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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-26
(45)【発行日】2023-05-09
(54)【発明の名称】燃料電池
(51)【国際特許分類】
H01M 8/0263 20160101AFI20230427BHJP
H01M 8/1011 20160101ALI20230427BHJP
H01M 8/0258 20160101ALI20230427BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20230427BHJP
【ＦＩ】
H01M8/0263
H01M8/1011
H01M8/0258
H01M8/10 101
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019189185
(22)【出願日】2019-10-16
(65)【公開番号】P2021064552
(43)【公開日】2021-04-22
【審査請求日】2022-07-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(73)【特許権者】
【識別番号】504160781
【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】辻口 拓也
(72)【発明者】
【氏名】林 則康
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 利幸
(72)【発明者】
【氏名】中井 基生
(72)【発明者】
【氏名】久保 厚
(72)【発明者】
【氏名】高里 明洋
【審査官】高木 康晴
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００９／１２３２８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－９７９４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０２１４６５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００２－２０８４１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／０２
Ｈ０１Ｍ ８／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ギ酸又はアルコールを含む液体を燃料とする直接液体型の燃料電池において、燃料極触媒層と燃料極拡散層と燃料極集電体とを有する燃料極と、
空気極触媒層と空気極拡散層と空気極集電体とを有する空気極と、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置された電解質膜と、
を備え、
前記燃料極集電体は、
前記燃料が供給される燃料流入口と、
前記燃料が排出される燃料流出口と、
前記燃料極拡散層に当接する側の燃料流通面に形成されて前記燃料流入口から前記燃料流出口へと前記燃料を導く燃料流通溝と、
を有し、
前記燃料流通溝は、
前記燃料流通面の一方の側縁側から、前記一方の側縁に対向する他方の側縁側へ延び、互いに所定間隔を空けて並列配置された複数の流通溝部と、
複数の前記流通溝部を前記燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う複数組となるように、隣り合う２組の複数の前記流通溝部の前記一方の側縁側の端部又は前記他方の側縁側の端部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有し、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれの前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、
燃料電池。
【請求項2】
請求項１に記載の燃料電池において、前記燃料流通溝は、
前記燃料流入口に接続されると共に、前記燃料が最初に流入する組の複数の前記流通溝部の前記折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流入溝部を有し、
前記流入溝部の前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流出側端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、
燃料電池。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池において、前記燃料流通溝は、
前記燃料流出口に接続されると共に、前記燃料が最後に流入する組の複数の前記流通溝部の前記折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流出溝部を有し、
前記流出溝部の前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流入側端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、
燃料電池。
【請求項4】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記燃料流通溝は、
複数の前記流通溝部の間に配置される複数のリブ部を有し、
複数の前記リブ部は、
前記内側壁面部に対向する端部に、隣り合う前記流通溝部よりも外方に向かって平面視円弧状に突出する突出部を有する、
燃料電池。
【請求項5】
請求項４に記載の燃料電池において、前記折り返し溝部に突出する複数の前記突出部は、前記折り返し溝部の前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部から前記燃料の流れる方向が逆転する２組の複数の前記流通溝部の間に向かうに従って突出高さが徐々に低くなるように形成されている、
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、燃料電池として、ギ酸、メタノール等の液体燃料を用いた燃料電池に関する技術が種々提案されている。例えば、下記特許文献１に記載された燃料電池は、絶縁性を有するセパレータを中心に置いて、その両側に互いに対向して長手方向に一定間隔で配置される複数の電気生成ユニットを備えている。各電気生成ユニットは、セパレータの両側に密着して配置されるアノード部と、このアノード部に密着して配置される膜－電極接合体（ＭＥＡ）と、このＭＥＡに密着して配置されるカソード部と、から構成されている。
【0003】
