特開 2024-180026 電気化学セルおよび電気化学セルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180026

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】電気化学セルおよび電気化学セルスタック

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/63 20210101AFI20241219BHJP

   C25B 9/73 20210101ALI20241219BHJP

   C25B 9/07 20210101ALI20241219BHJP

   C25B 9/00 20210101ALN20241219BHJP

   C25B 1/04 20210101ALN20241219BHJP

   C25B 1/23 20210101ALN20241219BHJP

【ＦＩ】

C25B9/63

C25B9/73

C25B9/07

C25B9/00 A

C25B1/04

C25B1/23

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099433

(22)【出願日】2023-06-16

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、環境省、二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業「人工光合成技術を用いた電解による地域のＣＯ２資源化検討事業」委託業務、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】菊池 勇

(72)【発明者】

【氏名】霜鳥 宗一郎

【テーマコード（参考）】

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021AA09

4K021BA02

4K021CA02

4K021DB04

4K021DC03

(57)【要約】

【課題】リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる電気化学セルを提供する。
【解決手段】実施の形態による電気化学セルの電極板外枠および流路板外枠は、それぞれ積層方向に連通したアノード入口連通孔およびアノード出口連通孔を有している。流路板外枠は、アノード入口連通孔とアノード流路とを連通するアノード入口流路と、アノード出口連通孔とアノード流路とを連通するアノード出口流路と、を有している。アノード入口流路およびアノード出口流路は、アノード入口流路およびアノード出口流路に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路の圧力損失がアノード出口流路の圧力損失よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極板本体と、電極板本体の外側に配置された電極板外枠と、を含む電極板と、
前記電極板に積層された流路板であって、流路板本体と、流路板本体の外側に配置された流路板外枠と、を含む流路板と、を備え、
前記電極板本体は、隔膜と、前記隔膜の一方の主面に配置されたアノード電極と、前記隔膜の他方の主面に配置されたカソード電極と、を含み、
前記流路板本体は、前記アノード電極に供給されるアノード流体が流通するアノード流路と、前記カソード電極に供給されるカソード流体が流通するカソード流路と、を含み、
前記電極板外枠および前記流路板外枠は、それぞれ積層方向に連通したアノード入口連通孔およびアノード出口連通孔を有し、
前記流路板外枠は、前記アノード入口連通孔と前記アノード流路とを連通するアノード入口流路と、前記アノード出口連通孔と前記アノード流路とを連通するアノード出口流路と、を有し、
前記アノード入口流路および前記アノード出口流路は、前記アノード入口流路および前記アノード出口流路に同一流体を同一流量で流した場合に前記アノード入口流路の圧力損失が前記アノード出口流路の圧力損失よりも大きくなるように形成されている、
電気化学セル。

【請求項2】

前記アノード入口流路の流路長は、前記アノード出口流路の流路長よりも長い、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記アノード入口流路は、サーペンタイン型流路であり、
前記アノード出口流路は、平行流型流路である、
請求項１または２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記アノード入口流路の流路断面積は、前記アノード出口流路の流路断面積よりも小さい、
請求項１または２に記載の電気化学セル。

【請求項5】

前記アノード入口流路は、凹状に形成されたアノード入口流路溝を含み、
前記アノード出口流路は、凹状に形成されたアノード出口流路溝を含み、
前記アノード入口流路溝の深さは、前記アノード出口流路溝の深さよりも浅い、
請求項４に記載の電気化学セル。

【請求項6】

前記アノード入口流路は、１つのアノード入口流路凹部で構成され、
前記アノード出口流路は、１つのアノード出口流路凹部で構成され、
前記アノード入口流路凹部の最小流路長が、前記アノード出口流路凹部の最小流路長よりも長い、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項7】

互いに積層された請求項１または２に記載の複数の電気化学セルを備えた、電気化学セルスタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、電気化学セルおよび電気化学セルスタックに関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セルは、電解質膜等の隔膜を挟んで配置されたアノード電極およびカソード電極を含む電極板と、電極板に隣接した流路板と、を備えている。電気化学セルを積層することにより、電極板と流路板が交互に積層された電気化学セルスタックが構成される。流路板は、導電性の物質で構成されているため、複数の電極板が電気的に直列に接続されている。流路板は、アノード流体を流すためのアノード流路と、カソード流体を流すためのカソード流路と、を有しており、アノード流路がアノード電極に対向し、カソード流路がカソード電極に対向している。

【0003】

電気化学反応を発生させる際には、アノード電極およびカソード電極の少なくとも一方に、液体、気体または液体と気体の混合体である流体が供給される。この状態で、アノード電極とカソード電極の間に外部から電位差を付与して電流を流すと、イオン化した物質が隔膜を通過し、電気化学反応を発生させることができる。アノード電極およびカソード電極からは、液体、気体または液体と気体の混合体である流体がそれぞれ排出される。

【0004】

このような電気化学セルは、例えば、水電解または二酸化炭素電解に用いられる。水電解では、アノード電極に水（Ｈ_２Ｏ）が供給され、カソード電極から水素（Ｈ_２）が取り出される。二酸化炭素電解では、アノード電極に水（Ｈ_２Ｏ）が供給され、カソード電極に二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）が供給される。カソード電極から一酸化炭素ガス（ＣＯ）が取り出される。アノード流体またはカソード流体には、電気化学反応を促進する目的で、反応に必要な液体に少量のイオン性物質を溶解させた電解質溶液が用いられる場合もある。

【0005】

ところで、アノード流体またはカソード流体（以下、アノード流体等と記す）が主に液体である場合、アノード流体等は導電率を有している。例えば、アノード流体等に純水を用いても不純物が混入するため、アノード流体等の導電率をゼロにすることは困難である。このため、異なる流路板の間でアノード流体等を通って電流が流れ得る。この場合、電気化学反応のために使用すべき電流の一部がリーク電流として消費される。アノード流体等に電解質溶液を用いる場合には、導電率が更に増大し、リーク電流も増大し得る。アノード流体等が主に気体であっても、含有されている物質の一部が凝縮して構造物の壁面等に付着した場合には、同様にリーク電流が発生し得る。

【0006】

アノード電極およびカソード電極の外側には電極板外枠が配置されるとともに、アノード流路およびカソード流路の外側には流路板外枠が配置されている。電極板外枠および流路板外枠には、電気化学セルの外部からアノード流体を供給するための連通孔と、カソード流体を供給するための連通孔が設けられている。連通孔からそれぞれ供給されたアノード流体およびカソード流体は、流路板外枠に形成された流路を通って、アノード流路およびカソード流路にそれぞれ供給される。また、電極板外枠および流路板外枠には、電気化学セルから外部にアノード流体を排出するための連通孔と、カソード流体を排出するための連通孔も設けられている。

【0007】

電極板外枠の少なくとも一部および流路板外枠の少なくとも一部は、電気絶縁性の材料で構成されている。このことにより、電極板外枠および流路板外枠は、アノード流体等から電気的に絶縁されている。このため、アノード流体等を流れるリーク電流を低減することができる。

