 42. In addition, each of the plurality of oxidant gas flow paths 9 has a second specific region 52. The second specific region 52 is configured by a region from the second portion 42 to a portion extending a predetermined distance N2. Here, in the fifth embodiment, the predetermined distance N2 varies depending on the configuration such as the dew point of the reaction gas, the temperature of the cooling medium, and the width dimensions of the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9 and the like. From the viewpoint of suppressing deterioration of the polymer electrolyte membrane 1, the sum of the widths of the plurality (here, three) of the oxidant gas passages 9 and the plurality (here, three) of the oxidant gas passages 9 The length (the sum of the widths of the plurality of oxidant gas flow paths 9 and the plurality of oxidant gas flows) obtained by adding the sum of the widths of the plurality of (here, two) second rib portions 12 formed therebetween. Or a length corresponding to the sum of the widths of the plurality of second rib portions 12 formed between the passages 9), or less than a length corresponding to the width of the oxidant gas flow path 9. It may be.

また、図１２に示すように、本実施の形態５においては、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路８０が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、複数の酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を迂回するように形成されている。ここで、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路とは、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２近傍において、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路をいう。   Also, as shown in FIG. 12, in the fifth embodiment, among the plurality of fuel gas channels 8, the outermost fuel gas channel 80 is a plurality as viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The oxidant gas flow path 9 is formed so as to bypass the second specific region 52. Here, among the plurality of fuel gas passages 8, the outermost fuel gas passage is the vicinity of the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Of the plurality of fuel gas passages 8, the fuel gas passage located on the outermost side is referred to.

このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態１に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the fifth embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the first embodiment.

なお、本実施の形態５においては、燃料ガス流路８０の迂回部分８１は、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも外側に迂回するように形成したが、これに限定されず、実施の形態４と同様に、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２の内側に迂回するように形成してもよい。   In the fifth embodiment, the bypass portion 81 of the fuel gas passage 80 is formed so as to bypass the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9, but is not limited to this. Similarly to the fourth embodiment, the oxidant gas flow path 9 may be formed so as to detour inside the second specific region 52.

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図であり、図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図１３及び図１４においては、各セパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表している。また、図１３においては、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示し、図１４においては、燃料ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 6)
FIG. 13 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 6 of the present invention, and FIG. 14 shows the fuel cell stack according to Embodiment 6 of the present invention. It is a schematic diagram which shows schematic structure of the inner surface of the cathode separator of a fuel cell. 13 and 14, the vertical direction in each separator is represented as the vertical direction in the drawings. In FIG. 13, a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line), and in FIG. 14, a part of the fuel gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line). .

図１３及び図１４に示すように、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８と同様に形成されている点が異なる。以下、詳細に説明する。   As shown in FIGS. 13 and 14, the basic configuration of the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 6 of the present invention is the same as that of the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 5. Although the same, the difference is that the oxidizing gas channel 9 is formed in the same manner as the fuel gas channel 8. This will be described in detail below.