アノード部には、縦長矩形状の第１パス部材の長さ方向に沿って任意の間隔をおいて直線状態に配置され、その両端を交互に連結して蛇行形状に形成された厚さ方向に貫通する第１流路が設けられている。第１流路の一側端部（下側の端部）は、セパレータに形成されたマニホールドの流出口と相互に連通されている。また、第１流路の他側端部（上側の端部）は、マニホールドの流入口と相互に連通されている。これにより、燃料は、マニホールドの流入口から蛇行形状に形成された第１流路を通って上方の流出口を経てマニホールドに流れ、ＭＥＡの第１電極層に分散供給されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００７－９５６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池では、第１流路は、両端部が略直角に折れ曲がっているため、燃料が酸化されて発生する二酸化炭素（ＣＯ2）と燃料が両端部を上下方向に接続する流路の上方側の角部に滞留して、燃料がスムーズに流れにくくなり、発電量が低下するという問題がある。
【0006】
そこで、本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、燃料極に形成された燃料流通溝において、燃料と二酸化炭素の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる燃料電池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】
【0007】
上記課題を解決するため、第１の発明は、ギ酸又はアルコールを含む液体を燃料とする直接液体型の燃料電池において、燃料極触媒層と燃料極拡散層と燃料極集電体とを有する燃料極と、空気極触媒層と空気極拡散層と空気極集電体とを有する空気極と、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置された電解質膜と、を備え、前記燃料極集電体は、前記燃料が供給される燃料流入口と、前記燃料が排出される燃料流出口と、前記燃料極拡散層に当接する側の燃料流通面に形成されて前記燃料流入口から前記燃料流出口へと前記燃料を導く燃料流通溝と、を有し、前記燃料流通溝は、前記燃料流通面の一方の側縁側から、前記一方の側縁に対向する他方の側縁側へ延び、互いに所定間隔を空けて並列配置された複数の流通溝部と、複数の前記流通溝部を前記燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う複数組となるように、隣り合う２組の複数の前記流通溝部の前記一方の側縁側の端部又は前記他方の側縁側の端部を接続する複数の折り返し溝部と、を有し、複数の前記折り返し溝部のそれぞれの前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、燃料電池である。
【0008】
次に、第２の発明は、上記第１の発明に係る燃料電池において、前記燃料流通溝は、前記燃料流入口に接続されると共に、前記燃料が最初に流入する組の複数の前記流通溝部の前記折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流入溝部を有し、前記流入溝部の前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流出側端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、燃料電池である。
【0009】
次に、第３の発明は、上記第１の発明又は第２の発明に係る燃料電池において、前記燃料流通溝は、前記燃料流出口に接続されると共に、前記燃料が最後に流入する組の複数の前記流通溝部の前記折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流出溝部を有し、前記流出溝部の前記流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流入側端部に向かうに従って相対向する前記流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている、燃料電池である。
【0010】
次に、第４の発明は、上記第１の発明乃至第３の発明のいずれか１の発明に係る燃料電池において、前記燃料流通溝は、複数の前記流通溝部の間に配置される複数のリブ部を有し、複数の前記リブ部は、前記内側壁面部に対向する端部に、隣り合う前記流通溝部よりも外方に向かって平面視円弧状に突出する突出部を有する、燃料電池である。
【0011】
次に、第５の発明は、上記第４の発明に係る燃料電池において、前記折り返し溝部に突出する複数の前記突出部は、前記折り返し溝部の前記流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部から前記燃料の流れる方向が逆転する２組の複数の前記流通溝部の間に向かうに従って突出高さが徐々に低くなるように形成されている、燃料電池である。
【発明の効果】
【0012】
第１の発明によれば、燃料極集電体は、燃料極拡散層に当接する側の燃料流通面に、ギ酸又はアルコールを含む燃料を、燃料流入口から燃料流出口まで導く燃料流通溝が形成されている。燃料流通溝は、燃料流通面の一方の側縁側から、一方の側縁に対向する他方の側縁側へ延び、互いに所定間隔を空けて並列配置された複数の流通溝部と、複数の流通溝部を燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う複数組となるように、隣り合う２組の複数の流通溝部の一方の側縁側の端部又は他方の側縁側の端部を接続する複数の折り返し溝部とを有している。そして、複数の折り返し溝部のそれぞれの流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に向かうに従って相対向する流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。
【0013】
これにより、燃料極の燃料流通面に形成された複数の折り返し溝部は、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に向かうに従って内側壁面部から流通溝部の端部までの距離が狭くなるため、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に滞留する燃料や二酸化炭素を少なくすることができる。また、流通溝部から折り返し溝部に流出した燃料は、折り返し溝部の内側壁面部に沿って流れ、下流側の複数の流通溝部にスムーズに流入して流れるため、燃料極触媒層と燃料の反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。
【0014】
第２の発明によれば、燃料流通溝は、燃料流入口に接続されると共に、燃料が最初に流入する組の複数の流通溝部の折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流入溝部を有している。そして、流入溝部の流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流出側端部に向かうに従って相対向する流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。これにより、流入溝部は、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流出側端部に滞留する燃料や二酸化炭素を少なくすることができ、燃料流入口から流入した燃料をスムーズに複数の流通溝部に導くことができる。その結果、燃料極触媒層と燃料の反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。
【0015】