【0008】

しかしながら、電極板外枠および流路板外枠をアノード流体等から電気的に絶縁したとしても、アノード流体等として液体の水（Ｈ_２Ｏ）または電解質溶液を用いる場合には、その液体の導電率に応じて液体内を流れるリーク電流が依然として発生し得る。

【0009】

一方、アノード流体等の圧力損失の問題もある。より具体的には、アノード流体等の流路の周囲には、シール部が設けられており、アノード流体等が外部に流出することを防止している。しかしながら、圧力損失が増大すると、シール部から外部に流出する可能性が考えられる。また、電極板に供給されるアノード流体等の圧力が増大すると、電気化学セルの寿命が短くなるという問題も考えられる。また、セル流体を電極板に供給するためのポンプまたはファンなどの補機の動力が増大するという問題も考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第６３８５７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本実施の形態は、このような点に鑑み、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる電気化学セルおよび電気化学セルスタックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施の形態による電気化学セルは、電極板と、電極板に積層された流路板と、を備えている。電極板は、電極板本体と、電極板本体の外側に配置された電極板外枠と、を含んでいる。流路板は、流路板本体と、流路板本体の外側に配置された流路板外枠と、を含んでいる。電極板本体は、隔膜と、隔膜の一方の主面に配置されたアノード電極と、隔膜の他方の主面に配置されたカソード電極と、を含んでいる。流路板本体は、アノード電極に供給されるアノード流体が流通するアノード流路と、カソード電極に供給されるカソード流体が流通するカソード流路と、を含んでいる。電極板外枠および流路板外枠は、それぞれ積層方向に連通したアノード入口連通孔およびアノード出口連通孔を有している。流路板外枠は、アノード入口連通孔とアノード流路とを連通するアノード入口流路と、アノード出口連通孔とアノード流路とを連通するアノード出口流路と、を有している。アノード入口流路およびアノード出口流路は、アノード入口流路およびアノード出口流路に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路の圧力損失がアノード出口流路の圧力損失よりも大きくなるように形成されている。

【0013】

また、実施の形態による電気化学セルスタックは、互いに積層された複数の上述した電気化学セルを備えている。

【発明の効果】

【0014】

本実施の形態によれば、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１の実施の形態による電気化学セルスタックを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す電気化学セルスタックを示す断面図である。

【図3】図３は、図２の電極板を示す平面図である。

【図4】図４は、図２の流路板を示す斜視図である。

【図5】図５は、図４の流路板に設けられたアノード流路を示す平面図である。

【図6】図６は、図５の流路板に設けられたカソード流路を示す平面図である。

【図7】図７は、アノード入口流路およびアノード出口流路の合計圧力損失および合成抵抗を示すグラフである。

【図8】図８は、アノード入口流路およびアノード出口流路の合計圧力損失および合成抵抗を示すグラフである。

【図9】図９は、第２の実施の形態における流路板に設けられたアノード流路を示す平面図である。

【図10】図１０は、図９に示すアノード入口流路およびアノード出口流路を示す断面図である。

【図11】図１１は、図９の流路板に設けられたカソード流路を示す平面図である。

【図12】図１２は、第３の実施の形態における電極板を示す平面図である。

【図13】図１３は、第３の実施の形態における流路板を示す斜視図である。

【図14】図１４は、図１３の流路板に設けられたアノード流路を示す平面図である。

【図15】図１５は、図１３の流路板に設けられたカソード流路を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による電気化学セルおよび電気化学セルスタックについて説明する。

【0017】

（第１の実施の形態）
まず、図１～図８を参照して、第１の実施の形態による電気化学セルおよび電気化学セルスタックについて説明する。

【0018】

図１に示すように、本実施の形態による電気化学セルスタック１は、互いに積層された複数の電気化学セル２を備えている。電気化学セルスタック１は、複数の電気化学セル２が積層されるように構成されている。

【0019】

図１に示すように、電気化学セルスタック１は、絶縁板３と集電板４と締付板５とを備えている。絶縁板３は、板状の絶縁体である。絶縁板３は、積層された複数の電気化学セル２の積層方向における両側にそれぞれ配置されている。集電板４は、板状の導電体である。集電板４は、それぞれの絶縁板３に埋め込まれていてもよい。集電板４は、外側に向けて延び出た端子４ａを有している。この端子４ａは、ケーブル等を介して外部の電源と電気的に接続される。これにより、外部の電源から各電気化学セル２に電圧を付与し電流を流すことができる。締付板５は、各電気化学セル２および絶縁板３の積層方向における両側にそれぞれ配置されている。締付板５は、タイロッド６により締め付けられており、各電気化学セル２を積層方向に押圧している。

【0020】

図１に示すように、締付板５は、アノード流体流入孔７ａ、アノード流体流出孔７ｂ、カソード流体流入孔７ｃおよびカソード流体流出孔７ｄを有している。これらの流入孔７ａ、７ｃおよび流出孔７ｂ、７ｄは、締付板５を貫通している。アノード流体流入孔７ａは、後述するアノード入口連通孔１２、２２と連通している。アノード流体流出孔７ｂは、後述するアノード出口連通孔１３、２３と連通している。カソード流体流入孔７ｃは、後述するカソード入口連通孔１４、２４と連通している。カソード流体流出孔７ｄは、後述するカソード出口連通孔１５、２５と連通している。アノード流体流入孔７ａには、外部から供給されたアノード流体が流入する。各電気化学セル２による電気化学反応後のアノード流体は、アノード流体流出孔７ｂから外部に流出する。カソード流体流入孔７ｃには、外部から供給されたカソード流体が流入する。各電気化学セル２による電気化学反応後のカソード流体は、カソード流体流出孔７ｄから外部に流出する。

【0021】

図２に示すように、本実施の形態による電気化学セル２は、電極板１０と、電極板１０に積層された流路板２０と、を備えている。電気化学セル２は、電極板１０と流路板２０とを一組として積層した構造を有している。複数の電気化学セル２が積層されることにより、電気化学セルスタック１が構成されている。

【0022】

図２および図３に示すように、本実施の形態による電極板１０は、電極板本体１０Ａと、電極板外枠１０Ｂと、を含んでいる。

【0023】

電極板本体１０Ａは、隔膜１６と、アノード電極１７と、カソード電極１８と、を有している。アノード電極１７およびカソード電極１８は、隔膜１６を挟んで配置されている。すなわち、隔膜１６の一方の側にアノード電極１７が配置され、隔膜１６の他方の側にカソード電極１８が配置されている。アノード電極１７は、隔膜１６の一方の主面であって、図２における上面に配置されている。カソード電極１８は、隔膜１６の他方の主面に配置されている。

【0024】

隔膜１６は、固体高分子膜（例えばイオン交換膜）または固体電解質膜（電解質膜）等のイオン濾過膜であってもよい。アノード電極１７およびカソード電極１８は、カーボンまたは金属を原料としたガス透過性を有する基材に、触媒が付着されて構成されていてもよい。触媒は、ニッケル、イリジウム、金、銀若しくは白金等の金属、酸化ニッケル、二酸化イリジウムまたは酸化コバルト等の金属酸化物を含んでいてもよい。

