WO2010050377A1 - 燃料電池及び燃料電池システム - Google Patents

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anode fluid
anode
fuel cell
gas
diffusion layer
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尾崎　徹
昇 石曽根
恒昭 玉地
考応 柳▲瀬▼
皿田　孝史
一貴 譲原
文晴 岩崎
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セイコーインスツル株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell and a fuel cell system including an electrolyte membrane, and an anode side catalyst and a cathode side catalyst provided on both sides of the electrolyte membrane.
  • the fuel cell includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA; Membrane Electrode Assembly) including an electrolyte membrane and an anode side catalyst and a cathode side catalyst provided on both sides of the electrolyte membrane.
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • the fuel cell includes an anode member (anode) provided with an anode fluid flow path for supplying an anode fluid to the anode side catalyst of the MEA via a gas diffusion layer, and a cathode fluid flow for supplying the cathode fluid to the cathode side catalyst of the MEA.
  • a cathode member (cathode) provided with a path.
  • Patent Document 1 a purge valve for purging an impure gas accumulated in an anode to a hydrogen-rich anode fluid, and an exhaust gas that dilutes an exhaust gas containing hydrogen discharged from the purge valve and discharges it to the outside And a processing device.
  • Patent Document 1 requires a purge valve and an exhaust gas treatment device, and there is a problem that the device becomes large and expensive.
  • the impure gas can be removed from the anode by purging at the start-up, the impure gas passes through the electrolyte membrane to the anode even during the power generation, so that the power generation for a long time is performed.
  • it is necessary to monitor the power generation state to control the opening and closing of the purge valve, which causes a problem of complicated control.
  • the present invention aims to provide a fuel cell and a fuel cell system that can prevent power generation failure due to impure gas and can continuously generate power for a long period of time and are miniaturized.
  • a first aspect of the present invention that solves the above problems includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and an anode side catalyst, a supply member that supplies an anode fluid to the membrane electrode assembly, the supply member,
  • the supply member In the fuel cell comprising a gas diffusion layer provided between the membrane electrode assembly and the supply member, the supply member is provided with an anode fluid channel for supplying the anode fluid toward the membrane electrode assembly.
  • the anode fluid passage has an opening on the discharge side of the anode fluid in contact with the gas diffusion layer, and the gas is pushed away by the supply of the anode fluid to the supply member side of the gas diffusion layer.
  • the fuel cell has a region for storing the fuel.
  • the impure gas existing on the surface of the anode side catalyst is pushed away by the anode fluid, and the surface of the anode side catalyst is discharged.
  • the anode fluid can be supplied uniformly throughout. As a result, the amount of power generation, particularly the initial voltage, can be increased, and power generation can be maintained over a long period of time.
  • the supply member is provided with a protrusion that protrudes toward the gas diffusion layer and is provided with the anode fluid channel therein, and the tip surface of the protrusion is the gas
  • the fuel cell according to the first aspect is in contact with the diffusion layer.
  • a space is defined between the gas diffusion layer and the supply member in a region other than the projecting portion, so that the impure gas can be easily pushed away into the space. Since many impure gases can be stored in the space, power generation can be continued for a longer period of time.
  • a third aspect of the present invention is the fuel cell according to the second aspect, wherein the protruding portion has a tapered shape sharpened toward the membrane electrode assembly side.
  • the protruding portion is sharpened, a large space can be defined in a region other than the protruding portion, so that more impure gas can be stored in the space.
  • the anode fluid channel has a tapered shape sharpened toward the membrane electrode assembly side. is there.
  • the flow rate of the anode fluid ejected from the anode fluid flow path is increased, and the impure gas existing on the surface of the anode side catalyst is more efficiently converted by the anode fluid. You can push away.
  • a fifth aspect of the present invention is the fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein a plurality of the anode fluid flow paths are provided in one supply member.
  • the anode fluid can be uniformly supplied to the surface of the anode-side catalyst having a relatively wide area by the plurality of anode fluid flow paths.
  • a plurality of the anode fluid flow paths are provided in one supply member, and the chamber communicates with the plurality of anode fluid flow paths on the side opposite to the gas diffusion layer;
  • a protrusion having a second protrusion is provided, and the second protrusion has a distance from the anode fluid inlet that is longer than the distance of the first protrusion from the anode fluid inlet;
  • the protrusion amount of the first protrusion is larger than the protrusion amount of the second protrusion, and the tip surface of the protrusion is in contact with the gas diffusion layer.
  • the pressure of the anode fluid injected from the plurality of anode fluid flow paths can be made uniform, and the anode fluid can be relatively uniformly supplied to the surface of the anode side catalyst.
  • a seventh aspect of the present invention comprises a chamber communicating with a plurality of the anode fluid flow paths on the side opposite to the gas diffusion layer, and an anode fluid inlet for supplying the anode fluid to the chambers,
  • the fuel cell according to any one of the first to sixth aspects, wherein the pressure loss of the anode fluid passage is larger than the pressure loss from the anode fluid introduction port to each of the anode fluid passages.
  • the anode fluid can be ejected vigorously from the anode fluid flow path, and the impure gas present on the surface of the anode side catalyst can be blown off.
  • An eighth aspect of the present invention includes a chamber communicating with a plurality of the anode fluid flow paths on the side opposite to the gas diffusion layer, and an anode fluid inlet for supplying the anode fluid to the chambers,
  • the plurality of anode fluid channels include a first anode fluid channel and a second anode fluid channel having a distance from the anode fluid inlet that is longer than the first anode fluid channel,
  • the fuel cell according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the pressure loss of the first anode fluid flow path is larger than the pressure loss of the second anode fluid flow path.
  • the pressure of the anode fluid injected from the plurality of anode fluid flow paths can be made uniform, and the anode fluid can be uniformly supplied to the surface of the anode side catalyst.
  • a ninth aspect of the present invention includes a chamber communicating with a plurality of the anode fluid flow paths on the side opposite to the gas diffusion layer, and an anode fluid inlet for supplying the anode fluid to the chambers,
  • the plurality of anode fluid channels include a first anode fluid channel and a second anode fluid channel having a distance from the anode fluid inlet that is longer than the first anode fluid channel,
  • the pressure loss in the first induction path in the chamber from the anode fluid introduction port to the first anode fluid flow path is caused by the pressure loss in the chamber from the anode fluid introduction port to the second anode fluid flow path.
  • the fuel cell according to any one of the fifth to eighth aspects is characterized by being larger than the pressure loss in the two induction paths.
  • the pressure of the anode fluid injected from the plurality of anode fluid flow paths can be made uniform, and the anode fluid can be supplied uniformly to the surface of the anode side catalyst.
  • the interval between the plurality of anode fluid channels of the supply member is such that the distance from the anode fluid channel is short from the anode fluid channel to the anode fluid channel.
  • the distance gradually decreases toward the anode fluid flow path side having a long distance.
  • the flow velocity varies, and the range in which the anode fluid spreads differs according to the flow velocity distribution. By changing, it is possible to reduce the deviation of the in-plane distribution of the anode fluid.
  • a fuel cell according to any one of the first to tenth aspects, characterized in that the fuel cell has a removing means for removing the gas pushed away from the anode fluid from a region storing the gas. It is in.
  • the removing means can remove the gas such as impure gas pushed away in the space filled with the anode fluid from the space filled with the anode fluid, the power generation amount is further improved. Power generation can be maintained for a long period of time.
  • the removing means is a lead-out path for communicating with a region for storing the gas pushed away by the supply of the anode fluid and for discharging the gas to the buffer.
  • the fuel cell of the aspect of the present invention is a lead-out path for communicating with a region for storing the gas pushed away by the supply of the anode fluid and for discharging the gas to the buffer.
  • the power generation amount can be further improved and the power generation can be maintained for a long period.
  • the lead-out path has a check valve that permits gas flow from a region where the gas is stored to the buffer and restricts gas flow in the reverse direction.
  • the fuel cell according to the twelfth aspect is characterized.
  • the gas discharged to the buffer is not returned by the check valve, and the power generation amount can be further improved and the power generation can be maintained for a long period of time.
  • the removing means is an adsorbent provided in a region for storing a gas pushed away from the anode fluid.
  • the gas can be removed by selectively adsorbing a gas such as an impure gas to the adsorbent, so that the power generation amount can be further improved and the power generation can be maintained for a long period of time. be able to.
  • a fuel comprising: the fuel cell according to any one of the first to fourteenth aspects; and fuel supply means for supplying the anode fluid to the fuel cell.
  • fuel supply means for supplying the anode fluid to the fuel cell.
  • the fifteenth aspect it is possible to prevent a power generation failure due to impure gas, to continuously perform power generation for a long time, and to realize a miniaturized fuel cell system.
  • the anode fluid is directly flowed toward the membrane electrode assembly through the gas diffusion layer by the anode fluid flow path, so that the impure gas on the surface of the anode side catalyst is pushed away and the surface of the anode side catalyst is spread over.
  • An anode fluid can be supplied. For this reason, without providing a complicated mechanism such as a purge valve or a gas processing device, it is possible to prevent power generation failure or decrease in power generation amount due to impure gas, improve power generation amount, and maintain long-term power generation. it can.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing which shows the fuel cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is principal part sectional drawing which shows the supply state of the anode fluid of the fuel cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is principal part sectional drawing of the fuel cell which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is principal part sectional drawing which shows the modification of the fuel cell which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a principal part top view which shows the fuel cell which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system of the present invention.
  • the fuel cell system 1 of this embodiment includes a fuel supply means 100, a fuel cell 200, and a control circuit 300.
  • the fuel supply means 100 supplies fuel as an anode fluid to the fuel cell 200.