図１３に示すように、複数の燃料ガス流路８のそれぞれが、第１部分４１を有している。また、複数の燃料ガス流路８のそれぞれは、第１特定領域５１を有している。第１特定領域５１は、第１部分４１から所定の距離Ｎ１延びた部分までの領域で構成されている。ここで、本実施の形態６において、所定の距離Ｎ１は、反応ガスの露点、冷却媒体の温度等、及び燃料ガス流路８や酸化剤ガス流路９の幅寸法等の構成等によって異なるが、高分子電解質膜１の劣化を抑制する観点から、複数（ここでは、３本）の燃料ガス流路８の幅の和と複数（ここでは、３本）の燃料ガス流路８の間に形成される複数（ここでは、２つ）の第１リブ部１１の幅の和を足し合わせた長さ（複数の燃料ガス流路８の幅の和と、複数の燃料ガス流路８の間に形成される複数の第１リブ部１１の幅の和と、の和に相当する長さ）以下であってもよく、燃料ガス流路８の幅に相当する長さ以下であってもよい。   As shown in FIG. 13, each of the plurality of fuel gas flow paths 8 has a first portion 41. Each of the plurality of fuel gas flow paths 8 has a first specific region 51. The first specific region 51 is configured by a region from the first portion 41 to a portion extending a predetermined distance N1. Here, in the sixth embodiment, the predetermined distance N1 differs depending on the configuration such as the dew point of the reaction gas, the temperature of the cooling medium, the width dimensions of the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9, and the like. From the viewpoint of suppressing deterioration of the polymer electrolyte membrane 1, the sum of the widths of the plural (here, three) fuel gas passages 8 and the plural (here, three) fuel gas passages 8 are interposed. A length obtained by adding the sum of the widths of the plurality of (here, two) first rib portions 11 formed (between the sum of the widths of the plurality of fuel gas passages 8 and the plurality of fuel gas passages 8) Or the length corresponding to the sum of the widths of the plurality of first rib portions 11 formed in the above-described length, or may be equal to or less than the length corresponding to the width of the fuel gas passage 8. .

また、図１４に示すように、本実施の形態５においては、複数の酸化剤ガス流路９のうち、最も外側に位置する酸化剤ガス流路９０が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、複数の燃料ガス流路８の第１特定領域５１を迂回するように形成されている。ここで、複数の酸化剤ガス流路９のうち、最も外側に位置する酸化剤ガス流路とは、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、燃料ガス流路８の第１特定領域５１近傍において、複数の酸化剤ガス流路９のうち、最も外側に位置する酸化剤ガス流路をいう。   As shown in FIG. 14, in the fifth embodiment, among the plurality of oxidant gas channels 9, the outermost oxidant gas channel 90 is viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The first specific region 51 of the plurality of fuel gas passages 8 is formed so as to bypass the first specific region 51. Here, the outermost oxidant gas flow path among the plurality of oxidant gas flow paths 9 is the vicinity of the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The oxidant gas flow channel located on the outermost side among the plurality of oxidant gas flow channels 9 is referred to.

このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the sixth embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the fifth embodiment.

また、本実施の形態６係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）では、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９０が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１を迂回するように形成されていて、第１特定領域５１は、カソードセパレータ６Ｂの内面（正確には、第２リブ部１２）と重なるように形成されている。   In the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the sixth embodiment, the oxidant gas flow path 90 bypasses the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. The first specific region 51 is formed so as to overlap the inner surface (more precisely, the second rib portion 12) of the cathode separator 6B.

これにより、カソード電極４Ｂにおけるカソードセパレータ６Ｂの内面（正確には、第２リブ部１２）と接触する部分からアノード電極４Ａにおける燃料ガス流路８の第１特定領域５１に面する部分へ水が移動し、高分子電解質膜１における燃料ガス流路８の第１特定領域５１と対向する部分の乾燥を抑制することができ、その劣化を抑制することができる。   Thereby, water flows from the portion of the cathode electrode 4B that contacts the inner surface of the cathode separator 6B (more precisely, the second rib portion 12) to the portion of the anode electrode 4A that faces the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8. The movement of the portion of the polymer electrolyte membrane 1 facing the first specific region 51 of the fuel gas channel 8 in the polymer electrolyte membrane 1 can be suppressed, and deterioration thereof can be suppressed.

なお、本実施の形態６においては、両方の反応ガス流路（燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９）の迂回部分８１、９１が、それぞれ、特定領域よりも外側に迂回するように形成したが、これに限定されず、両方の反応ガス流路の迂回部分が、それぞれ、特定領域よりも内側に迂回するように形成してもよく、さらに、一方の反応ガス流路の迂回部分は、特定領域よりも内側に迂回するように形成し、他方の反応ガス流路の迂回部分は、特定領域よりも外側に迂回するように形成してもよい。   In the sixth embodiment, the detour portions 81 and 91 of both reaction gas flow paths (the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9) are detoured outside the specific region, respectively. However, the present invention is not limited to this, and the detour portions of both reaction gas flow paths may be formed so as to detour inside the specific region, respectively. May be formed so as to detour inside the specific region, and the detour portion of the other reaction gas flow path may be formed so as to detour outside the specific region.