【0025】

図２に示すように、隔膜１６、アノード電極１７およびカソード電極１８は、それぞれ平板状に形成されていてもよい。隔膜１６とアノード電極１７は、同じ平面サイズを有していてもよい。しかしながら、隔膜１６とアノード電極１７は、異なる平面サイズを有していてもよい。例えば、図２に示すように、アノード電極１７が隔膜１６よりも小さい平面サイズを有していてもよく、この場合、アノード電極１７と隔膜１６との間に段差が形成されていてもよい。また、隔膜１６とカソード電極１８は、同じ平面サイズを有していてもよい。しかしながら、隔膜１６とカソード電極１８は、異なる平面サイズを有していてもよい。例えば、図２に示すように、カソード電極１８が隔膜１６よりも小さい平面サイズを有していてもよく、この場合、カソード電極１８と隔膜１６との間に段差が形成されていてもよい。

【0026】

図２および図３に示すように、電極板外枠１０Ｂは、電極板本体１０Ａに接合されている。電極板外枠１０Ｂは、電極板本体１０Ａの外周部に接合されていてもよい。また、電極板本体１０Ａのアノード電極１７またはカソード電極１８と、隔膜１６との間の段差の部分を覆うように電極板外枠１０Ｂが積層方向に重ね合わされて接合されていてもよい。この場合、電極板本体１０Ａと電極板外枠１０Ｂとの接合部の接合面積を大きくすることができ、接合部でのシール性を向上させることができる。電極板外枠１０Ｂは、複数のシート状の部材が重ね合わされることにより構成されていてもよい。

【0027】

図２および図３に示すように、電極板外枠１０Ｂは、アノード入口連通孔１２、アノード出口連通孔１３、カソード入口連通孔１４およびカソード出口連通孔１５を有している。これらの連通孔１２、１３、１４、１５は、それぞれ電極板１０から離れた位置に設けられている。これらの連通孔１２、１３、１４、１５は、厚さ方向（積層方向）においてそれぞれ電極板外枠１０Ｂを貫通している。各連通孔１２、１３、１４、１５は、積層方向で見たときに、矩形形状に形成されていてもよい。

【0028】

電極板外枠１０Ｂは、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）若しくはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂材料、またはフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）若しくはシリコンゴム等のゴム材料等の電気絶縁性の材料で構成されていてもよい。あるいは、電極板外枠１０Ｂは、導電性の基材の表面に電気絶縁性の材料が被膜されて構成されていてもよい。電極板外枠１０Ｂは、少なくともアノード流体およびカソード流体と接する部分に電気絶縁性の材料が設けられていればよい。

【0029】

図２および図４に示すように、本実施の形態による流路板２０は、流路板本体２０Ａと、流路板外枠２０Ｂと、を含んでいる。

【0030】

流路板本体２０Ａは、アノード流路２６と、カソード流路２８と、を有している。アノード流路２６は流路板本体２０Ａの一方の主面に配置され、アノード電極１７に対向している。カソード流路２８は、流路板本体２０Ａの他方の主面に配置され、カソード電極１８に対向している。

【0031】

アノード流路２６は、アノード電極１７に供給されるアノード流体が流通するように構成されている。図４および図５に示すように、アノード流路２６は、流路板本体２０Ａの一方の主面に凹状に形成された複数のアノード流路溝２７を含んでいてもよい。すなわち、アノード流路２６は、内部をアノード流体が流通する複数のアノード流路溝２７で構成されていてもよい。アノード流路溝２７は、後述するアノード入口流路３０と後述するアノード出口流路３２とを連通している。アノード流路２６は、複数の屈曲部を有するサーペンタイン型流路であってもよい。

【0032】

カソード流路２８は、カソード電極１８に供給されるカソード流体が流通するように構成されている。図６に示すように、カソード流路２８は、流路板本体２０Ａの他方の主面に凹状に形成された複数のカソード流路溝２９を含んでいてもよい。すなわち、カソード流路２８は、内部をカソード流体が流通する複数のカソード流路溝２９で構成されていてもよい。カソード流路溝２９は、後述するカソード入口流路３６と後述するカソード出口流路３８とを連通している。カソード流路２８は、複数の屈曲部を有するサーペンタイン型流路であってもよい。

【0033】

アノード流路２６およびカソード流路２８は、流路板本体２０Ａを構成する薄板を一方の主面からプレス加工することにより形成されてもよい。すなわち、プレス加工により流路板本体２０Ａの両方の主面が凹凸状に形成されている。このことにより、流路板本体２０Ａの一方の主面に複数のアノード流路溝２７が形成されるとともに他方の主面に複数のカソード流路溝２９が形成されていてもよい。アノード流路２６およびカソード流路２８をプレス加工により形成することにより、流路板本体２０Ａの大量生産を容易化し、電気化学セル２の製造コストを低減することができる。

【0034】

図２に示すように、電気化学セル２が積層された状態においては、積層方向に隣り合う２つの電気化学セル２のうちの一方の電気化学セル２の流路板本体２０Ａの凹凸形状と、他方の電気化学セル２の流路板本体２０Ａの凹凸形状は、横方向にずれていてもよい。より具体的には、一方の流路板本体２０Ａに形成された２つのアノード流路溝２７の間の板凸部２７ａと、他方の流路板本体２０Ａに形成された２つのカソード流路溝２９の間の板凸部２９ａは、電極板本体１０Ａを介して対向していてもよい。例えば、プレス加工により形成された２つの流路板本体２０Ａを、平面内で互いに１８０°回転させてずらした位置で積層することにより、板凸部２７ａと板凸部２９ａとを対向させてもよい。しかしながら、板凸部２７ａと板凸部２９ａは、互いに対向していなくてもよく、任意である。

【0035】

流路板本体２０Ａは、カーボン、カーボンと樹脂の混合物、または金属等の導電性の材料で構成されていてもよい。あるいは、流路板本体２０Ａは、導電性の材料の表面に、導電性のコーティング材が被膜されて構成されていてもよい。コーティング材は、腐食電位を高くするための材料または接触抵抗を低減するための材料等で構成されていてもよい。

【0036】

図４～図６に示すように、流路板外枠２０Ｂは、流路板本体２０Ａに接合されている。流路板外枠２０Ｂは、流路板本体２０Ａの外周部に接合されていてもよい。流路板外枠２０Ｂは、流路板本体２０Ａの流路が形成されていない部分に積層方向に重ね合わされて接合されていてもよい。この場合、流路板本体２０Ａと流路板外枠２０Ｂとの接合部の接合面積を大きくすることができ、接合部でのシール性を向上させることができる。流路板外枠２０Ｂは、複数のシート状の部材が重ね合わされることにより構成されていてもよい。