  • Hydrogen is optimal as the fuel, and examples of the fuel supply means 100 include a hydrogen storage alloy and a cylinder filled with hydrogen.
  • the fuel supply means 100 may generate hydrogen, and examples thereof include a configuration in which a hydrogen generating substance and a hydrogen generation promoting substance are mixed to generate hydrogen.
  • the hydrogen generating substance for example, sodium borohydride can be used, and as the hydrogen generation promoting substance, for example, malic acid aqueous solution can be used.
  • the control circuit 300 is connected to the fuel cell 200 and is driven by the voltage supplied by the fuel cell 200.
  • FIGS. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the fuel cell
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing a supply state of the anode fluid of the fuel cell. is there.
  • the fuel cell 200 includes a solid polymer electrolyte membrane 201 as an electrolyte membrane, and an anode side catalyst 202 and a cathode side catalyst 203 provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 201.
  • a configured membrane electrode assembly 204 (hereinafter referred to as MEA) is provided.
  • An anode member 210 and a cathode member 220 are provided on each surface of the MEA 204. That is, the MEA 204 is sandwiched between the anode member 210 and the cathode member 220.
  • the cathode member 220 is a plate-like member provided on the cathode side catalyst 203 side of the MEA 204.
  • the cathode member 220 is provided with a cathode fluid channel 221 that supplies an oxidant (air containing oxygen) to the cathode catalyst 203 as a cathode fluid. That is, the cathode member 220 functions as a supply member that supplies the cathode fluid to the cathode catalyst 203.
  • the cathode fluid channel 221 has a concave shape that opens toward the cathode side catalyst 203 of the cathode member 220, and air is introduced into the cathode fluid channel 221 on the bottom surface of the cathode fluid channel 221.
  • a cathode fluid inlet 222 for supply is provided.
  • the anode member 210 is made of a plate-like member provided on the anode side catalyst 202 side of the MEA 204, and penetrates in the thickness direction through the chamber 211 having a concave shape opening to the anode side catalyst 202 side and the bottom surface of the chamber 211. And an anode fluid inlet 212 provided.
  • the chamber 211 has an opening area equivalent to the surface area of the anode side catalyst 202.
  • An anode fluid is supplied into the chamber 211 via an anode fluid inlet 212 provided on the bottom surface.
  • a gas diffusion layer 230 and a supply member 240 that supplies the anode fluid in the chamber 211 to the gas diffusion layer 230 are provided between the anode member 210 and the MEA 204.
  • the gas diffusion layer (GDL) 230 is provided on the MEA 204 side between the anode member 210 and the MEA 204, that is, on the anode side catalyst 202 of the MEA 204, and is made of a permeable member capable of transmitting the anode fluid.
  • a conventionally known layer having a porous structure such as a metal mesh, carbon cloth, carbon paper, or carbon felt can be used.
  • the supply member 240 is a plate-like member provided on the opposite side of the gas diffusion layer 230 from the MEA 204.
  • the supply member 240 is provided such that one surface thereof is in contact with the gas diffusion layer 230.
  • the other surface of the supply member 240 opposite to the surface that contacts the gas diffusion layer 230 seals one surface of the chamber 211.
  • the supply member 240 is provided with an anode fluid channel 241 that penetrates in the thickness direction and communicates the chamber 211 and the gas diffusion layer 230. That is, the anode fluid flow path 241 has both ends opened to the chamber 211 and the other end opened to the gas diffusion layer 230 so as to communicate with each other. Then, as described above, one side of the supply member 240 is brought into contact with the gas diffusion layer 230, whereby the anode fluid discharge side opening (the opening on the gas diffusion layer 230 side) of the anode fluid flow path 241 becomes the gas diffusion layer. 230 is provided in contact with.
  • anode fluid channels 241 in which a plurality (six) of anode fluid channels 241 are arranged at predetermined intervals are provided, and a total of 12 anode fluid channels 241 are provided.
  • the pressure loss of the anode fluid channel 241 is set to be larger than the pressure loss from the anode fluid inlet 212 to each anode fluid channel 241.
  • the chamber 211 is provided with a size (open area equivalent to the surface of the anode-side catalyst 202) that communicates with the plurality of anode fluid channels 241 in common.
  • the pressure loss of the anode fluid channel 241 is made larger than the pressure loss from the anode fluid inlet 212 of the chamber 211 to each anode fluid channel 241. It is also bigger.
  • the anode fluid supplied into the chamber 211 is desired toward the surface of the anode side catalyst 202 by the anode fluid passage 241. It can supply so that it may inject with the pressure of.
  • the anode fluid channel 241 may have a shape sharpened toward the anode side catalyst 202.
  • the size (opening area), number, and position of the anode fluid flow path 241 are not particularly limited, and the pressure of the anode fluid in the chamber 211 and the impure gas on the surface side of the anode catalyst 202 are not limited. What is necessary is just to determine suitably based on the partial pressure, the flow rate for supplying anode fluid to the anode side catalyst 202, and pushing away impure gas.
  • the flow rate of the anode fluid ejected from the anode fluid flow path 241 is increased.
  • the anode fluid can be easily supplied to the surface of the anode side catalyst 202, that is, the impure gas present on the surface of the anode side catalyst 202 can be easily pushed away.
  • the anode fluid flow path 241 of the supply member 240 is provided along the direction intersecting the surface of the anode side catalyst 202 by penetrating the supply member 240 in the thickness direction.
  • the anode fluid supplied into the chamber 211 can be supplied toward the surface of the anode side catalyst 202 through the gas diffusion layer 230 by the anode fluid flow path 241. That is, the anode fluid flow path 241 of the supply member 240 only needs to be provided along a direction intersecting the surface of the anode side catalyst 202, and even if it is orthogonal to the surface of the anode side catalyst 202, It may be inclined at a predetermined angle.
  • the anode fluid is supplied so as to be sprayed toward the surface of the anode side catalyst 202 by the anode fluid flow path 241
  • the impure gas present can be pushed away to supply the anode fluid to the surface of the anode side catalyst 202. That is, the anode fluid supplied toward the surface of the anode side catalyst 202 by the anode fluid channel 241 (from the direction intersecting the surface) is impure gas in the gas diffusion layer 230 filled as the atmosphere of the anode side catalyst 202. It spreads along the surface of the anode side catalyst 202 while pushing away. At this time, the impure gas pushed away from the surface side of the anode side catalyst 202 remains in the region A on the opposite side of the gas diffusion layer 230 from the anode side catalyst 202, that is, on the supply member 240 side.
  • the anode fluid flow path 241 supplies the anode fluid toward the surface of the anode side catalyst 202, and pushes the impure gas (nitrogen) away from the surface of the anode side catalyst 202.
  • Efficiency can be improved.
  • the anode fluid flow path 241 is not provided, that is, when the chamber 211 is provided so as to directly face the gas diffusion layer 230, the anode fluid supplied from the anode fluid inlet 212 is the anode side catalyst. Will be supplied along the surface of 202.
  • the anode fluid When the anode fluid is supplied in the surface direction of the surface of the anode side catalyst 202 in this way, power is generated only on the side where the anode fluid is supplied, and the partial pressure of the impure gas is reduced in a long region from the side where the anode fluid is supplied. It becomes large and virtually no power is generated. That is, if the anode fluid is supplied along the surface of the anode side catalyst 202, the entire surface of the anode side catalyst 202 cannot be used efficiently, and the power generation amount is reduced. In contrast, by providing the anode fluid flow path 241 that supplies the anode fluid to the surface of the anode side catalyst 202 as in this embodiment, the anode fluid is spread over the entire surface of the anode side catalyst 202. Therefore, power can be generated using the entire surface of the anode side catalyst 202, and the power generation amount, particularly the initial voltage can be increased.
  • the anode fluid flow path 241 is not provided. In some cases, long-term power generation cannot be maintained.
  • the anode fluid is supplied toward the surface of the anode side catalyst 202 by the anode fluid flow path 241, so that the impure gas existing on the surface of the anode side catalyst 202 is always pushed away and the anode fluid Can be continuously supplied to the surface of the anode side catalyst 202, and long-term power generation can be maintained.
  • the anode fluid flow path 241 is brought into direct contact with the surface of the gas diffusion layer 230 on the supply member 240 side, so that a high concentration anode fluid can always be supplied to the anode side catalyst 202. . That is, when a space exists between the opening of the anode fluid flow path 241 and the gas diffusion layer 230, the impure gas pushed away by the anode fluid fills the space, together with the anode fluid supplied from the anode fluid flow path 241. The impure gas filled in the space is supplied to the anode side catalyst 202.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
  • symbol is attached
  • the fuel cell 200A of the second embodiment includes an MEA 204, an anode member 210, a cathode member (not shown), a gas diffusion layer 230, and a supply member 240A.
  • the surface of the supply member 240A on the gas diffusion layer 230 side is provided with a protrusion 242 that protrudes toward the gas diffusion layer 230 and is provided with an anode fluid channel 241 therein. That is, the protrusion 242 is provided in the shape of a nozzle having a cylindrical shape in which the anode fluid channel 241 is provided.
  • the shape of the protruding portion 242 is not limited to the cylindrical shape, and may be a prismatic shape, a tapered shape sharpened toward the gas diffusion layer 230, or the like.
  • the protrusion 242 is formed in a tapered shape that is sharpened toward the gas diffusion layer 230.
  • the volume of the space between adjacent protrusions is larger than that of the cylindrical protrusion 242.
  • the protruding front end surface of the protruding portion 242 is in contact with the surface of the gas diffusion layer 230, and a space 243 is defined between the supply member 240A and the gas diffusion layer 230 in a region other than the protruding portion 242. .