第３の発明によれば、燃料流通溝は、燃料流出口に接続されると共に、燃料が最後に流入する組の複数の流通溝部の折り返し溝部に対して反対側の端部が接続される流出溝部を有している。そして、流出溝部の流通溝部の端部に対向する内側壁面部は、流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流入側端部に向かうに従って相対向する流通溝部の端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。これにより、流出溝部の流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の流入側端部に滞留する燃料や二酸化炭素を少なくすることができ、複数の流通溝部から流入した燃料をスムーズに燃料流出口に導くことができる。その結果、燃料極触媒層と燃料の反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。
【0016】
第４の発明によれば、流通溝部の間に配置される複数のリブ部は、内側壁面部に対向する端部に、隣り合う流通溝部よりも外方に向かって平面視円弧状に突出する突出部を有している。これにより、流通溝部から流出した燃料を突出部の外周面に沿って流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の下流側へスムーズに案内すると共に、下流側に配置された流通溝部内へ、再度スムーズに案内することができ、折り返し溝部、流入溝部、又は、流出溝部の流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の端部に滞留する燃料や二酸化炭素を更に少なくすることができる。
【0017】
第５の発明によれば、折り返し溝部に突出する複数の突出部は、折り返し溝部の流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部から燃料の流れる方向が逆転する２組の複数の流通溝部の間に向かうに従って突出高さが徐々に低くなるように形成されている。これにより、流通溝部から折り返し溝部内に流入した燃料を流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の略中央部にスムーズに流れるように案内することができ、折り返し溝部の流通溝部の延びる方向に対して直交する方向の両端部に滞留する燃料や二酸化炭素を更に少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を説明する斜視図である。
【図2】本実施形態に係る燃料電池の構成を説明する分解斜視図である。
【図3】燃料極集電体を燃料流通面から見た正面図である。
【図7】比較例の燃料極集電体を燃料流通面から見た正面図である。
【図10】他の第１実施形態に係る燃料極集電体を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係る燃料電池を具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る燃料電池７を備えた燃料電池システム１の概略構成について図１に基づいて説明する。尚、本実施形態にて説明する燃料電池システム１の燃料電池７は、ギ酸またはメタノール等のアルコールの水溶液を燃料とする直接液体型の燃料電池であり、以下の説明ではギ酸を燃料とする直接ギ酸型の燃料電池を例として説明する。
【0020】
ここで、直接液体型の燃料電池とは、液体の燃料を、改質せずに燃料極に直接投入する燃料電池を意味する。そして、直接ギ酸型の燃料電池は、燃料としてギ酸を用い、ギ酸を改質せずに燃料電池７を構成する燃料極１０（図１参照）に直接投入する燃料電池である。尚、各図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交しており、Ｚ軸方向は上下方向（鉛直方向）、Ｙ軸方向は厚さ方向、Ｘ軸方向は水平幅方向、に対応している。
【0021】
［燃料電池システムの概略構成］
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料タンク５０、ポンプ５２、燃料電池７、排液タンク６０等から構成されている。燃料タンク５０には、所定濃度のギ酸を含む溶液（ギ酸水溶液）が蓄えられている。ギ酸水溶液の濃度は、例えば、約１０％～約４０％である。また、燃料タンク５０には、燃料供給管５１の一方端が接続されている。燃料供給管５１の他方端は、燃料電池７の下端部に開口する燃料流入口１７Ａに接続されている。ポンプ５２は、電動ポンプであり、燃料供給管５１の途中に配置されて、燃料タンク５０内の燃料を燃料電池７の燃料流入口１７Ａに供給（圧送）している。
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料タンク５０、ポンプ５２、燃料電池７、排液タンク６０等から構成されている。燃料タンク５０には、所定濃度のギ酸を含む溶液（ギ酸水溶液）が蓄えられている。ギ酸水溶液の濃度は、例えば、約１０％～約４０％である。また、燃料タンク５０には、燃料供給管５１の一方端が接続されている。燃料供給管５１の他方端は、燃料電池７の下端部に開口する燃料流入口１７Ａに接続されている。ポンプ５２は、電動ポンプであり、燃料供給管５１の途中に配置されて、燃料タンク５０内の燃料を燃料電池７の燃料流入口１７Ａに供給（圧送）している。
【0022】
排液タンク６０には、燃料電池７内で使用された後、排出された燃料と、燃料電池７を構成する空気極２０にて発生して回収された水が蓄えられている。排液タンク６０には燃料排出配管６１の他方端が接続されている。燃料排出配管６１の一方端は燃料電池７の上端部に開口する燃料流出口１７Ｂに接続されている。また、排液タンク６０には、回収配管６２の他方端が接続されている。回収配管６２の一方端の側は、空気極２０の下方に設けられた空気流出口２５Ｂに接続されている。
【0023】
更に、廃液タンク６０の上部には、内部と外部とを連通する排気口（不図示）が設けられている。廃液タンク６０内の気体の圧力が所定圧力よりも高くなると、廃液タンク６０内の気体が、上部に設けられた排気口（不図示）から廃液タンク６０外へ排出される。また、燃料電池７は、燃料流入口１７Ａから流入して、燃料流出口１７Ｂから排出される燃料を用いて発電する。燃料電池７の構造の詳細について、以下に説明する。
【0024】
［燃料電池の概略構成］
次に、燃料電池７の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池７は、空気極２０と燃料極１０にて厚さ方向に電解質膜３０を挟んで一体的に構成されている。空気極２０は、電解質膜３０の一面に密着される空気極触媒層２１と、空気極拡散層２２と、空気極集電体２３が、この順番で積層されて構成されている。燃料極１０は、電解質膜３０の他の一面に密着される燃料極触媒層１１と、燃料極拡散層１２と、燃料極集電体１３が、この順番で積層されて構成されている。
次に、燃料電池７の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池７は、空気極２０と燃料極１０にて厚さ方向に電解質膜３０を挟んで一体的に構成されている。空気極２０は、電解質膜３０の一面に密着される空気極触媒層２１と、空気極拡散層２２と、空気極集電体２３が、この順番で積層されて構成されている。燃料極１０は、電解質膜３０の他の一面に密着される燃料極触媒層１１と、燃料極拡散層１２と、燃料極集電体１３が、この順番で積層されて構成されている。