【0037】

流路板外枠２０Ｂは、アノード入口連通孔２２、アノード出口連通孔２３、カソード入口連通孔２４およびカソード出口連通孔２５を有している。これらの連通孔２２、２３、２４、２５は、それぞれ流路板本体２０Ａから離れた位置に設けられている。これらの連通孔２２、２３、２４、２５は、厚さ方向（積層方向）においてそれぞれ流路板外枠２０Ｂを貫通している。各連通孔２２、２３、２４、２５は、積層方向で見たときに、矩形形状に形成されていてもよい。

【0038】

アノード入口連通孔２２と流路板本体２０Ａとの離間距離は、アノード出口連通孔２３と流路板本体２０Ａとの離間距離（図５における横方向距離）と等しくなっていてもよい。同様に、カソード入口連通孔２４と流路板本体２０Ａとの離間距離は、カソード出口連通孔２５と流路板本体２０Ａとの離間距離（図５における横方向距離）は、等しくなっていてもよい。

【0039】

図２に示すように、電極板１０と流路板２０とが積層された状態において、連通孔２２、２３、２４、２５は、対応する連通孔１２、１３、１４、１５と重なっている。すなわち、アノード入口連通孔１２とアノード入口連通孔２２は、積層方向に連通している。アノード出口連通孔１３とアノード出口連通孔２３は、積層方向に連通している。カソード入口連通孔１４とカソード入口連通孔２４は、積層方向に連通している。カソード出口連通孔１５とカソード出口連通孔２５は、積層方向に連通している。また、アノード入口連通孔１２、２２はアノード流体流入孔７ａと連通し、アノード出口連通孔１３、２３はアノード流体流出孔７ｂと連通している。カソード入口連通孔１４、２４はカソード流体流入孔７ｃと連通し、カソード流体流出孔７ｄはカソード出口連通孔１５、２５と連通している。外部から供給されたアノード流体は、アノード流体流入孔７ａを通ってアノード入口連通孔１２、２２に流入する。アノード流路２６を流通した電気化学反応後のアノード流体は、アノード出口連通孔１３、２３からアノード流体流出孔７ｂを通って外部に流出する。外部から供給されたカソード流体は、カソード流体流入孔７ｃを通ってカソード入口連通孔１４、２４に流入する。カソード流路２８を流通した電気化学反応後のカソード流体は、カソード出口連通孔１５、２５からカソード流体流出孔７ｄを通って外部に流出する。

【0040】

図４および図５に示すように、流路板外枠２０Ｂは、アノード入口流路３０を有している。アノード入口流路３０は、流路板外枠２０Ｂのアノード電極１７の側の主面に配置されている。アノード入口流路３０は、アノード入口連通孔２２と流路板本体２０Ａのアノード流路２６とを連通している。アノード入口流路３０は、アノード入口連通孔２２からアノード流路２６にアノード流体を流通させる。

【0041】

アノード入口流路３０は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に凹状に形成された複数のアノード入口流路溝３１を含んでいてもよい。各アノード入口流路溝３１は、アノード入口連通孔２２とアノード流路２６とを連通していてもよい。本実施の形態によるアノード入口流路３０は、複数の屈曲部を有するサーペンタイン型流路であってもよい。各アノード入口流路溝３１の流路長は、等しくてもよい。流路長は、流路に沿った長さであって、流体の流れに沿う長さである。各アノード入口流路溝３１の深さおよび幅は、後述する各アノード出口流路溝３３の深さおよび幅と等しくてもよい。

【0042】

流路板外枠２０Ｂは、アノード入口流路３０の出口側端部に配置された入口接続部３４を更に有していてもよい。入口接続部３４は、アノード入口流路３０とアノード流路２６との間に配置されており、アノード流体の流れの方向に直交する方向に延びるように形成されている。入口接続部３４は、各アノード入口流路溝３１に接続されるとともに、各アノード流路溝２７に接続されている。アノード入口流路溝３１と、アノード流路溝２７は、図５に示すように、アノード流体の流れの方向に直交する方向にずれて、整列していなくてもよいが、整列していてもよく、任意である。

【0043】

流路板外枠２０Ｂは、アノード出口流路３２を有している。アノード出口流路３２は、流路板外枠２０Ｂのアノード電極１７の側の主面に配置されている。アノード出口流路３２は、流路板本体２０Ａのアノード流路２６とアノード出口連通孔２３とを連通している。アノード出口流路３２は、アノード流体２６からアノード出口連通孔２３にアノード流体を流通させる。

【0044】

アノード出口流路３２は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に凹状に形成された複数のアノード出口流路溝３３を含んでいてもよい。各アノード出口流路溝３３は、アノード流路２６とアノード出口連通孔２３とを連通していてもよい。本実施の形態によるアノード出口流路３２は、直線状に延びる平行流型流路であってもよい。各アノード出口流路溝３３の流路長は、等しくてもよい。

【0045】

流路板外枠２０Ｂは、アノード出口流路３２の入口側端部に配置された出口接続部３５を更に有していてもよい。出口接続部３５は、アノード出口流路３２とアノード流路２６との間に配置されており、アノード流体の流れの方向に直交する方向に延びるように形成されている。出口接続部３５は、各アノード出口流路溝３３に接続されるとともに、各アノード流路溝２７に接続されている。アノード出口流路溝３３と、アノード流路溝２７は、図５に示すように、アノード流体の流れの方向に直交する方向にずれることなく、整列していてもよいが、整列していなくてもよく、任意である。

【0046】

アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２は、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路３０の圧力損失がアノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくなるように形成されている。言い換えると、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２を流れる流体の特性による圧力損失への影響を除外した場合、アノード入口流路３０の圧力損失は、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくなっている。

【0047】

本実施の形態においては、アノード入口流路３０の流路長は、アノード出口流路３２の流路長よりも長くなっている。アノード入口流路３０を構成する各アノード入口流路溝３１の流路長は、アノード出口流路３２を構成する各アノード出口流路溝３３の流路長よりも長くなっている。なお、上述した入口接続部３４および出口接続部３５は、アノード流体の圧力損失および電気抵抗に与える影響は、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２による影響に比べて無視できる程度に小さいと言える。

【0048】

図６に示すように、流路板外枠２０Ｂは、カソード入口流路３６を有している。カソード入口流路３６は、流路板外枠２０Ｂのカソード電極１８の側の主面に配置されている。カソード入口流路３６は、カソード入口連通孔２４と流路板本体２０Ａのカソード流路２８とを連通している。カソード入口流路３６は、カソード入口連通孔２４からカソード流路２８にカソード流体を流通させる。

【0049】

カソード入口流路３６は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に凹状に形成された複数のカソード入口流路溝３７を含んでいてもよい。各カソード入口流路溝３７は、カソード入口連通孔２４とカソード流路２８とを連通していてもよい。本実施の形態によるカソード入口流路３６は、直線状に延びる平行流型流路であってもよい。

【0050】

流路板外枠２０Ｂは、カソード出口流路３８を有している。カソード出口流路３８は、流路板外枠２０Ｂのカソード電極１８の側の主面に配置されている。カソード出口流路３８は、流路板本体２０Ａのカソード流路２８とカソード出口連通孔２５とを連通している。カソード出口流路３８は、カソード流路２８からカソード出口連通孔２５にカソード流体を流通させる。