  • the anode fluid is supplied toward the surface of the anode side catalyst 202 by the anode fluid flow path 241 as in the first embodiment, thereby pushing away impure gas such as nitrogen to the initial stage.
  • Power generation can be improved and power generation can be maintained for a long time.
  • the space 243 is defined in a region other than the projecting portion 242 between the gas diffusion layer 230 and the supply member 240A, so that the impurity such as nitrogen that has retreated from the surface of the anode side catalyst 202 is formed.
  • the gas can be stored in the region A ′ including the space 243.
  • the impure gas on the surface side of the anode side catalyst 202 is easily pushed away to the region A ′ side, and the pushed impure gas can be stored in the relatively wide region A ′, so that power generation for a longer period is maintained. be able to.
  • the tip end surface of the protrusion 242 is brought into contact with the surface of the gas diffusion layer 230.
  • the present invention is not particularly limited thereto. It may be embedded inside. Such an example is shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing a modification of the fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a recess 231 is provided on the surface of the gas diffusion layer 230 ⁇ / b> A on the supply member 240 ⁇ / b> A side at a position facing the protrusion 242 of the supply member 240 ⁇ / b> A.
  • the protrusion part 242 fits the inside of the recessed part 231, and the front-end
  • the space 243 is not defined in a region other than the protruding portion 242 between the supply member 240A and the gas diffusion layer 230A, that is, the supply member Even if the surface of 240A on the gas diffusion layer 230A side is all in contact with the gas diffusion layer 230A, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
  • the plurality of anode fluid flow paths 241 having the same opening area are provided in the supply members 240 and 240A.
  • the present invention is not particularly limited thereto.
  • the pressure loss of the anode fluid flow path 241 may be changed according to the distance from.
  • FIG. FIG. 7 is a modification of the first embodiment described above, but the configuration of FIG. 7 can also be applied to the second embodiment described above.
  • the anode fluid channel 241 (distance L 1 side) having a short distance from the anode fluid inlet 212 (projection part 212A projecting the anode fluid inlet 212).
  • the cross-sectional area is decreased to increase the pressure loss, and the anode fluid flow path 241 (distance L 6 side) having a longer distance from the anode fluid inlet 212 increases the cross-sectional area to decrease the pressure loss.
  • the anode fluid flow path 241 having a short distance from the anode fluid introduction port 212 is defined as a first anode fluid flow path
  • the anode fluid flow path 241 having a long distance from the anode fluid introduction port 212 is defined as a second anode fluid flow path.
  • the pressure loss of the first anode fluid channel may be made larger than the pressure loss of the second anode fluid channel.
  • the anode fluid inlet 212 is provided on the bottom surface of the chamber 211 outside the row of the anode fluid channels 241, but the anode fluid channels 241 are arranged in parallel.
  • An anode fluid inlet 212 may be provided in the middle of the row.
  • the distance from the anode fluid introduction port 212 to the anode fluid flow path 241 may actually be the position of the projection unit 212 ⁇ / b> A projected on the supply member 240 at the position of the anode fluid introduction port 212.
  • the pressure loss of the anode fluid flow path 241 is changed to the distance from the anode fluid introduction port 212.
  • the pressure loss of the anode fluid passing through the chamber 211 is small, and the distance from the anode fluid introduction port 212 is farther away.
  • the pressure loss of the anode fluid passing through the chamber 211 supplied to the anode fluid flow path 241 increases. Therefore, the pressure loss of the anode fluid passing through the chamber 211 is changed, and the pressure loss of the anode fluid flow channel 241 is changed to make the pressure of the anode fluid supplied from each anode fluid flow channel 241 uniform. Can do.
  • the anode fluid can be uniformly supplied to the surface of the anode side catalyst 202, and the amount of power generation within the surface of the anode side catalyst 202 can be made uniform to improve the power generation efficiency.
  • the anode fluid introduction port 212 projecting the anode fluid introduction port 212 Since the diameter of the anode fluid channel 241 is different as the distance from the anode fluid channel 241 to the anode fluid channel 241, the flow rate of the anode fluid flowing out from the anode fluid channel 241 changes. If the flow rate of the anode fluid flowing out from the anode fluid flow path 241 is changed in this way, the range in which the anode fluid spreads differs depending on the flow velocity distribution, so that the in-plane distribution of the anode fluid is biased and the power generation efficiency is reduced.
  • FIG. 8 is a plan view of a main part of a fuel cell according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part of FIG.
  • the anode fluid channels 241 having a short distance from the anode fluid inlet 212 are mutually connected.
  • the anode fluid flow path 241 having a long distance from the anode fluid introduction port 212 (projection unit 212A) is gradually reduced by the interval (distance d 5 side) adjacent to each other. .
  • the flow rate of the anode fluid flow path 241 adjacent to each other decreases from the wide side (distance d 1 side) to the narrow side (distance d 5 side), and the range of the anode fluid that flows out gradually increases. Even if it becomes narrow, it is possible to reduce the uneven distribution of the anode fluid in the plane. Therefore, the flow rate and flow rate of the anode fluid flowing out from the plurality of anode fluid flow paths 241 are made uniform, and the impure gas (nitrogen) existing on the surface of the anode side catalyst 202 is uniformly pushed away from the surface of the anode side catalyst 202. Power generation with high efficiency.
  • the anode fluid channel 241 having a short distance from the anode fluid inlet 212 is used as the first anode fluid channel, and the distance from the anode fluid inlet 212 is
  • the long anode fluid channel 241 is used as the second anode fluid channel, the flow rate of the anode fluid flowing out from the second anode fluid channel is higher than the flow rate of the anode fluid flowing out from the first anode fluid channel. Become slow.
  • the anode fluid flowing out from the first anode fluid flow path with a high flow velocity spreads in a range where the anode fluid flowing out from the second anode fluid flow channel with a low flow velocity pushes out the gas and spreads on the surface of the anode side catalyst 202.
  • This is narrower than the range, and the concentration distribution in which the anode fluid is supplied within the surface of the anode-side catalyst 202 is biased, which may lead to problems such as poor displacement of impure gas and reduced power generation efficiency.
  • the unevenness of the in-plane distribution of the anode fluid flowing out from the plurality of anode fluid flow paths 241 can be reduced, so that the anode fluid is within the surface of the anode side catalyst 202.
  • the supplied concentration distribution can be made uniform to improve the power generation efficiency of the anode side catalyst 202, and the power generation amount can be maintained over a long period of time.
  • the interval between the centers of the anode fluid channels 241 adjacent to each other is the interval d 1 to d 5 between the anode fluid channels.
  • the interval between the opening edges of the flow channel may be set as the interval of the anode fluid flow channel.
  • a guide path that communicates from the anode fluid introduction port 212 to the anode fluid channel 241 is formed in the chamber 211, and the pressure loss of this guide path is changed. You may do it. Such an example is shown in FIG.
  • a guide path 213 communicating from the anode fluid introduction port 212 to each anode fluid channel 241 is provided.
  • the guide path 213 has a narrower (smaller) width (cross-sectional area) and a greater pressure loss as the guide path 213 communicates with the anode fluid flow path 241 having a shorter distance from the anode fluid introduction port 212.
  • the guide path 213 communicating with the anode fluid flow path 241 having a long distance has a wider (larger) width (cross-sectional area) to reduce the pressure loss.
  • the anode fluid flow path 241 having a short distance from the anode fluid introduction port 212 is defined as a first anode fluid flow path
  • the anode fluid flow path 241 having a long distance from the anode fluid introduction port 212 is defined as a second anode fluid flow path.
  • the supply member 240A having the protruding portion 242 of the above-described second embodiment is provided, for example, as shown in FIG. 11, from the anode fluid introduction port 212, among the plurality of anode fluid channels 241.
  • the protruding amount of the protruding portion 242 may be increased as the anode fluid channel 241 has a shorter distance, and the protruding amount of the protruding portion 242 may be decreased as the anode fluid channel 241 has a longer distance from the anode fluid inlet 212.
  • the first protrusion may be larger than the amount of protrusion of the second protrusion.
  • the tip of the protrusion 242 may be embedded in the gas diffusion layer 230A so that the opening of the anode fluid flow path 241 provided in each protrusion 242 contacts the gas diffusion layer 230A.
  • the pressure loss of the anode fluid channel 241 near the anode fluid introduction port 212 is increased, and the pressure loss of the anode fluid channel 241 far from the anode fluid introduction port 212 is increased.
  • the pressure of the anode fluid supplied from each anode fluid channel 241 can be made uniform regardless of the distance from the anode fluid inlet 212.
  • the power generation efficiency can be improved by making the power generation amount in the plane of the anode side catalyst 202 uniform.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part of the fuel cell showing a modification of the above-described second embodiment.
  • the supply member 240A is connected to one end of a lead-out path 250 that communicates with a space 243 that is a region for storing gas pushed away by the anode fluid, and the other end of the lead-out path 250 is
  • the storage unit 251 is connected.
  • the storage means 251 has a space for storing impure gas such as nitrogen from the space 243, and is for discharging the gas in the space 243 connected via the lead-out path 250 to the outside.
  • Examples of such a storage unit 251 include a hollow member having a sealed space.
  • the hollow member was illustrated as the storage means 251, it is not limited to this in particular.
  • an adsorbent that adsorbs gas may be provided inside the storage unit 251.
  • activated carbon or zeolite can be used when nitrogen is adsorbed as a gas.
  • a check valve may be provided in the outlet passage 250 shown in FIG.
  • a check valve 252 is provided in the middle of the outlet path 250, that is, between the supply member 240 and the storage unit 251.
  • the check valve 252 is attached so as to permit the flow of gas from the space 243 in which the gas is stored to the storage unit 251 (buffer) and restrict the flow of the gas in the reverse direction.