【0025】
空気極集電体２３は、厚さが約１～１０［ｍｍ］程度の導電性を有する平板状の金属等で形成されている。空気極集電体２３には、図１に示すように、電気負荷（例えば、電動モータ）の一方端が電気的に接続される。図２に示すように、空気極集電体２３は、空気極拡散層２２に当接する空気流通面２３Ａを有しており、空気流通面２３Ａには、空気極拡散層２２側が開口された空気流通溝２３Ｂが形成されている。
【0026】
空気流通溝２３Ｂは、空気極集電体２３の空気流出口２５Ｂに対して対角線上の上方側に形成されて空気流入口２５Ａから供給（圧送）された空気を、空気極拡散層２２に接触させながら空気極集電体２３の下方側に形成された空気流出口２５Ｂへ導いている。従って、空気流通溝２３Ｂ内を流れる空気は、空気極拡散層２２中に拡散される。尚、乾燥した酸素を外部から空気流入口２５Ａに供給（圧送）してもよい。
【0027】
空気流通溝２３Ｂは、空気流流通面２３Ａの一方の側縁側（例えば、図２中、左側縁側）から、一方の側縁に対向する他方の側縁側（例えば、図２中、右側縁側）へ幅方向に沿って延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、空気が流れる複数の流通溝部２３Ｃが設けられている。また、この流通溝部２３Ｃの上下方向の間には、空気極拡散層２２に当接するランド部（リブ部）２３Ｅが、例えば、流通溝部２３Ｃの上下方向の幅とほぼ同じ上下方向の幅で形成されている。ランド部（リブ部）２３Ｅは、空気極集電体２３及び空気極拡散層２２を導通している。
【0028】
また、空気流入口２５Ａは、図２中、左上角部において鉛直方向に延びる流入溝部２３Ｆに接続されている。また、空気流出口２５Ｂは、図２中、右下角部において鉛直方向に延びる流出溝部２３Ｇに接続されている。そして、複数の流通溝部２３Ｃのそれぞれは、空気極集電体２３の一方の側縁、又は、他方の側縁の近傍に形成されて略鉛直方向に延びる各折り返し溝部２３Ｄ１～２３Ｄ４にて接続されている。また、複数の流通溝部２３Ｃは、図２中、左上角部において、流入溝部２３Ｆに接続されており、図２中、右下角部において、流出溝部２３Ｇに接続されている。
【0029】
従って、空気流入口２５Ａから流入溝部２３Ｆに流入した空気は、各流通溝部２３Ｃにおいて、一方の側縁から他方の側縁へと導かれ、各折り返し溝部２３Ｄ１～２３Ｄ４にて方向転換されることを繰り返して、空気流通溝２３Ｂ内を流れ、空気極拡散層２２中に拡散される。その後、流出溝部２３Ｇに流入した空気は、空気流出口２５Ｂから回収配管６２（図１参照）へ流れる。
【0030】
空気極拡散層２２は、厚さが約０．０５～約０．５［ｍｍ］程度の層状に形成されている。空気極拡散層２２は、水および空気を透過できるとともに、電子伝導性を有する多孔質材であり、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスを用いることができる。空気極拡散層２２は、空気極集電体２３の空気流入口２５Ａから流入した空気（酸素）を、拡散させながら空気極触媒層２１に導く。外気の空気に含まれる酸素は、空気極拡散層２２に浸透して空気極触媒層２１の電極触媒粒子に到達する。
【0031】
空気極触媒層２１は、厚さが約０．０５～約０．５［ｍｍ］程度の層状に形成されている。空気極触媒層２１は、空気極の電極触媒粒子（不図示）と、電極触媒粒子を担持する電極触媒担持体（不図示）とを備えている。空気極２０の電極触媒粒子は、空気中の酸素を還元する反応の反応速度を促進させる触媒の粒子であり、例えば白金（Ｐｔ）粒子を用いることができる。電極触媒担持体は、電極触媒粒子を担持できるとともに、導電性を備えればよく、例えば、カーボン粉末を用いることができる。燃料としてギ酸を用いた場合、空気極触媒層２１の電極触媒粒子によって、下記式（１）に示す酸化還元反応が進行する。尚、生成された水（Ｈ2Ｏ）は、空気流通溝２３Ｂ内を流れ、空気極集電体２３の空気流出口２５Ｂから回収配管６２を経由して排液タンク６０に導かれる（図１、図２参照）。
【0032】
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ ・・・（１）
【0033】
燃料極集電体１３は、厚さが約１．０～約１０［ｍｍ］程度の導電性を有する平板状の金属で形成されている。燃料極集電体１３は、燃料極拡散層１２に当接する燃料流通面１３Ａを有しており、燃料流通面１３Ａには、燃料極拡散層１２の側が開口された燃料流通溝１３Ｂが形成されている。燃料流通溝１３Ｂは、燃料極集電体１３の下方側に形成された燃料流入口１７Ａから供給された燃料を、燃料極拡散層１２に接触させながら燃料極集電体１３の上方側に形成された燃料流出口１７Ｂへ導いている。従って、燃料流通溝１３Ｂ内を流れる燃料は、燃料極拡散層１２中に拡散される。
【0034】
燃料流通溝１３Ｂは、燃料流通面１３Ａの一方の側縁側（例えば、図２中、右側縁側）から、一方の側縁に対向する他方の側縁側（例えば、図２中、左側縁側）へ幅方向に沿って延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、燃料が流れる複数の流通溝部１３Ｃが設けられている。また、この流通溝部１３Ｃの上下方向の間には、電子ｅ-を回収するために、燃料極拡散層１２に当接するリブ状のランド部（リブ部）１３Ｅが、例えば、流通溝部１３Ｃの上下方向の幅とほぼ同じ上下方向の幅で形成されている。燃料極集電体１３には、図１に示すように、電気負荷（例えば、電動モータ）の他方端が接続される。
【0035】
燃料極拡散層１２は、厚さが約０．０５～約０．５［ｍｍ］程度の層状に形成されている。燃料極拡散層１２は、ギ酸水溶液が内部に浸透できるとともに、電子伝導性を有する多孔質材であり、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスを用いることができる。燃料極拡散層１２は、燃料極集電体１３の燃料流通面１３Ａに形成された燃料流通溝１３Ｂに流される燃料を、拡散させながら燃料極触媒層１１に導く。
【0036】
燃料極触媒層１１は、厚さが約０．０５～約０．５［ｍｍ］程度の層状に形成されている。燃料極触媒層１１は、電極触媒粒子（不図示）と、電極触媒粒子を担持する電極触媒担持体（不図示）とを備えている。燃料極１０の電極触媒粒子は、燃料であるギ酸の酸化反応の速度を促進させる触媒の粒子であり、例えば、パラジウム（Ｐｄ）粒子を用いることができる。電極触媒担持体は、電極触媒粒子を担持できるとともに、導電性を備えればよく、例えば、カーボン粉末を用いることができる。燃料としてギ酸を用いた場合、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子によって、下記式（２）に示す酸化反応が進行する。
【0037】
ＨＣＯＯＨ → ＣＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ- ・・・（２）
【0038】