【0051】

カソード出口流路３８は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に凹状に形成された複数のカソード出口流路溝３９を含んでいてもよい。各カソード出口流路溝３９は、カソード流路２８とカソード出口連通孔２５とを連通していてもよい。本実施の形態によるカソード出口流路３８は、複数の屈曲部を有するサーペンタイン型流路であってもよい。

【0052】

図２、図４および図５に示すように、流路板外枠２０Ｂは、複数の積層シール部材５０を有していてもよい。積層シール部材５０は、流路板外枠２０Ｂのアノード電極１７の側の面に設けられていてもよい。積層シール部材５０は、アノード流体が流路の外部に流出することを防止するとともに、カソード流体が流路の外部に流出することを防止する。積層シール部材５０は、アノード入口連通孔２２、アノード入口流路３０、流路板本体２０Ａ、アノード出口流路３２およびアノード出口連通孔２３を囲むように設けられていてもよい。また、積層シール部材５０は、カソード入口連通孔２４を囲むように設けられていてもよい。また、積層シール部材５０は、カソード出口連通孔２５を囲むように設けられていてもよい。積層シール部材５０は、ゴム等の弾性体であってもよく、接着剤であってもよい。

【0053】

図６に示すように、流路板外枠２０Ｂは、積層シール部材５１を更に有していてもよい。積層シール部材５１は、流路板外枠２０Ｂのカソード電極１８の側の面に設けられていてもよい。積層シール部材５１は、アノード流体が流路の外部に流出することを防止するとともに、カソード流体が流路の外部に流出することを防止する。積層シール部材５１は、カソード入口連通孔２４、カソード入口流路３６、流路板本体２０Ａ、カソード出口流路３８およびカソード出口連通孔２５を囲むように設けられていてもよい。また、積層シール部材５１は、アノード入口連通孔２２を囲むように設けられていてもよい。また、積層シール部材５１は、アノード出口連通孔２３を囲むように設けられていてもよい。積層シール部材５１は、ゴム等の弾性体であってもよく、接着剤であってもよい。

【0054】

流路板外枠２０Ｂは、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）若しくはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂材料、またはフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）若しくはシリコンゴム等のゴム材料等の電気絶縁性の材料で構成されていてもよい。あるいは、流路板外枠２０Ｂは、導電性の基材の表面に電気絶縁性の材料が被膜されて構成されていてもよい。流路板外枠２０Ｂは、少なくともアノード流体およびカソード流体と接する部分に電気絶縁性の材料が設けられていればよい。

【0055】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について説明する。ここでは、本実施形態による電気化学セルおよび電気化学セルスタックの動作について説明する。

【0056】

まず、電気化学セルスタック１にカソード流体およびアノード流体が供給される。電気化学セルスタック１に外部から供給されたカソード流体は、カソード流体流入孔７ｃを通って各電気化学セル２のカソード入口連通孔１４、２４に流入する。カソード流体は、カソード入口連通孔２４から流路板外枠２０Ｂのカソード入口流路３６を流通して、流路板本体２０Ａのカソード流路２８に流入する。カソード流体は、電極板本体１０Ａのカソード電極１８に接触しながら、カソード流路２８を流通する。

【0057】

電気化学セルスタック１に外部から供給されたアノード流体は、アノード流体流入孔７ａを通って各電気化学セル２のアノード入口連通孔１２、２２に流入する。アノード流体は、アノード入口連通孔２２から電極板外枠１０Ｂのアノード入口流路３０を流通して流路板本体２０Ａのアノード流路２６に流入する。アノード流体は、電極板本体１０Ａのアノード電極１７に接触しながら、流路板２０のアノード流路２６を流通する。

【0058】

カソード電極１８に接触したカソード流体とアノード電極１７に接触したアノード流体の構成物質の少なくとも一部は電極に付着した触媒と反応してイオン化する。この状態で、電気化学セルスタック１の集電板４の端子４ａに所定の電圧を付与すると、電極板本体１０Ａの隔膜１６を挟んでカソード電極１８とアノード電極１７との間に電位差が生じる。これにより、流体中のイオン化した特定の物質が隔膜１６を通過し、カソード流体とアノード流体の物質構成が変化する電気化学反応が発生する。

【0059】

電気化学反応後のカソード流体は、カソード流路２８から流路板外枠２０Ｂのカソード出口流路３８を流通してカソード出口連通孔２５に到達する。カソード流体は、カソード出口連通孔１５、２５を流通してカソード流体流出孔７ｄを通って外部に流出する。

【0060】

電気化学反応後のアノード流体は、アノード流路２６から流路板外枠２０Ｂのアノード出口流路３２を流通してアノード出口連通孔２３に到達する。アノード流体は、アノード出口連通孔１３、２３を流通してアノード流体流出孔７ｂを通って外部に流出する。

【0061】

このようにして、アノード電極１７にアノード流体を供給するとともにカソード電極１８にカソード流体を供給しながら、アノード電極１７とカソード電極１８との間に電位差を付与することにより、電気化学反応が継続して行われる。

【0062】

例えば、アノード電極１７に液体の水または電解質溶液が供給される場合には、アノード電極１７から排出される液体には、電気化学セル２での電気化学反応により生成された気体が混在し得る。例えば、電気化学セルスタック１で二酸化炭素電解を行う場合、アノード電極１７に電解質溶液が供給され、カソード電極１８に二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスが供給される。二酸化炭素が電気分解されると、カソード電極１８から一酸化炭素ガス（ＣＯ）が排出される。アノード電極１７には、カソード電極１８から排出される一酸化炭素ガスとほぼ同じ体積の二酸化炭素ガスが生成されて、アノード電極１７から排出される液体に二酸化炭素ガスが混在し得る。混入される二酸化炭素ガスは、液体の体積の２０倍程度になる場合もある。このように、アノード電極１７から排出されるアノード流体は、液体と気体とを有する二相流となる。

【0063】

上述したように、アノード電極１７に、アノード流体としての液体の水または電解質溶液が供給される場合には、上述したように、アノード流体を通るリーク電流が発生し得る。すなわち、電極板外枠１０Ｂおよび流路板外枠２０Ｂが、上述したように絶縁性を有する材料で構成されている場合であっても、電極板本体１０Ａおよび流路板本体２０Ａは導電性を有する材料で構成されている。このため、アノード流体を通るリーク電流が発生し得る。リーク電流は、電気化学反応のために電気化学セルスタック１に供給された電流の一部として消費されるため、電気化学反応の効率が低下し得る。

【0064】

これに対して本実施の形態においては、アノード入口流路３０の流路長が長くなっている。このことにより、アノード入口流路３０を流れるアノード流体の電気抵抗を増大でき、リーク電流を低減することができる。

【0065】

リーク電流低減の観点では、アノード出口流路３２の流路長も長くすることが考えられる。しかしながら、アノード出口流路３２の流路長を長くした場合、アノード流体の流路抵抗が増大してアノード流体の圧力損失が増大し得る。また、アノード電極１７から排出されるアノード流体が二相流である場合、アノード流体の圧力損失が更に増大し得る。