  • FIG 13 shows a modification of the above-described second embodiment.
  • the present invention is not particularly limited to this.
  • FIG. 14 is a principal part sectional view showing a modification of the above-described second embodiment.
  • the adsorbent 260 is provided in the space 243, which is a region for storing the gas pushed away by the anode fluid, in the supply member 240A.
  • the adsorbent 260 for example, when adsorbing nitrogen as a gas, activated carbon, zeolite, or the like can be used.
  • the adsorbent is not limited to this, and the material may be appropriately determined depending on the gas to be adsorbed.
  • the gas pushed away into the space 243 can be adsorbed by the adsorbent 260, and excess gas in the fuel cell can be removed, improving the power generation amount (particularly the initial voltage) and generating power. Can be maintained for a long time.
  • the adsorbent 260 may be provided in the first embodiment described above.
  • the supply members 240 and 240A are provided as separate members from the anode member 210. However, these members may be integrally provided. Further, the supply members 240 and 240A may use only the region where the anode fluid flow path 241 is provided as the supply member. That is, as members corresponding to the supply members 240 and 240A of the first and second embodiments described above, a base member made of a plate-like member and a plurality of supply members fixed to the base member and provided with anode fluid flow paths individually You may comprise.
  • the gas diffusion layer 230 is provided only on the anode side catalyst 202 side.
  • the gas diffusion layer 230 is not particularly limited, and for example, the cathode side catalyst 203 side is equivalent to the anode side catalyst 202 side.
  • the gas diffusion layer 230 may be provided.
  • the above-described fuel cells 200 and 200A can be used as battery cells constituting the battery stack. That is, a battery stack may be formed by stacking a plurality of the fuel cells 200 and 200A described above.
  • a fuel cell according to a comparative example was prepared by providing the gas diffusion layer 230 directly in the chamber 211 without providing the supply members 240 and 240A.
  • the initial voltage of the fuel cell of the example was about 1.5 times larger than that of the fuel cell of the comparative example.
  • the fuel cell of the example could stably generate power continuously for at least 45 minutes, whereas the fuel cell of the comparative example stopped generating in about 4 seconds.
  • the fuel cell of the example had a power generation amount (Wh) of about 920 times or more higher than that of the fuel cell of the comparative example.
  • the present invention can be used in the industrial field of fuel cells in which the concentration distribution of the anode fluid in the surface of the anode side catalyst is made uniform to improve the power generation amount and the power generation is continued for a long time.
  • Fuel cell A, A 'area 1 Fuel cell system 100
  • Fuel supply means 200
  • Fuel cell 201
  • Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane) 202
  • Anode-side catalyst 203
  • Cathode-side catalyst 210
  • Anode member 220 Cathode member 230, 230A Gas diffusion layer 240, 240A Supply member 241
  • Anode fluid flow path 242 Protrusion 250 Lead-out path 251
  • Storage means 252
  • Check valve 260

Landscapes

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Abstract

電解質膜２０１とアノード側触媒２０２とを具備する膜電極接合体２０４と、該膜電極接合体２０４にアノード流体を供給する供給部材２４０と、該供給部材２４０と前記膜電極接合体２０４との間に設けられたガス拡散層２３０と、を具備する燃料電池２００において、前記供給部材２４０に、前記膜電極接合体２０４に向けてアノード流体を供給するアノード流体流路２４１が設けられており、前記アノード流体流路２４１のアノード流体の吐出側の開口をガス拡散層２３０に接触して設け、前記ガス拡散層２３０の前記供給部材２４０側に前記アノード流体の供給により押し退けられた気体を貯留する領域Ａを有する。

Description

燃料電池及び燃料電池システム
　本発明は、電解質膜と、電解質膜の両側に設けられたアノード側触媒及びカソード側触媒とを具備する燃料電池及び燃料電池システムに関する。
　燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の両面側に設けられたアノード側触媒及びカソード側触媒とを備えた膜電極接合体（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）を具備する。燃料電池は、ＭＥＡのアノード側触媒にガス拡散層を介してアノード流体を供給するアノード流体流路が設けられたアノード部材（アノード）と、ＭＥＡのカソード側触媒にカソード流体を供給するカソード流体流路が設けられたカソード部材（カソード）とを具備する。
　このような燃料電池では、発電停止時に電解質膜を介して大気中の空気（特に不活性ガスである窒素）が不純ガスとしてアノード側に混入する。この状態で運転を開始して水素リッチとなるアノード流体を導入しても水素がすぐには置換されず、十分な発電量を得ることができないという問題があった。特に、燃料電池を長期間放置すると、アノード側に混入した不純ガスの分圧が上昇し、発電量が低下してしまうという問題があった。
　このため、起動前にアノードに蓄積された不純ガスを水素リッチのアノード流体にパージする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　具体的に特許文献１では、アノードに蓄積した不純ガスを水素リッチのアノード流体にパージするためのパージ弁と、パージ弁から排出する水素を含んだ排出ガスを希釈して外部に排出する排出ガス処理装置とを具備する。
　この特許文献１の構成によれば、アノード側の不純ガスを水素リッチのアノード流体に置換することができるため、発電量の低下を防止することができる。
特開２００４－１９３１０７号公報
　しかしながら、特許文献１の構成では、パージ弁及び排出ガス処理装置が必要となり、装置が大型化してしまうと共に高コスト化してしまうという問題がある。
　また、特許文献１の構成では、起動時にパージすることで、不純ガスをアノードから排除することができるものの、発電中であっても不純ガスは電解質膜を通してアノードに通過するため、長期間の発電中では発電状況をモニタリングしてパージ弁の開閉を制御しなくてはならず、制御が複雑になってしまうという問題がある。
　本発明はこのような事情に鑑み、不純ガスによる発電不良を防止して、発電を長期間に亘って継続して行うことができると共に小型化した燃料電池及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電解質膜とアノード側触媒とを具備する膜電極接合体と、該膜電極接合体にアノード流体を供給する供給部材と、該供給部材と前記膜電極接合体との間に設けられたガス拡散層と、を具備する燃料電池において、前記供給部材には、前記膜電極接合体に向けて前記アノード流体を供給するアノード流体流路が設けられており、前記アノード流体流路の前記アノード流体の吐出側の開口が、前記ガス拡散層に接触して設けられ、前記ガス拡散層の前記供給部材側に前記アノード流体の供給により押し退けられた気体を貯留する領域を有することを特徴とする燃料電池にある。