電解質膜３０は、厚さが約０．０１～約０．３［ｍｍ］程度の薄膜状に形成されている。電解質膜３０は、燃料極１０の燃料極触媒層１１と空気極２０の空気極触媒層２１との間に挟まれており、電子伝導性を持たず、水および水素イオン（プロトン）Ｈ+を透過できるプロトン交換膜である。電解質膜３０には、例えば、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）等のパーフルオロエチレンスルフォン酸系膜を用いることができる。尚、燃料極触媒層１１と、燃料極拡散層１２と、電解質膜３０と、空気極触媒層２１と、空気極拡散層２２とが接合されて一体化されていてもよい。
【0039】
［燃料流通溝の構成］
次に、燃料極集電体１３に形成された燃料流通溝１３Ｂの構成について図２乃至図５に基づいて説明する。図２及び図３に示すように、燃料流通溝１３Ｂは、燃料流通面１３Ａの一方の側縁側（例えば、図２中、右側縁側）から、他方の側縁側（例えば、図２中、左側縁側）へ水平幅方向に沿って延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、燃料が流れる複数の流通溝部１３Ｃが設けられている。
次に、燃料極集電体１３に形成された燃料流通溝１３Ｂの構成について図２乃至図５に基づいて説明する。図２及び図３に示すように、燃料流通溝１３Ｂは、燃料流通面１３Ａの一方の側縁側（例えば、図２中、右側縁側）から、他方の側縁側（例えば、図２中、左側縁側）へ水平幅方向に沿って延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、燃料が流れる複数の流通溝部１３Ｃが設けられている。
【0040】
そして、下端側の４本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図３中、右側）の各端部は、下端部に形成された燃料流入口１７Ａから上方に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円の上半分形状の流入溝部１３Ｆに接続されている。また、下端側の４本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図３中、左側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図３中、左側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円形状の折り返し溝部１３Ｄ１に接続されている。
【0041】
これにより、燃料流入口１７Ａから流入溝部１３Ｆに流入した燃料は、下端側の４本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図３中、左側）へ流れ、折り返し溝部１３Ｄ１の下方側に流入する。そして、折り返し溝部１３Ｄ１に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ１の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、一方の側縁側（図３中、右側）へ流れる。従って、下端側の４本の流通溝部１３Ｃと、その上側の３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う２組の流通溝部グループ１３１、１３２を構成する。
【0042】
また、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図３中、右側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図３中、右側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円形状の折り返し溝部１３Ｄ２に接続されている。
【0043】
これにより、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ２の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ２の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図３中、左側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された３本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３２の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３３を構成する。
【0044】
また、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図３中、左側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図３中、左側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円形状の折り返し溝部１３Ｄ３に接続されている。
【0045】
これにより、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ３の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ３の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、一方の側縁側（図３中、右側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された３本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３３の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３４を構成する。
【0046】
また、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図３中、右側）の各端部と、その上側の４本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図３中、右側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円形状の折り返し溝部１３Ｄ４に接続されている。
【0047】
これにより、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ４の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ４の上方側に配置された４本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図３中、左側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された４本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３４の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３５を構成する。
【0048】