【0066】

このため本実施の形態においては、アノード出口流路３２の流路長は、アノード入口流路３０の流路長よりも短くなっている。このことにより、アノード出口流路３２におけるアノード流体の流路抵抗を低減でき、圧力損失を低減できる。

【0067】

一方、アノード出口流路３２におけるアノード流体が二相流である場合、流体中に存在する気泡が電気の流れを阻害するように作用する。このことにより、アノード出口流路３２におけるアノード流体の単位長さ当たりの電気抵抗は、アノード入口流路３０におけるアノード流体の単位長さ当たりの電気抵抗よりも高まる。このため、アノード出口流路３２におけるアノード流体を通るリーク電流を低減できる。

【0068】

なお、カソード入口流路３６およびカソード出口流路３８のいずれにおいてもカソード流体が気体である場合、カソード流体の電気抵抗は大きく、カソード流体を通るリーク電流は小さい。また、カソード流体が気体である場合、カソード流体の圧力損失は小さい。このため、カソード流体については、アノード流体のようなリーク電流の問題と圧力損失の問題は無視できる程度に小さいと言える。

【0069】

以下に、一例として、アノード流体の合計圧力損失および合成抵抗を求める２つの計算例を説明する。１つ目の計算例は、アノード入口流路３０におけるアノード流体の特性とアノード出口流路３２におけるアノード流体の特性とが等しい場合の計算例である。２つ目の計算例は、アノード入口流路３０におけるアノード流体の特性がアノード出口流路３２におけるアノード流体の特性と異なっている場合の計算例である。

【0070】

まず、アノード入口流路３０とアノード出口流路３２の合成抵抗と合計圧力損失の計算方法について説明する。

【0071】

アノード入口流路３０とアノード出口流路３２の合成抵抗ＲＴは、アノード入口流路３０の電気抵抗をＲｉとし、アノード出口流路３２の電気抵抗をＲｏとすると、

【数1】

で表される。

【0072】

アノード入口流路３０の電気抵抗Ｒｉは、アノード入口流路３０の単位長さ当たりの電気抵抗をＲｉｕとし、アノード入口流路３０の流路長をＬｉとすると、

【数2】

で表される。

【0073】

アノード出口流路３２の電気抵抗Ｒｏは、アノード出口流路３２の単位長さ当たりの電気抵抗をＲｏｕとし、アノード出口流路３２の流路長をＬｏとすると、

【数3】

で表される。

【0074】

式（１）に、式（２）および式（３）を代入すると、式（１）は、

【数4】

で表される。

【0075】

アノード入口流路３０における単位長さ当たりの電気抵抗に対するアノード出口流路３２における単位長さ当たりの電気抵抗の比率ＮＲは、

【数5】

で表される。

【0076】

式（５）を用いると式（４）は、

【数6】

で表される。

【0077】

アノード入口流路３０の流路長とアノード出口流路３２の流路長との合計流路長をＬＴとすると、合計流路長に対するアノード入口流路３０の流路長の比率ＮＬは、

【数7】

で表される。合計流路長ＬＴは、

【数8】

である。

【0078】

式（７）を用いると式（６）は、

【数9】

で表される。

【0079】

式（９）を整理すると、

【数10】

が得られる。

【0080】

アノード入口流路３０とアノード出口流路３２の合計圧力損失ＰＴは、アノード入口流路３０の圧力損失をＰｉとし、アノード出口流路３２の圧力損失をＰｏとすると、

【数11】

で表される。

【0081】

アノード入口流路３０の圧力損失Ｐｉは、アノード入口流路３０の単位長さ当たりの圧力損失をＰｉｕとすると、

【数12】

で表される。

【0082】

アノード出口流路３２の圧力損失Ｐｏは、アノード出口流路３２の単位長さ当たりの圧力損失をＰｏｕとすると、

【数13】

で表される。

【0083】

式（１１）に、式（１２）および式（１３）を代入すると、式（１１）は、

【数14】

で表される。

【0084】

アノード入口流路３０における単位長さ当たりの圧力損失に対するアノード出口流路３２における単位長さ当たりの圧力損失の比率をＮＰは、

【数15】

で表される。

【0085】

式（１５）を用いると式（１４）は、

【数16】

で表される。

【0086】

上述した式（７）を用いると式（１６）は、

【数17】

で表される。

【0087】

式（１７）を整理すると、

【数18】

が得られる。

【0088】

図７および図８には、所定の条件で上述の式（１０）と式（１８）とにより得られた合成抵抗ＲＴと合計圧力損失ＰＴが示されている。

【0089】

図７には、ＬＴを１とし、Ｒｉｕを１とし、ＮＲを１とした場合にＮＬを変数とした合成抵抗ＲＴが破線で示されている。また、図７には、ＬＴを１とし、Ｐｉｕを１とし、ＮＰを１とした場合にＮＬを変数とした合計圧力損失ＰＴが実線で示されている。すなわち、図７では、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流しているという条件での計算例が示されている。

【0090】

より具体的には、図７では、アノード入口流路３０におけるアノード流体の単位長さ当たりの電気抵抗Ｒｉｕと、アノード出口流路３２におけるアノード流体の単位長さ当たりの電気抵抗Ｒｏｕが等しい場合の合成抵抗ＲＴが示されている。この場合、合計流路長ＬＴに対するアノード入口流路３０の流路長Ｌｉの比率ＮＬが０．５である場合に合成抵抗ＲＴが最も高くなる。すなわち、アノード入口流路３０の流路長Ｌｉとアノード出口流路３２の流路長Ｌｏが等しい場合に合成抵抗ＲＴが最も高くなる。合計圧力損失ＰＴは、ＮＬに依存せずに一定値となる。

【0091】

図８には、ＬＴを１とし、Ｒｉｕを１とし、ＮＲを２とした場合にＮＬを変数とした合成抵抗ＲＴが破線で示されている。また、図８には、ＬＴを１とし、Ｐｉｎを１とし、ＮＰを２とした場合にＮＬを変数とした合計圧力損失ＰＴが実線で示されている。すなわち、図８では、アノード入口流路３０におけるアノード流体の特性と、アノード出口流路３２におけるアノード流体の特性が、異なる場合の計算例が示されている。アノード入口流路３０におけるアノード流体の単位長さ当たりの電気抵抗Ｒｉｕが小さいとともに、単位長さ当たりの圧力損失Ｐｉｕが小さいという条件での計算例が示されている。