　かかる第１の態様では、アノード流体流路によって膜電極接合体に向けてアノード流体を供給することで、アノード側触媒の表面に存在する不純ガスをアノード流体によって押し退けて、アノード側触媒の表面に亘ってアノード流体を均一に供給することができる。これにより発電量、特に初期電圧を高くすることができると共に、発電を長期間に亘って維持することができる。
　本発明の第２の態様は、前記供給部材には、前記ガス拡散層側に突出すると共に内部に前記アノード流体流路が設けられた突出部が設けられ、前記突出部の先端面が前記ガス拡散層に接触していることを特徴とする第１の態様の燃料電池にある。
　かかる第２の態様では、突出部を設けることによって、ガス拡散層と供給部材との間には、突出部以外の領域に空間が画成されるため、この空間に不純ガスを押し退け易く、また多くの不純ガスを空間内で貯留することができるため、発電をさらに長期間継続させることができる。
　本発明の第３の態様は、前記突出部は、前記膜電極接合体側に向かって先鋭化したテーパ形状を有することを特徴とする第２の態様の燃料電池にある。
　かかる第３の態様では、突出部を先鋭化することで、突出部以外の領域で大きな空間を画成することができるため、さらに多くの不純ガスを空間内で貯留することができる。
　本発明の第４の態様は、前記アノード流体流路は、前記膜電極接合体側に向かって先鋭化したテーパ形状を有することを特徴とする第１～３の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第４の態様では、アノード流体流路を先鋭化することで、アノード流体流路から噴射するアノード流体の流速を早めて、アノード側触媒の表面に存在する不純ガスをアノード流体によってさらに効率的に押し退けることができる。
　本発明の第５の態様は、前記アノード流体流路が、１つの供給部材に複数設けられていることを特徴とする第１～４の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第５の態様では、複数のアノード流体流路によって比較的広い面積を有するアノード側触媒の表面に均一にアノード流体を供給することができる。
　本発明の第６の態様は、前記アノード流体流路が、１つの供給部材に複数設けられており、複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、前記供給部材には、前記ガス拡散層側に突出すると共に内部に前記アノード流体流路が設けられた第１の突出部及び第２の突出部を有する突出部が設けられ、前記第２の突出部は、前記アノード流体導入口からの距離が、前記第１の突出部の前記アノード流体導入口からの距離よりも長く、且つ前記第１の突出部の突出量は、前記第２の突出部の突出量よりも大きく、前記突出部の先端面が、前記ガス拡散層に接触していることを特徴とする第１～４の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第６の態様では、複数のアノード流体流路から噴射されるアノード流体の圧力を均一化して、アノード側触媒の表面にアノード流体を比較的均一に供給することができる。
　本発明の第７の態様は、複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、前記アノード流体流路の圧力損失が前記アノード流体導入口から各前記アノード流体流路までの圧力損失よりも大きいことを特徴とする第１～６の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第７の態様では、アノード流体流路からアノード流体を勢いよく吐出させて、アノード側触媒の表面に存在する不純ガスを吹き飛ばすことができる。
　本発明の第８の態様は、複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、複数の前記アノード流体流路は、第１のアノード流体流路、および、前記アノード流体導入口からの距離が前記第１のアノード流体流路よりも長い第２のアノード流体流路を備え、前記第１のアノード流体流路の圧力損失は、前記第２のアノード流体流路の圧力損失よりも大きいことを特徴とする第５～７の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第８の態様では、複数のアノード流体流路から噴射されるアノード流体の圧力を均一化して、アノード側触媒の表面に均一にアノード流体を供給することができる。
　本発明の第９の態様は、複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、複数の前記アノード流体流路は、第１のアノード流体流路、および、前記アノード流体導入口からの距離が前記第１のアノード流体流路よりも長い第２のアノード流体流路を備え、前記アノード流体導入口から前記第１のアノード流体流路までの前記チャンバ内の第１の誘導路における圧力損失は、前記アノード流体導入口から前記第２のアノード流体流路までの前記チャンバ内の第２の誘導路における圧力損失よりも大きいことを特徴とする第５～８の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第９の態様では、複数のアノード流体流路から噴射されるアノード流体の圧力を均一化して、アノード側触媒の表面に均一にアノード流体を供給することができる。
　本発明の第１０の態様は、前記供給部材の複数の前記アノード流体流路が互いに隣り合う間隔は、前記アノード流体導入口からの距離が短い前記アノード流体流路側から前記アノード流体導入口からの距離が長い前記アノード流体流路側に向かって徐々に漸小することを特徴とする第８の態様の燃料電池にある。
　かかる第１０の態様では、アノード流体流路の圧力損失を変更することにより、流速にばらつきが生じ、流速分布に応じてアノード流体の広がる範囲が異なるが、互いに隣り合うアノード流体流路の間隔を変更することにより、アノード流体の面内分布の偏りを低減することができる。
　本発明の第１１の態様は、前記アノード流体から押し退けられた気体を貯留する領域から、該気体を除去する除去手段を有することを特徴とする第１～１０の何れか１つの態様の燃料電池にある。
　かかる第１１の態様では、除去手段によって、アノード流体が充填される空間内で押し退けられた不純ガス等の気体を、アノード流体が充填される空間から除去することができるため、さらに発電量を向上することができると共に発電を長期間に亘って維持することができる。
　本発明の第１２の態様は、前記除去手段が、アノード流体の供給により押し退けられた気体を貯留する領域と連通し、該気体をバッファ排出するための導出路であることを特徴とする第１１の態様の燃料電池にある。
　かかる第１２の態様では、不純ガス等の気体を導出路を介してバッファ排出することができるため、さらに発電量を向上することができると共に発電を長期間に亘って維持することができる。
　本発明の第１３の態様は、前記導出路には、前記気体が貯留される領域から前記バッファへの気体の流動は許可し、逆方向の気体の流動を制限する逆止弁を有することを特徴とする第１２の態様の燃料電池にある。
　かかる第１３の態様では、バッファに排出した気体が逆止弁によって戻ることがなく、さらに発電量を向上することができると共に発電を長期間に亘って維持することができる。
　本発明の第１４の態様は、前記除去手段が、前記アノード流体から押し退けられた気体を貯留する領域に備えられた吸着剤であることを特徴とする第１１の態様の燃料電池にある。
　かかる第１４の態様では、吸着剤に不純ガス等の気体を選択的に吸着させることで、除去することができるため、さらに発電量を向上することができると共に発電を長期間に亘って維持することができる。
　本発明の第１５の態様は、第１～１４の何れか１つの態様に記載の燃料電池と、前記アノード流体を前記燃料電池に供給する燃料供給手段と、を具備することを特徴とする燃料電池システムにある。
　かかる第１５の態様では、不純ガスによる発電不良を防止して、発電を長期間に亘って継続して行うことができると共に小型化した燃料電池システムを実現できる。
　本発明は、アノード流体流路によってアノード流体を直接ガス拡散層を介して膜電極接合体に向かって流すことで、アノード側触媒の表面の不純ガスを押し退けて、アノード側触媒の表面に亘ってアノード流体を供給することができる。このため、パージ弁やガス処理装置などの複雑な機構を設けることなく、不純ガスによる発電不良や発電量の低下を防止して、発電量を向上すると共に、長期間の発電を維持することができる。また、アノード流体を膜電極接合体に向かって流すアノード流体流路を設けるだけなので、パージ弁やパージ弁の複雑な開閉制御などが不要となって、小型化することができると共にコストを低減することができる。
本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池のアノード流体の供給状態を示す要部断面図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池の要部断面図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池の変形例を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部平面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部平面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部平面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す要部断面図である。 本発明の試験結果を示すグラフである。
　以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
　（実施形態１）
　図１は、本発明の燃料電池システムの概略構成を示す図である。
　図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料供給手段１００と、燃料電池２００と、制御回路３００とを具備する。
　燃料供給手段１００は、アノード流体としての燃料を燃料電池２００に供給するものである。燃料としては水素が最適であり、燃料供給手段１００としては、水素吸蔵合金や、水素を封入したボンベなどが挙げられる。また、燃料供給手段１００は、水素を発生させるものであってもよく、例えば、水素発生物質と水素発生促進物質とを混合して水素を発生させる構成が挙げられる。水素発生物質としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム、水素発生促進物質としては、例えば、リンゴ酸水溶液を用いることができる。また、燃料としてメタノールなどの溶液を供給してもよい。
　制御回路３００は、燃料電池２００に接続されて、燃料電池２００によって供給される電圧によって駆動する。
　ここで、燃料電池２００について図２～図４を参照して詳細に説明する。なお、図２は、燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、図３は、燃料電池の断面図であり、図４は、燃料電池のアノード流体の供給状態を示す要部断面図である。
　図２及び図３に示すように、燃料電池２００は、電解質膜として固体高分子電解質膜２０１と、固体高分子電解質膜２０１の両面側に設けられたアノード側触媒２０２及びカソード側触媒２０３とで構成された膜電極接合体２０４（以下、ＭＥＡと言う）を具備する。