そして、流通溝部グループ１３５を構成する４本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図３中、左側）の各端部は、燃料極集電体１３の上端部に形成された燃料流出口１７Ｂから下方に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円の下半分形状の流出溝部１３Ｇに接続されている。これにより、流通溝部グループ１３５を構成する４本の流通溝部１３Ｃから流出溝部１３Ｇに流入した燃料は、燃料流出口１７Ｂから燃料排出配管６１（図１参照）へ流れる。
【0049】
ここで、折り返し溝部１３Ｄ４の構成について図４及び図５に基づいて説明する。尚、折り返し溝部１３Ｄ２は、折り返し溝部１３Ｄ４とほぼ同じ構成である。流入溝部１３Ｆは、折り返し溝部１３Ｄ４の上下方向における上半分とほぼ同じ構成である。また、各折り返し溝部１３Ｄ１、１３Ｄ３は、折り返し溝部１３Ｄ４の鉛直線に対して線対称な構成とほぼ同じ構成である。流出溝部１３Ｇは、折り返し溝部１３Ｄ４の鉛直線に対して線対称な構成の下半分とほぼ同じ構成である。
【0050】
図４及び図５に示すように、折り返し溝部１３Ｄ４は、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視半楕円形状に形成され、各流通溝部１３Ｃの深さに対して約２倍の深さで厚さ方向に窪んでいる。また、各流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図４中、右側）の端部に対向する内側壁面部１５は、折り返し溝部１３Ｄ４の上下方向中央部から、折り返し溝部１３Ｄ４の上下方向の両端部に向かうに従って相対向する流通溝部１３Ｃの端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。
【0051】
具体的には、例えば、折り返し溝部１３Ｄ４の内側壁面部１５は、上端に位置する流通溝部１３Ｃの上側の側壁部７１から、下端に位置する流通溝部１３Ｃの下側の側壁部７２までの距離の約１／２の長さを長半径Ｒ１とし、折り返し溝部１３Ｄ４の深さの約２倍、つまり、各流通溝部１３Ｃの深さに対して約４倍の長さを短半径Ｒ２とする正面視半楕円形状に形成されている。
【0052】
また、各ランド部（リブ部）１３Ｅの内側壁面部１５に対向する各端部には、折り返し溝部１３Ｄ４の底面から各ランド部１３Ｅの全高さに渡って、隣り合う流通溝部１３Ｃよりも幅方向外方に向かって平面視円弧状に突出する突出部７３が形成されている。また、平面視半楕円形状の内側壁面部１５の長径は、例えば、各突出部７３の先端部を通るように配置されている。
【0053】
これにより、流通溝部グループ１３４の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料が、各突出部７３と内側壁面部１５の下方側部分とによって案内されて、折り返し溝部１３Ｄ４内の下方側にスムーズに流入する。そして、折り返し溝部１３Ｄ４内に流入した燃料が、各突出部７３と内側壁面部１５の上方側部分とによって折り返し溝部１３Ｄ４内を上方へ案内されて、流通溝部グループ１３５の各流通溝部１３Ｃ内に流入する。
【0054】
次に、上記のように構成された燃料電池７の燃料極集電体１３に濃度約１０％～４０％のギ酸水溶液の燃料を供給（圧送）した際の、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析による流体解析を行った燃料の流速分布の結果の一例を図６に基づいて説明する。図６に示すように、燃料極集電体１３の下端部に形成された燃料流入口１７Ａから流入溝部１３Ｆに流入した燃料は、ほぼ停滞することなく流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃに流入している。
【0055】
そして、流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ１に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ１内にほぼ停滞することなく、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。従って、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速よりも少し速くなっている。
【0056】
続いて、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ２に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ２内にほぼ停滞することなく、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。従って、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0057】
そして、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ３に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ３内にほぼ停滞することなく、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。従って、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0058】
続いて、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ４に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ４内にほぼ停滞することなく、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃに流入している。従って、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速よりも少し遅くなっている。
【0059】
そして、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃから流出溝部１３Ｇに流入した燃料は、流出溝部１３Ｇ内にほぼ停滞することなく、燃料流出口１７Ｂに流入し、排出されている。従って、燃料流出口１７Ｂを流れる燃料の流速は、燃料流入口１７Ａを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0060】
以上のように、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇは、上下方向のそれぞれの端部に向かうに従って、内側壁面部１５から流通溝部１３Ｃの端部までの距離が狭くなっている。このため、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇは、上下方向のそれぞれの端部における燃料の流速がゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となって滞留する箇所が、ほぼ無くなると推測される。
【0061】