また、本実施の形態６においては、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる並行流となるように構成したが、これに限定されず、実施の形態２のように、いわゆる対向流となるように構成してもよい。   Further, in the sixth embodiment, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are configured to be a so-called parallel flow. However, the present invention is not limited to this, and a so-called opposite state is provided as in the second embodiment. You may comprise so that it may become a flow.

（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のアノードセパレータの内面の概略構成を示す模式図である。なお、図１５においては、アノードセパレータにおける上下方向を、図における上下方向として表し、酸化剤ガス流路の一部を仮想線（二点鎖線）で示している。 (Embodiment 7)
FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the inner surface of the anode separator of the fuel cell in the fuel cell stack according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 15, the vertical direction in the anode separator is represented as the vertical direction in the drawing, and a part of the oxidant gas flow path is indicated by a virtual line (two-dot chain line).

図１５に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）は、実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と基本的構成は同じであるが、複数の燃料ガス流路８が、それぞれ、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を迂回するように形成されている点が異なる。具体的には、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路８０は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも外側に迂回するように形成されている。また、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路８０以外の燃料ガス流路８は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも内側に迂回するように形成されている。   As shown in FIG. 15, the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 7 of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to Embodiment 5. However, the difference is that each of the plurality of fuel gas flow paths 8 is formed so as to bypass the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9. Specifically, among the plurality of fuel gas passages 8, the outermost fuel gas passage 80 is seen from the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6 </ b> A. Is also formed to detour outward. Further, among the plurality of fuel gas passages 8, the fuel gas passages 8 other than the outermost fuel gas passage 80 are the second of the oxidant gas passage 9 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. It is formed so as to detour inside the specific area 52.

このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）であっても、実施の形態５に係る燃料電池スタック６１（燃料電池１００）と同様の作用効果を奏する。   Even the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the seventh embodiment configured as described above has the same effects as the fuel cell stack 61 (fuel cell 100) according to the fifth embodiment.

なお、本実施の形態７では、複数の燃料ガス流路８のうち、最も外側に位置する燃料ガス流路８０が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも外側に迂回し、他の燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも内側に迂回するように形成したが、これに限定されず、全ての燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも外側に迂回するように形成してもよく、また、全ての燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも内側に迂回するように形成してもよい。さらに、複数の燃料ガス流路８のうち、一部の燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも外側に迂回するように形成し、残りの燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２よりも内側に迂回するように形成してもよい。   In the seventh embodiment, among the plurality of fuel gas flow paths 8, the outermost fuel gas flow path 80 detours outside the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9, The other fuel gas channel 8 is formed so as to detour inside the second specific region 52 of the oxidant gas channel 9, but the present invention is not limited to this, and all the fuel gas channels 8 are oxidant. The gas flow path 9 may be formed so as to detour outside the second specific area 52 of the gas flow path 9, and all the fuel gas flow paths 8 are located inside the second specific area 52 of the oxidant gas flow path 9. You may form so that it may detour. Furthermore, a part of the plurality of fuel gas channels 8 is formed so as to detour outside the second specific region 52 of the oxidant gas channel 9, and the remaining fuel gas channels 8 The passage 8 may be formed so as to detour inside the second specific region 52 of the oxidant gas passage 9.