【0092】

図８では、アノード出口流路３２における単位長さ当たりの電気抵抗Ｒｏｕが、アノード入口流路３０における単位長さ当たりの電気抵抗Ｒｉｕの２倍になっている場合の合成抵抗ＲＴが示されている。この場合、ＮＬが０．６付近である場合に合成抵抗ＲＴが最も高くなる。すなわち、アノード入口流路３０の流路長Ｌｉがアノード出口流路３２の流路長Ｌｏよりも長い場合に合成抵抗ＲＴが最も高くなる。合計圧力損失ＰＴは、ＮＬが大きくなるにつれて、すなわち、アノード入口流路３０の流路長Ｌｉが長くなるにつれて、合計圧力損失ＰＴが小さくなっている。このため、ＲｏｕがＲｉｕよりも高いとともにＰｏｕがＰｉｕよりも高い場合、ＬｉをＬｏよりも長くすることにより、合成抵抗ＲＴおよび合計圧力損失ＰＴをそれぞれ小さくできる。例えば、アノード出口流路３２におけるアノード流体が液体と気体を含む二相流などである場合には、ＲｏｕおよびＰｏｕが高くなる。このため、ＬｉをＬｏよりも長くすることにより、効果的にリーク電流を低減できるとともに圧力損失を低減できる。

【0093】

なお、アノード入口流路３０の流路長Ｌｉが長くなりすぎると、合計圧力損失ＰＴは小さくなるが、合成抵抗ＲＴが小さくなり得る。例えば、電気化学セルスタック１が搭載されるシステムの状況に応じて、流路長の比率ＮＬは適宜設定されてもよい。例えば、そのシステム内のブロワの出力の強さ、または電気化学セルスタックに供給可能な電流の大きさ等に応じて、流路長の比率ＮＬは、任意に設定されてもよい。比率ＮＬの設定は、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路３０の圧力損失がアノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくなる範囲内で設定されてもよい。

【0094】

このように本実施の形態によれば、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路３０の圧力損失は、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくなっている。このことにより、アノード入口流路３０におけるアノード流体の電気抵抗を増大でき、当該アノード電流を通るリーク電流を低減できる。また、アノード出口流路３２におけるアノード流体の流路抵抗を低減でき、当該アノード流体の圧力損失を低減できる。このため、アノード出口流路３２におけるアノード流体が二相流である場合であっても、リーク電流を低減しつつ、アノード流体の圧力損失の増大を防止できる。この結果、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる。

【0095】

また、本実施の形態によれば、アノード入口流路３０の流路長が、アノード出口流路３２の流路長よりも長くなっている。このことにより、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。

【0096】

また、本実施の形態によれば、アノード入口流路３０がサーペンタイン型流路であり、アノード入口流路３０が平行流型流路である。このことにより、アノード入口流路３０の流路長を、アノード出口流路３２の流路長よりも長くすることができる。このため、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。また、アノード入口流路３０がサーペンタイン型流路であることにより、アノード入口流路３０におけるアノード流体の流れを屈曲させることができる。このため、アノード入口流路３０におけるアノード流体の圧力損失を増大できる。

【0097】

（第２の実施の形態）
次に、図９～図１１を参照して、第２の実施の形態による電気化学セルおよび電気化学セルスタックについて説明する。

【0098】

図９～図１１に示す第２の実施の形態においては、アノード入口流路の流路断面積が、アノード出口流路の流路断面積よりも小さい点が主に異なり、他の構成は、図１～図８に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９～図１１において、図１～図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0099】

本実施の形態においては、図９に示すように、アノード入口流路３０の流路長は、アノード出口流路３２の流路長と等しくてもよい。アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２はそれぞれ、直線状に延びる平行流型流路であってもよい。この場合、アノード入口流路溝３１の流路長は、アノード出口流路溝３３の流路長と等しくてもよい。

【0100】

本実施の形態においては、アノード入口流路３０の流路断面積は、アノード出口流路３２の流路断面積よりも小さくなっている。より具体的には、アノード入口流路３０を構成する各アノード入口流路溝３１の流路断面積が、アノード出口流路３２を構成する各アノード出口流路溝３３の流路断面積よりも小さくなっている。例えば、図１０に示すように、各アノード入口流路溝３１の深さｄ１が、各アノード出口流路溝３３の深さｄ２よりも浅くなっていてもよい。本実施の形態においては、各アノード入口流路溝３１の幅ｗ１は、各アノード出口流路溝３３の幅ｗ２と等しくてもよい。

【0101】

図１１に示すように、カソード入口流路３６およびカソード出口流路３８はそれぞれ、サーペンタイン型流路であってもよい。

【0102】

なお、本実施の形態においては、アノード入口連通孔１２、２２およびカソード入口連通孔１４、２４の配置が、第１の実施の形態における配置と入れ替わっている。この場合、図１に示すアノード流体流入孔７ａおよびカソード流体流入孔７ｃの配置も同様にして入れ替わっている。

【0103】

このように本実施の形態によれば、アノード入口流路３０の流路断面積が、アノード出口流路３２の流路断面積よりも小さくなっている。このことにより、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。このため、アノード入口流路３０におけるアノード流体の電気抵抗を増大でき、当該アノード電流を通るリーク電流を低減できる。また、アノード出口流路３２におけるアノード流体の流路抵抗を低減でき、当該アノード流体の圧力損失を低減できる。このため、アノード出口流路３２におけるアノード流体が二相流である場合であっても、リーク電流を低減しつつ、アノード流体の圧力損失の増大を防止できる。この結果、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる。

【0104】

また、本実施の形態によれば、アノード入口流路溝３１の深さが、アノード出口流路溝３３の深さよりも浅くなっている。このことにより、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。

【0105】

なお、上述した本実施の形態においては、各アノード入口流路溝３１の深さｄ１が、各アノード出口流路溝３３の深さｄ２よりも浅くなっている例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、図示しないが、各アノード入口流路溝３１の幅ｗ１が、各アノード出口流路溝３３の幅ｗ２よりも狭くなっていてもよい。このことにより、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。この場合、アノード入口流路溝３１の深さｄ１は、アノード出口流路溝３３の深さｄ２と等しくてもよい。

【0106】

（第３の実施の形態）
次に、図１２～図１５を参照して、第３の実施の形態による電気化学セルおよび電気化学セルスタックについて説明する。

【0107】

図１２～図１５に示す第３の実施の形態においては、アノード入口流路およびアノード出口流路がそれぞれ凹状に形成されるとともに各アノード流路溝に連通している点が主に異なり、他の構成は、図１～図８に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１２～図１５において、図１～図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0108】

図１２に示すように、本実施の形態による電極板外枠１０Ｂのアノード入口連通孔１２は、積層方向で見たときに、後述するアノード入口連通孔２２と同様な形状を有している。より具体的には、アノード入口連通孔１２は、積層方向で見たときに、矩形形状の１つの角部が斜めに切り欠かれた形状を有している。アノード出口連通孔１３、カソード入口連通孔１４およびカソード出口連通孔１５も、積層方向で見たときに同様の形状を有している。

【0109】

図１３および図１４に示すように、本実施の形態によるアノード流路２６は、直線状に延びる平行流型流路であってもよい。図１５に示すように、本実施の形態によるカソード流路２８は、直線状に延びる平行流型流路であってもよい。