　ＭＥＡ２０４の各面には、アノード部材２１０とカソード部材２２０とが設けられている。すなわち、ＭＥＡ２０４は、アノード部材２１０とカソード部材２２０との間に挟持されている。
　カソード部材２２０は、ＭＥＡ２０４のカソード側触媒２０３側に設けられた板状部材からなる。カソード部材２２０には、カソード側触媒２０３にカソード流体として酸化剤（酸素を含む空気）を供給するカソード流体流路２２１が設けられている。すなわち、カソード部材２２０は、カソード流体をカソード側触媒２０３に供給する供給部材として機能する。このカソード流体流路２２１は、本実施形態では、カソード部材２２０のカソード側触媒２０３側に開口する凹形状を有し、カソード流体流路２２１の底面には、カソード流体流路２２１内に空気を供給するためのカソード流体導入口２２２が設けられている。
　アノード部材２１０は、ＭＥＡ２０４のアノード側触媒２０２側に設けられた板状部材からなり、アノード側触媒２０２側に開口する凹形状を有するチャンバ２１１と、チャンバ２１１の底面に厚さ方向に貫通して設けられたアノード流体導入口２１２とを具備する。
　チャンバ２１１は、アノード側触媒２０２の表面積と同等の開口面積を有する。そして、チャンバ２１１内には、底面に設けられたアノード流体導入口２１２を介してアノード流体が供給される。
　また、アノード部材２１０とＭＥＡ２０４との間には、ガス拡散層２３０と、このガス拡散層２３０にチャンバ２１１内のアノード流体を供給する供給部材２４０とが設けられている。
　ガス拡散層（ＧＤＬ）２３０は、アノード部材２１０とＭＥＡ２０４との間のＭＥＡ２０４側、すなわち、ＭＥＡ２０４のアノード側触媒２０２上に設けられており、アノード流体を透過可能な透過性を有する部材からなる。ガス拡散層２３０としては、例えば、金属メッシュや、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルトなどの多孔質構造を有する従来周知のものを用いることができる。
　供給部材２４０は、ガス拡散層２３０のＭＥＡ２０４とは反対側に設けられた板状部材からなる。この供給部材２４０は、ガス拡散層２３０に一方面が接触するように設けられている。また、供給部材２４０のガス拡散層２３０に接触する面とは反対側の他方面は、チャンバ２１１の一方面を封止している。
　供給部材２４０には、厚さ方向に貫通してチャンバ２１１とガス拡散層２３０とを連通するアノード流体流路２４１が設けられている。すなわち、アノード流体流路２４１は、一端がチャンバ２１１に開口すると共に、他端がガス拡散層２３０に開口することで両者を連通している。そして、上述のように供給部材２４０の一方面をガス拡散層２３０に接触させることで、アノード流体流路２４１のアノード流体の吐出側の開口（ガス拡散層２３０側の開口）は、ガス拡散層２３０に接触して設けられている。
　本実施形態では、アノード流体流路２４１を所定の間隔で複数（６個）配置したアノード流体流路２４１の列を２列設け、合計１２個のアノード流体流路２４１を設けるようにした。なお、アノード流体流路２４１の圧力損失は、アノード流体導入口２１２から各アノード流体流路２４１までの圧力損失よりも大きくなるように設けられている。具体的には、本実施形態では、チャンバ２１１を複数のアノード流体流路２４１に共通して連通する大きさ（アノード側触媒２０２の表面と同等の開口面積）で設け、アノード流体流路２４１の開口面積（断面積）をチャンバ２１１の開口面積よりも大幅に小さくすることで、アノード流体流路２４１の圧力損失をチャンバ２１１のアノード流体導入口２１２から各アノード流体流路２４１までの圧力損失よりも大きくしている。このようにアノード流体流路２４１の圧力損失を大きくすることで、詳しくは後述するが、チャンバ２１１内に供給されたアノード流体をアノード流体流路２４１によって、アノード側触媒２０２の表面に向かって所望の圧力で噴射するように供給することができる。アノード流体流路２４１は、アノード側触媒２０２に向かって先鋭化した形状であってもよい。もちろん、アノード流体流路２４１の大きさ（開口面積）や、数並びに位置などは特に限定されるものではなく、チャンバ２１１内のアノード流体の圧力と、アノード側触媒２０２の表面側の不純ガスの分圧、アノード流体をアノード側触媒２０２に供給して不純ガスを押し退けるための流速などに基づいて適宜決定すればよい。ちなみに、上述のようにアノード流体流路２４１を、アノード側触媒２０２側に向かって先鋭化したテーパ形状とすることで、アノード流体流路２４１から噴射されるアノード流体の流速を速めて、詳しくは後述するが、アノード側触媒２０２の表面にアノード流体を供給し易く、すなわち、アノード側触媒２０２の表面に存在する不純ガスを押し退け易くすることができる。
　このような供給部材２４０のアノード流体流路２４１は、供給部材２４０を厚さ方向に貫通することで、アノード側触媒２０２の表面に対して交差する方向に沿って設けられている。これにより、チャンバ２１１内に供給されたアノード流体をアノード流体流路２４１によって、ガス拡散層２３０を通過させてアノード側触媒２０２の表面に向かって供給することができる。すなわち、供給部材２４０のアノード流体流路２４１は、アノード側触媒２０２の表面に対して交差する方向に沿って設けられていればよく、アノード側触媒２０２の表面に直交していても、また、所定角度傾斜していてもよい。
　このような燃料電池２００では、カソード流体流路２２１が大気開放しているため、燃料電池を長期間放置すると、固体高分子電解質膜２０１を通して大気中の空気（特に不活性ガスである窒素）がアノード側触媒２０２が設けられた空間、すなわち、ガス拡散層２３０内に不純ガスとして混入してしまう。この不純ガス（窒素）の分圧が上昇すると、アノード側触媒２０２におけるアノード流体の分圧が低下し、発電するのに十分なアノード流体を供給することができず発電量が低下してしまう。
　しかしながら、本実施形態の燃料電池２００では、図４に示すように、アノード流体流路２４１によってアノード流体をアノード側触媒２０２の表面に向かって吹き付けるように供給するため、アノード側触媒２０２の表面に存在する不純ガスを押し退けてアノード流体をアノード側触媒２０２の表面に供給することができる。すなわち、アノード流体流路２４１によってアノード側触媒２０２の表面に向かって（表面に交差する方向から）供給されたアノード流体は、アノード側触媒２０２の雰囲気として充填されたガス拡散層２３０内の不純ガスを押し退けながらアノード側触媒２０２の表面に沿って広がる。このとき、アノード側触媒２０２の表面側から押し退けられた不純ガスは、ガス拡散層２３０のアノード側触媒２０２とは反対側、すなわち供給部材２４０側の領域Ａに留まる。
　このように、アノード流体流路２４１によって、アノード流体をアノード側触媒２０２の表面に向かって供給して、不純ガス（窒素）をアノード側触媒２０２の表面から押し退けることで、アノード側触媒２０２の発電効率を向上することができる。例えば、アノード流体流路２４１を設けていない場合、すなわち、チャンバ２１１が直接ガス拡散層２３０に臨むように設けられている場合には、アノード流体導入口２１２から供給されたアノード流体はアノード側触媒２０２の表面に沿って供給されることになる。このようにアノード側触媒２０２の表面の面方向にアノード流体が供給されると、アノード流体が供給される側のみ発電し、アノード流体が供給される側から長い領域では、不純ガスの分圧が大きくなって実質的に発電しなくなる。すなわち、アノード流体をアノード側触媒２０２の表面に沿って供給すると、アノード側触媒２０２の全面を効率よく使用することができなくなり、発電量が低下してしまう。これに対して、本実施形態のようにアノード側触媒２０２の表面にアノード流体を吹きつけるように供給するアノード流体流路２４１を設けることで、アノード流体をアノード側触媒２０２の表面の全面に亘って均一に供給することができるため、アノード側触媒２０２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量、特に初期電圧を高くすることができる。
　また、燃料電池２００では、アノード側触媒２０２側（ガス拡散層２３０側）への空気中の窒素等の不純ガスの混入は、発電中にも発生するため、アノード流体流路２４１を設けていない場合には、長期間の発電を維持することができない。これに対して、本実施形態では、アノード流体流路２４１によってアノード流体をアノード側触媒２０２の表面に向かって供給することで、アノード側触媒２０２の表面に存在する不純ガスを常に押し退けながらアノード流体をアノード側触媒２０２の表面に供給し続けることができ、長期間の発電を維持することができる。
　なお、本実施形態では、アノード流体流路２４１の開口をガス拡散層２３０の供給部材２４０側の表面に直接接触させることで、常に高濃度のアノード流体をアノード側触媒２０２に供給することができる。すなわち、アノード流体流路２４１の開口とガス拡散層２３０との間に空間が存在すると、アノード流体によって押し退けた不純ガスが、その空間に充満し、アノード流体流路２４１から供給されたアノード流体と共に空間に充満した不純ガスがアノード側触媒２０２に供給されてしまう。これに対して、アノード流体流路２４１の開口をガス拡散層２３０に直接接触させて、アノード流体を直接ガス拡散層２３０に流すことで、不純ガスがアノード側触媒２０２に供給され難くして、高濃度のアノード流体をアノード側触媒２０２に供給することができる。このように、比較的高濃度のアノード流体をアノード側触媒２０２に供給することで、発電効率（発電量）の低下を低減することができるという効果を奏する。
　（実施形態２）
　図５は、本発明の実施形態２に係る燃料電池の要部断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　図５に示すように、実施形態２の燃料電池２００Ａは、ＭＥＡ２０４と、アノード部材２１０と、カソード部材（図示なし）と、ガス拡散層２３０と、供給部材２４０Ａとを具備する。
　供給部材２４０Ａのガス拡散層２３０側の面には、ガス拡散層２３０側に突出すると共に、内部にそれぞれアノード流体流路２４１が設けられた突出部２４２が設けられている。すなわち、突出部２４２は、内部にアノード流体流路２４１が設けられた円筒形状を有するノズル状に設けられている。なお、突出部２４２の形状は、円筒形状に限られるものではなく、角柱形状、あるいは、ガス拡散層２３０に向かって先鋭化したテーパ形状等であってもよい。例えば、突出部２４２をガス拡散層２３０に向かって先鋭化したテーパ形状で形成することで、詳しくは後述するが、隣り合う突出部の間の空間の容積を円筒形状の突出部２４２に比べて大きくして、さらにこの空間に貯留可能な不純ガスの量を多くして、長期間の発電を維持することができる。
　この突出部２４２の突出した先端面は、ガス拡散層２３０の表面に当接しており、供給部材２４０Ａの突出部２４２以外の領域ではガス拡散層２３０との間に空間２４３が画成されている。
　このような燃料電池２００Ａでは、上述した実施形態１と同様に、アノード流体流路２４１によってアノード流体がアノード側触媒２０２の表面に向かって供給されることで、窒素等の不純ガスを押し退けて初期発電量を向上すると共に発電を長期間維持させることができる。そして、本実施形態では、ガス拡散層２３０と供給部材２４０Ａとの間の突出部２４２以外の領域に空間２４３を画成することで、アノード側触媒２０２の表面から立ち退かせた窒素等の不純ガスをこの空間２４３を含む領域Ａ´に貯留することができる。したがって、アノード側触媒２０２の表面側の不純ガスを領域Ａ´側に押し退けやすく、また、押し退けた不純ガスを比較的広い領域Ａ´に貯留することができるため、さらに長期間の発電を維持することができる。