また、本実施の形態７においては、複数の燃料ガス流路８が、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２を迂回するように形成したが、これに限定されず、複数の酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１を迂回するように形成してもよい。この場合、複数の酸化剤ガス流路９のうち、一部の酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１よりも外側に迂回するように形成し、残りの酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１よりも内側に迂回するように形成してもよい。また、全ての酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１よりも外側に迂回するように形成してもよく、また、全ての酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１よりも内側に迂回するように形成してもよい。   Further, in the seventh embodiment, the plurality of fuel gas flow paths 8 are formed so as to bypass the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9, but the present invention is not limited to this, and the plurality of oxidizers The gas flow path 9 may be formed so as to bypass the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8. In this case, among the plurality of oxidant gas flow paths 9, some of the oxidant gas flow paths 9 are formed so as to detour outside the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8, and the remaining oxidation gas flows. The agent gas flow path 9 may be formed so as to detour inside the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8. Further, all the oxidant gas flow paths 9 may be formed so as to detour outside the first specific region 51 of the fuel gas flow path 8, and all the oxidant gas flow paths 9 may be formed as fuel. You may form so that it may detour inside the 1st specific area | region 51 of the gas flow path 8. FIG.

なお、上述した本実施の形態１乃至７において、燃料ガス供給マニホールド孔３１等の各マニホールド孔の位置は、一例であって、各マニホールド孔の配置される位置は、限定されない。この場合、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９は、いわゆる並行流に形成されていてもよく、いわゆる対向流に形成されていてもよい。また、上述した本実施の形態１乃至７においては、いわゆる内部マニホールド形の燃料電池を採用したが、これに限定されず、いわゆる外部マニホールド形の燃料電池を採用してもよい。   In the first to seventh embodiments described above, the position of each manifold hole such as the fuel gas supply manifold hole 31 is an example, and the position where each manifold hole is arranged is not limited. In this case, the fuel gas channel 8 and the oxidant gas channel 9 may be formed in a so-called parallel flow or in a so-called counterflow. In the first to seventh embodiments described above, a so-called internal manifold type fuel cell is used. However, the present invention is not limited to this, and a so-called external manifold type fuel cell may be used.

また、本実施の形態１、４、５及び７においては、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる並行流になるように形成したが、これに限定されず、実施の形態２と同様に、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる対向流になるように形成してもよい。   In the first, fourth, fifth, and seventh embodiments, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are formed so as to be a so-called parallel flow. Similarly to the above, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 may be formed in a so-called counterflow.

また、上述した本実施の形態２においては、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２のみを第１リブ部１１と重なるように形成したが、これに限定されない。例えば、実施の形態３及び６と同様に、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、酸化剤ガス流路９の第２特定領域５２のみを第１リブ部１１と重なるように形成されており、さらに、酸化剤ガス流路９が、燃料ガス流路８の第１特定領域５１を迂回するように形成されていて、第１特定領域５１は、カソードセパレータ６Ｂの内面（正確には、第２リブ部１２）と重なるように形成されていてもよい。   In the second embodiment described above, only the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 is formed so as to overlap the first rib portion 11 when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. It is not limited to. For example, as in Embodiments 3 and 6, as viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, only the second specific region 52 of the oxidant gas flow path 9 is formed so as to overlap the first rib portion 11, Further, the oxidant gas flow path 9 is formed so as to bypass the first specific area 51 of the fuel gas flow path 8, and the first specific area 51 is formed on the inner surface (more precisely, the second specific area 51) of the cathode separator 6B. It may be formed so as to overlap the rib portion 12).

さらに、上述した本実施の形態２においては、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる対向流になるように形成したが、これに限定されず、実施の形態１と同様に、燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９をいわゆる並行流になるように形成してもよい。   Further, in the above-described second embodiment, the fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 are formed so as to be a so-called counterflow, but the present invention is not limited to this, as in the first embodiment, The fuel gas flow path 8 and the oxidant gas flow path 9 may be formed to be a so-called parallel flow.

本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能な高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックとして有用である。   The polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack of the present invention can suppress drying of the polymer electrolyte membrane when operated under conditions of high temperature and low humidity, thereby suppressing deterioration of the polymer electrolyte membrane. It is useful as a possible polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack.