【0110】

図１３および図１４に示すように、本実施の形態によるアノード入口流路３０は、アノード流路２６を構成する複数のアノード流路溝２７に連通している。より具体的には、アノード入口流路３０は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に形成された１つのアノード入口流路凹部４０で構成されていてもよい。アノード入口流路凹部４０の一方の端部は、アノード入口連通孔２２に連通し、他方の端部は、アノード流路２６の各アノード流路溝２７に連通している。アノード入口流路凹部４０の幅は、アノード入口連通孔２２からアノード流路２６に向かって徐々に広くなっていてもよい。アノード入口連通孔２２からのアノード流体は、アノード入口流路凹部４０によって各アノード流路溝２７に流通する。

【0111】

アノード入口流路凹部４０には、複数の流路凸部４１が設けられている。流路凸部４１は、積層方向で見たときに円形状に形成されていてもよい。流路凸部４１の配置は、特に限られることはなく、任意である。

【0112】

図１３および図１４に示すように、本実施の形態によるアノード出口流路３２は、アノード流路２６を構成する複数のアノード流路溝２７に連通している。より具体的には、アノード出口流路３２は、流路板外枠２０Ｂの一方の主面に形成された１つのアノード出口流路凹部４２で構成されていてもよい。アノード出口流路凹部４２の一方の端部は、アノード出口連通孔２３に連通し、他方の端部は、アノード流路２６の各アノード流路溝２７に連通している。アノード出口流路凹部４２の幅は、アノード流路２６からアノード出口連通孔２３に向かって徐々に狭くなっていてもよい。各アノード流路溝２７からのアノード流体は、アノード出口流路凹部４２によってアノード出口連通孔２３に流通する。

【0113】

アノード入口流路３０には、複数の流路凸部４３が設けられている。流路凸部４３は、積層方向で見たときに円形状に形成されていてもよい。流路凸部４３の配置は、特に限られることはなく、任意である。

【0114】

なお、本実施の形態においては、アノード入口流路３０とアノード流路２６との間には、上述した入口接続部３４は配置されておらず、アノード出口流路３２とアノード流路２６との間には、上述した出口接続部３５は配置されていない。

【0115】

本実施の形態においても、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２は、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合にアノード入口流路３０の圧力損失は、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくなるように形成されている。より具体的には、アノード入口流路凹部４０の最小流路長が、アノード出口流路凹部４２の最小流路長よりも長くなっていてもよい。図１４に示す例では、アノード入口流路凹部４０の最小流路長は、アノード入口連通孔２２からアノード流路２６までの離間距離（図１４における横方向距離）になっている。同様に、アノード出口流路凹部４２の最小流路長は、アノード出口連通孔２３からアノード流路２６までの離間距離（図１４における横方向距離）になっている。

【0116】

図１５に示すように、本実施の形態によるカソード入口流路３６は、カソード流路２８を構成する複数のカソード流路溝２９に連通している。より具体的には、カソード入口流路３６は、流路板外枠２０Ｂの他方の主面に形成された１つのカソード入口流路凹部４４を含んでいてもよい。カソード入口流路凹部４４の一方の端部は、カソード入口連通孔２４に連通し、他方の端部は、カソード流路２８の各カソード流路溝２９に連通している。カソード入口流路凹部４４の幅は、カソード入口連通孔２４からカソード流路２８に向かって徐々に広くなっていてもよい。カソード入口連通孔２４からのカソード流体は、カソード入口流路凹部４４によって各カソード流路溝２９に流通する。

【0117】

カソード入口流路凹部４４には、複数の流路凸部４５が設けられている。流路凸部４５は、積層方向で見たときに円形状に形成されていてもよい。流路凸部４５の配置は、特に限られることはなく、任意である。

【0118】

図１５に示すように、本実施の形態によるカソード出口流路３８は、カソード流路２８を構成する複数のカソード流路溝２９に連通している。より具体的には、カソード出口流路３８は、流路板外枠２０Ｂの他方の主面に形成された１つのカソード出口流路凹部４６を含んでいてもよい。カソード出口流路凹部４６の一方の端部は、カソード出口連通孔２５に連通し、他方の端部は、カソード流路２８の各カソード流路溝２９に連通している。カソード出口流路凹部４６の幅は、カソード流路２８からカソード出口連通孔２５に向かって徐々に狭くなっていてもよい。各カソード流路溝２９からのカソード流体は、カソード出口流路凹部４６によってカソード出口連通孔２５に流通する。

【0119】

カソード出口流路凹部４６には、複数の流路凸部４７が設けられている。流路凸部４７は、積層方向で見たときに円形状に形成されていてもよい。流路凸部４７の配置は、特に限られることはなく、任意である。

【0120】

図１３～図１５に示すように、流路板外枠２０Ｂのアノード入口連通孔２２は、積層方向で見たときに、矩形形状の１つの角部が斜めに切り欠かれた形状を有している。これは、カソード入口流路凹部４４の幅が、カソード入口連通孔２４からカソード流路２８に向かって徐々に広くなっているため、カソード入口流路凹部４４とカソード入口連通孔２４との距離を確保するためである。同様に、アノード出口連通孔２３も、積層方向で見たときに同様の形状を有している。カソード入口連通孔２４およびカソード出口連通孔２５も、積層方向で見たときに同様の形状を有している。

【0121】

なお、本実施の形態においては、アノード入口連通孔１２、２２およびカソード入口連通孔１４、２４の配置が、第１の実施の形態における配置と入れ替わっている。この場合、図１に示すアノード流体流入孔７ａおよびカソード流体流入孔７ｃの配置も同様にして入れ替わっている。

【0122】

このように本実施の形態によれば、アノード入口流路凹部４０の最小流路長が、アノード出口流路凹部４２の最小流路長よりも長くなっている。このことにより、アノード入口流路３０およびアノード出口流路３２に同一流体を同一流量で流した場合に、アノード入口流路３０の圧力損失を、アノード出口流路３２の圧力損失よりも大きくできる。このため、アノード入口流路３０におけるアノード流体の電気抵抗を増大でき、当該アノード電流を通るリーク電流を低減できる。また、アノード出口流路３２におけるアノード流体の流路抵抗を低減でき、当該アノード流体の圧力損失を低減できる。このため、アノード出口流路３２におけるアノード流体が二相流である場合であっても、リーク電流を低減しつつ、アノード流体の圧力損失の増大を防止できる。この結果、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる。

【0123】

以上述べた実施の形態によれば、リーク電流を低減することができるとともに圧力損失を低減することができる。

【0124】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0125】

１：電気化学セルスタック、２：電気化学セル、１０：電極板、１０Ａ：電極板本体、１０Ｂ：電極板外枠、１２：アノード入口連通孔、１３：アノード出口連通孔、１６：隔膜、１７：アノード電極、１８：カソード電極、２０：流路板、２０Ａ：流路板本体、２０Ｂ：流路板外枠、２２：アノード入口連通孔、２３：アノード出口連通孔、２６：アノード流路、３０：アノード入口流路、３１：アノード入口流路溝、３２：アノード出口流路、３３：アノード出口流路溝、４０：アノード入口流路凹部、４２：アノード出口流路凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】