　なお、本実施形態では、突出部２４２の先端面をガス拡散層２３０の表面に当接させるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、突出部２４２の先端部をガス拡散層２３０の内部に埋め込むようにしてもよい。このような例を図６に示す。なお、図６は、本発明の実施形態２に係る燃料電池の変形例を示す要部断面図である。
　図６に示すように、ガス拡散層２３０Ａの供給部材２４０Ａ側の表面には、供給部材２４０Ａの突出部２４２に相対向する位置に凹部２３１が設けられている。そして、突出部２４２は、凹部２３１の内部に嵌合することで、突出部２４２の先端部がガス拡散層２３０Ａ内に埋め込まれている。このような状態としても、上述した実施形態２と同様の効果を奏することができる。
　また、突出部２４２をガス拡散層２３０Ａに埋め込む場合には、例えば、供給部材２４０Ａとガス拡散層２３０Ａとの間の突出部２４２以外の領域に空間２４３を画成しないように、すなわち、供給部材２４０Ａのガス拡散層２３０Ａ側の表面が全てガス拡散層２３０Ａに当接するようにしても、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
　（他の実施形態）
　以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
　例えば、上述した実施形態１及び２では、供給部材２４０、２４０Ａに同じ開口面積となる複数のアノード流体流路２４１を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、アノード流体導入口２１２からの距離に応じて、アノード流体流路２４１の圧力損失を変更するようにしてもよい。ここで、具体的な例を図７に示す。なお、図７は、上述した実施形態１の変形例であるが、上述した実施形態２にも図７の構成を適用することができるものである。図７に示すように、複数のアノード流体流路２４１の内、アノード流体導入口２１２（アノード流体導入口２１２を投影した投影部２１２Ａ）から距離が短いアノード流体流路２４１（距離Ｌ１側）ほどその断面積を小さくして圧力損失を高くし、アノード流体導入口２１２からの距離が長いアノード流体流路２４１（距離Ｌ６側）ほどその断面積を大きくして圧力損失を低くしている。すなわち、アノード流体導入口２１２からの距離が短いアノード流体流路２４１を第１のアノード流体流路とし、アノード流体導入口２１２からの距離が長いアノード流体流路２４１を第２のアノード流体流路としたとき、第１のアノード流体流路の圧力損失を、第２のアノード流体流路の圧力損失よりも大きくすればよい。
　なお、本実施形態では、アノード流体導入口２１２は、チャンバ２１１の底面に、アノード流体流路２４１の並設された列の外側に設けられているが、アノード流体流路２４１の並設された列の途中にアノード流体導入口２１２を設けるようにしてもよい。また、アノード流体導入口２１２からアノード流体流路２４１までの距離とは、実際には、アノード流体導入口２１２の位置を、供給部材２４０に投影した投影部２１２Ａの位置とすればよい。
　このように、アノード流体流路２４１の開口面積（断面積）をアノード流体導入口２１２からの距離に基づいて変更することで、アノード流体流路２４１の圧力損失をアノード流体導入口２１２からの距離に基づいて変更することができる。すなわち、アノード流体流路２４１の開口面積が小さいということは、アノード流体流路２４１の圧力損失が大きく、逆にアノード流体流路２４１の開口面積が大きいということは、アノード流体流路２４１の圧力損失が小さくなる。そして、アノード流体導入口２１２から距離が短いアノード流体流路２４１までのチャンバ２１１内を経路は短いため、チャンバ２１１を通過するアノード流体の圧力損失は小さく、アノード流体導入口２１２から距離が遠くなるほどアノード流体流路２４１に供給されるチャンバ２１１を通過するアノード流体の圧力損失は大きくなる。したがって、チャンバ２１１内を通過するアノード流体の圧力損失のばらつきを、アノード流体流路２４１の圧力損失を変更することで、各アノード流体流路２４１から供給されるアノード流体の圧力を均一化することができる。これにより、アノード側触媒２０２の表面にアノード流体を均一に供給することができ、アノード側触媒２０２の面内での発電量を均一化して発電効率を向上することができる。
　また、図７に示す例では、各アノード流体流路２４１から供給されるアノード流体の流量を均一化することができるものの、アノード流体導入口２１２（アノード流体導入口２１２を投影した投影部２１２Ａ）からのアノード流体流路２４１の距離が長くなるに従ってアノード流体流路２４１の径口が異なるので、アノード流体流路２４１から流出されるアノード流体の流速が変わってしまう。このようにアノード流体流路２４１から流出されるアノード流体の流速が変わってしまうと、流速分布に応じてアノード流体の広がる範囲が異なるため、アノード流体の面内分布に偏りが生じ、発電効率が低下してしまう虞がある。このため、複数のアノード流体流路２４１において、互いに隣り合うアノード流体流路２４１の間隔を、アノード流体導入口２１２からの距離が長くなるに応じて徐々に漸小させるようにすることで、アノード流体の面内分布の偏りを低減することができる。ここで、このような例を図８及び図９に示す。なお、図８は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池の要部平面図であり、図９は、図８の要部断面図である。
　図８及び図９に示すように、図７と同じ構成の開口面積となる複数のアノード流体流路２４１において、アノード流体導入口２１２（投影部２１２Ａ）から距離が短いアノード流体流路２４１が互いに隣り合う間隔（間隔ｄ１側）に比べて、アノード流体導入口２１２（投影部２１２Ａ）から距離が長いアノード流体流路２４１が互いに隣り合う間隔（間隔ｄ５側）ほど、漸小させている。これにより、互いに隣り合うアノード流体流路２４１の間隔が広い側（間隔ｄ１側）から狭い側（間隔ｄ５側）に向かって流速が遅くなり、流出されるアノード流体の広がる範囲が徐々に狭くなったとしても、アノード流体の面内分布の偏りを低減することができる。したがって、複数のアノード流体流路２４１から流出されるアノード流体の流量及び流速を均一化して、アノード側触媒２０２の表面に存在する不純ガス（窒素）をアノード側触媒２０２の表面から均一に押し退けることができると共に高効率で発電を行うことができる。ちなみに、隣り合うアノード流体流路の間隔を全て同じにすると、アノード流体導入口２１２からの距離が短いアノード流体流路２４１を第１のアノード流体流路とし、アノード流体導入口２１２からの距離が長いアノード流体流路２４１を第２のアノード流体流路としたとき、第２のアノード流体流路から流出するアノード流体の流速は、第１のアノード流体流路から流出するアノード流体の流速よりも遅くなる。すると、流速の遅い第２のアノード流体流路から流出したアノード流体が気体を押し退けてアノード側触媒２０２表面上に広がる範囲は、流速の速い第１のアノード流体流路から流出したアノード流体が広がる範囲よりも狭くなり、アノード側触媒２０２の表面の面内でアノード流体が供給される濃度分布に偏りが生じ、不純ガスの押し退け不良や発電効率の低下などの不具合が生じてしまう虞がある。
　図８及び図９に示す例では、複数のアノード流体流路２４１から流出されたアノード流体の面内分布の偏りを低減することができるため、アノード側触媒２０２の表面の面内でアノード流体が供給される濃度分布が均一化してアノード側触媒２０２の発電効率を向上することができると共に長期間に亘って発電量を維持することができる。なお、図８及び図９に示す例では、互いに隣り合うアノード流体流路２４１の中心の間隔を、アノード流体流路の間隔ｄ１～ｄ５としているが、特にこれに限定されず、アノード流体流路の開口縁部同士の間隔をアノード流体流路の間隔としてもよい。
　さらに、アノード流体流路２４１の圧力損失を変更することなく、チャンバ２１１内にアノード流体導入口２１２からアノード流体流路２４１までを連通する誘導路を形成し、この誘導路の圧力損失を変更するようにしてもよい。このような例を図１０に示す。
　図１０に示すように、チャンバ２１１内には、アノード流体導入口２１２から各アノード流体流路２４１に連通する誘導路２１３が設けられている。誘導路２１３は、アノード流体導入口２１２から距離が短いアノード流体流路２４１を連通する誘導路２１３ほど幅（断面積）を狭く（小さく）して圧力損失を大きくし、アノード流体導入口２１２から距離が長いアノード流体流路２４１を連通する誘導路２１３ほど幅（断面積）を広く（大きく）して圧力損失を小さくしている。すなわち、アノード流体導入口２１２からの距離が短いアノード流体流路２４１を第１のアノード流体流路とし、アノード流体導入口２１２からの距離が長いアノード流体流路２４１を第２のアノード流体流路としたとき、アノード流体導入口２１２から第１のアノード流体流路までの第１の誘導路における圧力損失を、アノード流体導入口２１２から第２のアノード流体流路までの第２の誘導路の圧力損失に比べて大きくすればよい。これによっても、各アノード流体流路２４１から供給されるアノード流体の圧力を均一化することができる。これにより、アノード側触媒２０２の表面にアノード流体を均一に供給することができ、アノード側触媒２０２の面内での発電量を均一化して発電効率を向上することができる。
　さらに、例えば、上述した実施形態２の突出部２４２を有する供給部材２４０Ａを設けた場合には、例えば、図１１に示すように、複数のアノード流体流路２４１の内、アノード流体導入口２１２からの距離が短いアノード流体流路２４１ほど突出部２４２の突出量を大きくし、アノード流体導入口２１２からの距離が長いアノード流体流路２４１ほど突出部２４２の突出量を小さくしてもよい。すなわち、アノード流体導入口２１２からの距離が短い突出部２４２を第１の突出部とし、アノード流体導入口２１２からの距離が長い突出部を第２の突出部としたとき、第１の突出部の突出量は、第２の突出部の突出量よりも大きくすればよい。このとき、各突出部２４２に設けられたアノード流体流路２４１の開口がガス拡散層２３０Ａに接触するように、突出部２４２の先端をガス拡散層２３０Ａに埋め込むようにすればよい。このように、突出部２４２の突出量を変更することで、アノード流体導入口２１２から近いアノード流体流路２４１の圧力損失を大きく、アノード流体導入口２１２から遠いアノード流体流路２４１の圧力損失を小さくして、アノード流体導入口２１２からの距離に関わらず各アノード流体流路２４１から供給されるアノード流体の圧力を均一化することができる。これにより、アノード側触媒２０２の面内における発電量を均一化して発電効率を向上することができる。
　また、アノード流体流路２４１から流出されたアノード流体によって押し退けられた気体が貯留する領域に、この領域の気体を外部に排出するための除去手段を設けるようにしてもよい。このような例を図１２に示す。なお、図１２は、上述した実施形態２の変形例を示す燃料電池の要部断面図である。
　図１２に示すように、供給部材２４０Ａには、アノード流体によって押し退けられた気体を貯留する領域である空間２４３に連通する導出路２５０の一端が接続されており、導出路２５０の他端は、貯留手段２５１に接続されている。貯留手段２５１は、空間２４３からの窒素等の不純ガスを貯留する空間を有し、導出路２５０を介して接続された空間２４３の気体を外部にバッファ排出させるためのものである。このような貯留手段２５１としては、例えば、封止された空間を有する中空部材が挙げられる。中空部材からなる貯留手段２５１を設けることで、燃料電池の動作が停止している間は、貯留手段２５１の内部の圧力は燃料電池（チャンバ２１１）の内部の圧力と同等となる。そして、アノード流体流路２４１からアノード流体を流出させると、流出されたアノード流体によって空間２４３に押し退けられた不純ガスは、アノード流体の導入圧力によって導出路２５０を介して貯留手段２５１にバッファ排出される。そして、空間２４３の不純ガスが貯留手段２５１にバッファ排出されると、空間２４３の内部の圧力と貯留手段２５１の内部の圧力とが同じとなる。そして、燃料電池の動作を停止すると、空間２４３の内部と貯留手段２５１の内部とで圧力の均衡が崩れ、貯留手段２５１内の不純ガスが空間２４３側に戻る。このように、燃料電池の動作時に空間２４３の不純ガスを燃料電池の外部にバッファ排出させることで、発電量（特に初期電圧）の向上及び発電を長期間維持することができる。