１ 高分子電解質膜
２Ａ アノード触媒層
２Ｂ カソード触媒層
３Ａ アノードガス拡散層
３Ｂ カソードガス拡散層
４Ａ アノード電極
４Ｂ カソード電極
５ ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）
６Ａ アノードセパレータ
６Ｂ カソードセパレータ
７ ガスケット
８ 燃料ガス流路
８ａ 直線部
８ｂ 折り返し部
９ 酸化剤ガス流路
９ａ 直線部
９ｂ 折り返し部
１０ 冷却媒体流路
１１ 第１リブ部
１２ 第２リブ部
３１ 燃料ガス供給マニホールド孔
３２ 燃料ガス排出マニホールド孔
３３ 酸化剤ガス供給マニホールド孔
３４ 酸化剤ガス排出マニホールド孔
３５ 冷却媒体供給マニホールド孔
３６ 冷却媒体排出マニホールド孔
４１ 第１部分
４２ 第２部分
５１ 第１特定領域
５２ 第２特定領域
６１ 燃料電池スタック
６２ セル積層体
６３ 第１の端板
６４ 第２の端板
８０ 燃料ガス流路
８１ 迂回部分
９０ 酸化剤ガス流路
９１ 迂回部分
１００ 燃料電池
１３１ 燃料ガス供給マニホールド
１３２ 燃料ガス排出マニホールド
１３３ 酸化剤ガス供給マニホールド
１３４ 酸化剤ガス排出マニホールド
１３５ 冷却媒体供給マニホールド
１３６ 冷却媒体排出マニホールド
２０２ 電極
２０２Ａ 部分
２０２Ｂ 部分
２０３ 反応ガス流路
２０４ リブ部
Ｎ１ 距離
Ｎ２ 距離 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte membrane 2A Anode catalyst layer 2B Cathode catalyst layer 3A Anode gas diffusion layer 3B Cathode gas diffusion layer 4A Anode electrode 4B Cathode electrode 5 MEA (Membrane-Electrode-Assembly: membrane-electrode assembly)
6A Anode separator 6B Cathode separator 7 Gasket 8 Fuel gas flow path 8a Straight line part 8b Folded part 9 Oxidant gas flow path 9a Straight line part 9b Folded part 10 Cooling medium flow path 11 First rib part 12 Second rib part 31 Fuel gas supply Manifold hole 32 Fuel gas discharge manifold hole 33 Oxidant gas supply manifold hole 34 Oxidant gas discharge manifold hole 35 Coolant supply manifold hole 36 Coolant discharge manifold hole 41 First part 42 Second part 51 First specific region 52 Second Specific area 61 Fuel cell stack 62 Cell stack 63 First end plate 64 Second end plate 80 Fuel gas flow path 81 Detour portion 90 Oxidant gas flow path 91 Detour portion 100 Fuel cell 131 Fuel gas supply manifold 132 Fuel gas Exhaust manifold 133 oxidation Agent gas supply manifold 134 Oxidant gas discharge manifold 135 Cooling medium supply manifold 136 Cooling medium discharge manifold 202 Electrode 202A part 202B part 203 Reaction gas flow path 204 Rib part N1 distance N2 distance

Claims (22)