その結果、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって生成される二酸化炭素（ＣＯ2）が、ギ酸水溶液の燃料と共にスムーズに各流通溝部１３Ｃを流れるため、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇにおいて、二酸化炭素が集まって気泡となり、燃料（ギ酸水溶液）と二酸化炭素が滞留することを抑止することができる。つまり、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子による燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、燃料電池７の発電量の低下を抑止することができる。
【0062】
［比較例］
ここで、燃料電池７の燃料極集電体１３の比較例としての燃料極集電体８１について図７乃至図９に基づいて説明する。尚、以下の説明において、前記実施形態に係る燃料極集電体１３の構成等と同一符号は、前記実施形態に係る燃料極集電体１３の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
ここで、燃料電池７の燃料極集電体１３の比較例としての燃料極集電体８１について図７乃至図９に基づいて説明する。尚、以下の説明において、前記実施形態に係る燃料極集電体１３の構成等と同一符号は、前記実施形態に係る燃料極集電体１３の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
【0063】
先ず、燃料極集電体８１の構成について図７及び図８に基づいて説明する。図７及び図８に示すように、燃料極集電体８１の構成は、燃料極集電体１３の構成とほぼ同じ構成である。但し、図７に示すように、燃料極集電体８１は、燃料流通溝１３Ｂに替えて燃料流通溝８１Ｂが設けられている点で異なっている。また、各ランド部（リブ部）１３Ｅの水平幅方向の両端部に、突出部７３が形成されていない点でも異なっている。
【0064】
具体的には、燃料流通溝８１は、燃料流通面１３Ａの一方の側縁側（例えば、図７中、右側縁側）から、他方の側縁側（例えば、図７中、左側縁側）へ幅方向に沿って延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、燃料が流れる複数の流通溝部１３Ｃが設けられている。そして、下端側の４本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図７中、右側）の各端部は、下端部に形成された燃料流入口１７Ａから上方に延びて上端部が閉塞された正面視縦長略矩形状の流入溝部８１Ｆに接続されている。また、下端側の４本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図７中、左側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図７中、左側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状の折り返し溝部８１Ｄ１に接続されている。
【0065】
これにより、燃料流入口１７Ａから流入溝部８１Ｆに流入した燃料は、下端側の４本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図７中、左側）へ流れ、折り返し溝部８１Ｄ１の下方側に流入する。そして、折り返し溝部８１Ｄ１に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ１の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、一方の側縁側（図７中、右側）へ流れる。従って、下端側の４本の流通溝部１３Ｃと、その上側の３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う２組の流通溝部グループ１３１、１３２を構成する。
【0066】
また、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図７中、右側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図７中、右側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状の折り返し溝部８１Ｄ２に接続されている。
【0067】
これにより、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ２の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ２の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図７中、左側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された３本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３２の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３３を構成する。
【0068】
また、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図７中、左側）の各端部と、その上側の３本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図７中、左側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状の折り返し溝部８１Ｄ３に接続されている。
【0069】
これにより、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ３の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ３の上方側に配置された３本の流通溝部１３Ｃに流入して、一方の側縁側（図３中、右側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された３本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３３の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３４を構成する。
【0070】
また、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図７中、右側）の各端部と、その上側の４本の流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図７中、右側）の各端部は、例えば、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状の折り返し溝部８１Ｄ４に接続されている。
【0071】
これにより、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ４の下方側に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ４の上方側に配置された４本の流通溝部１３Ｃに流入して、他方の側縁側（図７中、左側）へ流れる。従って、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃの上側に配置された４本の流通溝部１３Ｃは、流通溝部グループ１３４の上側に隣り合って配置されて、燃料の流れる方向が逆方向となる１組の流通溝部グループ１３５を構成する。