　なお、貯留手段２５１として、中空部材を例示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、貯留手段２５１の内部に気体を吸着する吸着剤を設けるようにしてもよい。例えば、吸着剤としては、気体として窒素を吸着させたい場合には、活性炭やゼオライト等を用いることができる。
　また、上述した図１２に示す導出路２５０に逆止弁を設けるようにしてもよい。このような例を図１３に示す。図１３に示すように、導出路２５０の途中、すなわち、供給部材２４０と貯留手段２５１との間には、逆止弁２５２が設けられている。逆止弁２５２は、気体が貯留される空間２４３から貯留手段２５１（バッファ）への気体の流動を許可し、逆方向の気体の流動を制限する向きとなるように取り付けられている。このように導出路２５０に逆止弁２５２を設けることにより、貯留手段２５１に貯留された気体が、空間２４３に逆流することがなく、また、燃料電池の動作を停止した際にも、貯留手段２５１に貯留された気体が空間２４３に戻ることがない。なお、図１３では、上述した実施形態２の変形例を示したが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態１の空間２４３が存在しない構成や、図７～図１１等に示す構成であっても、気体が貯留される領域の気体を除去する除去手段を設けることで同様の効果を奏することができる。
　さらに、アノード流体の供給によって押し退けられた気体が貯留される領域に吸着剤を設けるようにしてもよい。このような例を図１４に示す。なお、図１４は、上述した実施形態２の変形例を示す要部断面図である。
　図１４に示すように、供給部材２４０Ａには、アノード流体によって押し退けられた気体を貯留する領域である空間２４３内に吸着剤２６０が設けられている。吸着剤２６０としては、例えば、気体として窒素を吸着させたい場合には、活性炭やゼオライト等を用いることができる。勿論、吸着剤は、これに限定されず、吸着させたい気体によってその材料を適宜決定すればよい。
　このような構成であっても、空間２４３に押し退けられた気体を吸着剤２６０に吸着させて、燃料電池内の余分な気体を除去することができ、発電量（特に初期電圧）の向上及び発電を長期間維持することができる。もちろん、吸着剤２６０は、上述した実施形態１に設けるようにしてもよい。
　また、上述した図７～図１４の構成は、何れか２つ以上を組み合わせてもよい。
　さらに、上述した例では、アノード部材２１０とは別部材として供給部材２４０、２４０Ａを設けるようにしたが、これらが一体的に設けられた部材としてもよい。また、供給部材２４０、２４０Ａは、アノード流体流路２４１が設けられた領域のみを供給部材としてもよい。すなわち、上述した実施形態１及び２の供給部材２４０、２４０Ａに相当する部材として、板状部材からなるベース部材と、ベース部材に固定されてアノード流体流路が個別に設けられた複数の供給部材とで構成してもよい。
　また、例えば、上述した例では、アノード側触媒２０２側のみにガス拡散層２３０を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、カソード側触媒２０３側にもアノード側触媒２０２側と同等のガス拡散層２３０を設けるようにしてもよい。
　また、例えば、上述した燃料電池２００、２００Ａは、電池スタックを構成する電池セルとして利用することもできる。すなわち、上述した燃料電池２００、２００Ａを複数積層することで電池スタックを形成してもよい。
　（実施例）
　上述した実施形態２の図５に示すものを実施例の燃料電池とした。
　（比較例）
　供給部材２４０，２４０Ａ等を設けずに、チャンバ２１１内にガス拡散層２３０が直接設けられたものを比較例の燃料電池とした。
　（試験例）
　初期状態として、実施例及び比較例の燃料電池のアノードに窒素を封入して１００ｋＰａ（大気圧相当）とした。また、カソード流体導入口２２２を大気開放することで、カソード流体流路２２１内に空気が自然供給されるようにした。
　そして、実施例及び比較例のアノード流体導入口２１２から分圧３０ｋＰａの純水素を供給し、電流を一定にして実施例と比較例との発電特性を測定した。この結果を図１５に示す。なお、試験例では、電圧（Ｖ）と、発電時間（ｈ）とを測定した。
　図１５に示すように、実施例の燃料電池は、比較例の燃料電池に比べて初期電圧が約１．５倍程度大きくなった。
　また、実施例の燃料電池は、少なくとも４５分以上、安定して連続発電することができたのに対し、比較例の燃料電池では、約４秒程度で発電が停止してしまった。
　このことから、実施例の燃料電池は、比較例の燃料電池に比べて、発電量（Ｗｈ）が約９２０倍以上の性能向上が認められた。
　本発明は、アノード側触媒の表面の面内でのアノード流体の濃度分布を均一にして発電量を向上すると共に発電を長期間継続する燃料電池の産業分野で利用することができる。
　Ａ、Ａ´　領域
　１　燃料電池システム
　１００　燃料供給手段
　２００　燃料電池
　２０１　固体高分子電解質膜（電解質膜）
　２０２　アノード側触媒
　２０３　カソード側触媒
　２１０　アノード部材
　２２０　カソード部材
　２３０、２３０Ａ　ガス拡散層
　２４０、２４０Ａ　供給部材
　２４１　アノード流体流路
　２４２　突出部
　２５０　導出路
　２５１　貯留手段
　２５２　逆止弁
　２６０　吸着剤
　３００　制御回路

Claims (15)

  1. 　電解質膜とアノード側触媒とを具備する膜電極接合体と、
    　該膜電極接合体にアノード流体を供給する供給部材と、
    　該供給部材と前記膜電極接合体との間に設けられたガス拡散層と、を具備する燃料電池において、
    　前記供給部材には、前記膜電極接合体に向けて前記アノード流体を供給するアノード流体流路が設けられており、前記アノード流体流路の前記アノード流体の吐出側の開口が、前記ガス拡散層に接触して設けられ、前記ガス拡散層の前記供給部材側に前記アノード流体の供給により押し退けられた気体を貯留する領域を有することを特徴とする燃料電池。
  2. 　前記供給部材には、前記ガス拡散層側に突出すると共に内部に前記アノード流体流路が設けられた突出部が設けられ、前記突出部の先端面が前記ガス拡散層に接触していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
  3. 　前記突出部は、前記膜電極接合体側に向かって先鋭化したテーパ形状を有することを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
  4. 　前記アノード流体流路は、前記膜電極接合体側に向かって先鋭化したテーパ形状を有することを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の燃料電池。
  5. 　前記アノード流体流路が、１つの供給部材に複数設けられていることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の燃料電池。
  6. 　前記アノード流体流路が、１つの供給部材に複数設けられており、
    　複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、
    　前記供給部材には、前記ガス拡散層側に突出すると共に内部に前記アノード流体流路が設けられた第１の突出部及び第２の突出部を有する突出部が設けられ、
    　前記第２の突出部は、前記アノード流体導入口からの距離が、前記第１の突出部の前記アノード流体導入口からの距離よりも長く、且つ前記第１の突出部の突出量は、前記第２の突出部の突出量よりも大きく、
    　前記突出部の先端面が、前記ガス拡散層に接触していることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の燃料電池。
  7. 　複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、
    　前記アノード流体流路の圧力損失が前記アノード流体導入口から各前記アノード流体流路までの圧力損失よりも大きいことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の燃料電池。
  8. 　複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、
    　複数の前記アノード流体流路は、第１のアノード流体流路、および、前記アノード流体導入口からの距離が前記第１のアノード流体流路よりも長い第２のアノード流体流路を備え、
    　前記第１のアノード流体流路の圧力損失は、前記第２のアノード流体流路の圧力損失よりも大きいことを特徴とする請求項５～７の何れか一項に記載の燃料電池。
  9. 　複数の前記アノード流体流路に前記ガス拡散層とは反対側で連通するチャンバと、該チャンバに前記アノード流体を供給するアノード流体導入口と、を具備し、
    　複数の前記アノード流体流路は、第１のアノード流体流路、および、前記アノード流体導入口からの距離が前記第１のアノード流体流路よりも長い第２のアノード流体流路を備え、
    　前記アノード流体導入口から前記第１のアノード流体流路までの前記チャンバ内の第１の誘導路における圧力損失は、前記アノード流体導入口から前記第２のアノード流体流路までの前記チャンバ内の第２の誘導路における圧力損失よりも大きいことを特徴とする請求項５～８の何れか一項に記載の燃料電池。
  10. 　前記供給部材の複数の前記アノード流体流路が互いに隣り合う間隔は、前記アノード流体導入口からの距離が短い前記アノード流体流路側から前記アノード流体導入口からの距離が長い前記アノード流体流路側に向かって徐々に漸小することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
  11. 　前記アノード流体から押し退けられた気体を貯留する領域から、該気体を除去する除去手段を有することを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の燃料電池。
  12. 　前記除去手段が、アノード流体の供給により押し退けられた気体を貯留する領域と連通し、該気体をバッファ排出するための導出路であることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
  13. 　前記導出路には、前記気体が貯留される領域から前記バッファへの気体の流動は許可し、逆方向の気体の流動を制限する逆止弁を有することを特徴とする請求項１２記載の燃料電池。
  14. 　前記除去手段が、前記アノード流体から押し退けられた気体を貯留する領域に備えられた吸着剤であることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
  15. 　請求項１～１４の何れか一項に記載の燃料電池と、前記アノード流体を前記燃料電池に供給する燃料供給手段と、を具備することを特徴とする燃料電池システム。
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