高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、
板状で、前記膜−電極接合体の前記一対の電極のうち一方の電極と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、
板状で、前記膜−電極接合体前記一対の電極のうち他方の電極と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、
前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と重なる部分（以下、第２部分）から下流側の所定の部分までの領域（以下、第２特定領域）を迂回するように形成され、
前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１セパレータの前記一方の主面と重なるように形成されている、高分子電解質形燃料電池。 A membrane-electrode assembly having a polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes sandwiching an inner portion from the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane;
It is plate-shaped and disposed so as to be in contact with one of the pair of electrodes of the membrane-electrode assembly, and a groove-shaped first reactive gas channel is bent on one main surface in contact with the electrode. A conductive first separator formed to
The membrane-electrode assembly is disposed in a plate shape so as to be in contact with the other electrode of the pair of electrodes, and a groove-like second reaction gas channel is bent on one main surface in contact with the electrode. A conductive second separator formed as described above,
The first reactive gas flow path is a predetermined downstream side of a portion (hereinafter referred to as a second portion) that first overlaps the electrode from the upstream end of the second reactive gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. Formed so as to bypass the area up to the part (hereinafter referred to as the second specific area),
The polymer electrolyte fuel, wherein the second specific region of the second reaction gas channel is formed so as to overlap the one main surface of the first separator when viewed from the thickness direction of the first separator. battery. 前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記電極が形成された領域よりも外側に迂回するように形成され、
前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の間に形成された第１リブ部と重なるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 The first reaction gas flow path is formed so as to detour outside the region where the electrode is formed when viewed from the thickness direction of the first separator,
The second specific region of the second reaction gas channel is formed so as to overlap with a first rib portion formed between the first reaction gas channels when viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1. 前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、該第１反応ガス流路の迂回するように形成された部分が前記第２反応ガス流路と交差するように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。   The first reactive gas flow path is formed so that a portion formed so as to bypass the first reactive gas flow path intersects with the second reactive gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein 前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の前記第２特定領域よりも内側に迂回するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。   The first reaction gas channel is formed so as to detour inwardly of the second specific region of the second reaction gas channel as viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell as described. 前記第２特定領域は、前記第２部分から前記第２反応ガス流路の幅と前記第２反応ガス流路の間に形成された第２リブ部の幅との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。   The second specific region extends from the second portion to a length corresponding to the sum of the width of the second reaction gas flow path and the width of the second rib portion formed between the second reaction gas flow paths. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the polymer electrolyte fuel cell is constituted by a range portion. 前記第２特定領域は、前記第２部分から前記第２反応ガス流路の幅に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。   2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the second specific region is configured by a portion ranging from the second portion to a length corresponding to a width of the second reactive gas flow channel. 前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、
前記第２特定領域は、前記第２部分から前記複数の第２反応ガス流路の幅の和と前記複数の第２反応ガス流路の間に形成された複数の第２リブ部の幅の和との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator,
The second specific region has a width of a plurality of second rib portions formed between a sum of widths of the plurality of second reaction gas channels from the second portion and the plurality of second reaction gas channels. 2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the polymer electrolyte fuel cell is composed of a portion in a range up to a length corresponding to the sum. 前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、
前記第２特定領域は、前記第２部分から前記複数の第２反応ガス流路の幅の和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator,
2. The polymer electrolyte form according to claim 1, wherein the second specific region is configured by a portion ranging from the second portion to a length corresponding to a sum of widths of the plurality of second reaction gas flow paths. Fuel cell. 前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、
前記複数の第１反応ガス流路のうち、最も外側に位置する前記第１反応ガス流路が、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の第２特定領域を迂回するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator,
Of the plurality of first reaction gas channels, the outermost first reaction gas channel is a second specific region of the second reaction gas channel as viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the polymer electrolyte fuel cell is formed to be bypassed. 前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と重なる部分（以下、第１部分）から下流側の所定の部分までの領域（以下、第１特定領域）を迂回するように形成され、
前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２セパレータの前記一方の主面と重なるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 The second reactive gas flow path is a predetermined downstream side of a portion (hereinafter referred to as the first portion) that first overlaps the electrode from the upstream end of the first reactive gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. Is formed so as to bypass the area up to (hereinafter referred to as the first specific area),
The said 1st specific area | region of the said 1st reaction gas flow path is formed so that it may overlap with the said one main surface of the said 2nd separator seeing from the thickness direction of the said 1st separator. Polymer electrolyte fuel cell. 前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記電極が形成された領域よりも外側に迂回するように形成され、
前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第２反応ガス流路の間に形成された第２リブ部と重なるように形成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。 The second reaction gas flow path is formed so as to detour outside the region where the electrode is formed when viewed from the thickness direction of the first separator,
The first specific region of the first reaction gas flow path is formed to overlap a second rib portion formed between the second reaction gas flow paths when viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10. 前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、該第２反応ガス流路の迂回するように形成された部分が前記第１反応ガス流路と交差するように形成されている、請求項１１に記載の高分子電解質形燃料電池。   The second reactive gas flow path is formed so that a portion formed so as to bypass the second reactive gas flow path intersects with the first reactive gas flow path when viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 11, wherein 前記第２反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の前記第１特定領域よりも内側に迂回するように形成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。   The said 2nd reactive gas flow path is formed so that it may detour to the inner side rather than the said 1st specific area | region of the said 1st reactive gas flow path seeing from the thickness direction of the said 1st separator. The polymer electrolyte fuel cell as described. 前記第１特定領域は、前記第１部分から前記第１反応ガス流路の幅と前記第１反応ガス流路の間に形成された第１リブ部の幅との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。   The first specific region extends from the first portion to a length corresponding to the sum of the width of the first reaction gas flow path and the width of the first rib portion formed between the first reaction gas flow paths. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, comprising a range portion. 前記第１特定領域は、前記第１部分から前記第１反応ガス流路の幅に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。   11. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the first specific region is configured by a portion ranging from the first portion to a length corresponding to a width of the first reactive gas flow channel. 前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、
前記第１特定領域は、前記第１部分から前記複数の第１反応ガス流路の幅の和と前記複数の第１反応ガス流路の間に形成された複数の第１リブ部の幅の和との和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator,
The first specific region has a width of a plurality of first rib portions formed between a sum of widths of the plurality of first reaction gas channels from the first portion and the plurality of first reaction gas channels. 11. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the polymer electrolyte fuel cell is composed of a portion in a range up to a length corresponding to the sum. 前記第１セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第１反応ガス流路が形成されており、
前記第１特定領域は、前記第１部分から前記複数の第１反応ガス流路の幅の和に相当する長さまでの範囲の部分で構成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the first reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the first separator,
11. The polymer electrolyte form according to claim 10, wherein the first specific region is configured by a portion ranging from the first portion to a length corresponding to a sum of widths of the plurality of first reaction gas channels. Fuel cell. 前記第２セパレータの前記一方の主面には、複数の前記第２反応ガス流路が形成されており、
前記複数の第２反応ガス流路のうち、最も外側に位置する前記第２反応ガス流路が、前記第１セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の第１特定領域を迂回するように形成されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。 A plurality of the second reaction gas flow paths are formed on the one main surface of the second separator,
Of the plurality of second reaction gas channels, the outermost second reaction gas channel is a first specific region of the first reaction gas channel as viewed from the thickness direction of the first separator. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the polymer electrolyte fuel cell is formed so as to be bypassed. 前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却媒体流路が形成されており、
前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び前記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却媒体流路を通流する冷却媒体の温度よりも低い、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。 A groove-like cooling medium flow path is formed on the other main surface of the first separator and / or the other main surface of the second separator,
The dew point of the first reaction gas flowing through the first reaction gas flow channel and the second reaction gas flowing through the second reaction gas flow channel are lower than the temperature of the cooling medium flowing through the cooling medium flow channel. 2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, which is low. 前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。   2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the first reaction gas channel and / or the second reaction gas channel is formed in a serpentine shape. 前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。   2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the first reactive gas flow channel and the second reactive gas flow channel are formed to be in parallel flow. 複数の請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている、燃料電池スタック。
A fuel cell stack in which a plurality of polymer electrolyte fuel cells according to claim 1 are stacked and fastened.
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