【0072】
そして、流通溝部グループ１３５を構成する４本の流通溝部１３Ｃの他方の側縁側（図７中、左側）の各端部は、燃料極集電体８１の上端部に形成された燃料流出口１７Ｂから下方に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状の流出溝部８１Ｇに接続されている。これにより、流通溝部グループ１３５を構成する４本の流通溝部１３Ｃから流出溝部８１Ｇに流入した燃料は、燃料流出口１７Ｂから燃料排出配管６１（図１参照）へ流れる。
【0073】
ここで、折り返し溝部８１Ｄ４の構成について図７及び図８に基づいて説明する。尚、折り返し溝部８１Ｄ２は、折り返し溝部８１Ｄ４とほぼ同じ構成である。流入溝部８１Ｆは、折り返し溝部８１Ｄ４の上下方向における上半分とほぼ同じ構成である。また、各折り返し溝部８１Ｄ１、８１Ｄ３は、折り返し溝部８１Ｄ４の鉛直線に対して線対称な構成とほぼ同じ構成である。流出溝部８１Ｇは、折り返し溝部８１Ｄ４の鉛直線に対して線対称な構成の下半分とほぼ同じ構成である。
【0074】
図７及び図８に示すように、折り返し溝部８１Ｄ４は、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状に形成され、各流通溝部１３Ｃの深さに対して約２倍の深さで厚さ方向に窪んでいる。また、各流通溝部１３Ｃの一方の側縁側（図８中、右側）の端部に対向する内側壁面部８３は、相対向する流通溝部１３Ｃの端部までの距離が、上下方向全長に渡ってほぼ一定となるように形成されている。
【0075】
具体的には、例えば、折り返し溝部８１Ｄ４は、上端に位置する流通溝部１３Ｃの上側の側壁部７１から、下端に位置する流通溝部１３Ｃの下側の側壁部７２までの距離の長さを上下方向の一辺とし、折り返し溝部８１Ｄ４の深さの約２倍、つまり、各流通溝部１３Ｃの深さに対して約４倍の長さを左右幅方向の一辺とする正面視縦長略矩形状に形成されている。
【0076】
従って、各ランド部（リブ部）１３Ｅの内側壁面部８３に対向する各端部は、各流通溝部１３Ｃの内側壁面部８３に対向する各端部と共に、内側壁面部８３に対して平行な壁面部を形成している。つまり、各ランド部（リブ部）１３Ｅの内側壁面部８３に対向する各端部には、平面視円弧状の突出部７３が設けられていない点でも、燃料流通溝１３Ｂの構成と異なっている。従って、流通溝部グループ１３４の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料が、折り返し溝部８１Ｄ４内の下方側に流入する。そして、折り返し溝部８１Ｄ４内に流入した燃料が、内側壁面部８３の上方側部分によって折り返し溝部８１Ｄ４内を上方へ案内されて、流通溝部グループ１３５の各流通溝部１３Ｃ内に流入する。
【0077】
次に、上記のように構成された燃料電池７の燃料極集電体８１に濃度約１０％～４０％のギ酸水溶液の燃料を供給（圧送）した際の、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析による流体解析を行った燃料の流速分布の結果の一例を図９に基づいて説明する。図９に示すように、燃料極集電体８１の下端部に形成された燃料流入口１７Ａから流入溝部８１Ｆに流入した燃料は、流入溝部８１Ｆの幅方向外側（図９中、右側）の上端角部に流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる滞留領域８５Ａを形成しつつ、流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃに流入している。
【0078】
そして、流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ１に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ１の幅方向外側（図９中、左側）の下端角部と上端角部のそれぞれに、流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる各滞留領域８５Ｂ、８５Ｃを形成しつつ、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。また、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３１を構成する４本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速よりも少し速くなっている。
【0079】
続いて、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ２に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ２の幅方向外側（図９中、右側）の下端角部と上端角部のそれぞれに、流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる各滞留領域８５Ｄ、８５Ｅを形成しつつ、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。また、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３２を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0080】
そして、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ３に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ３の幅方向外側（図９中、左側）の下端角部と上端角部のそれぞれに、流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる各滞留領域８５Ｆ、８５Ｇを形成しつつ、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃに流入している。また、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３３を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0081】
続いて、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部８１Ｄ４に流入した燃料は、折り返し溝部８１Ｄ４の幅方向外側（図９中、右側）の下端角部と上端角部のそれぞれに、流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる各滞留領域８５Ｈ、８５Ｉを形成しつつ、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃに流入している。また、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速は、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃを流れる燃料の流速よりも少し遅くなっている。
【0082】
そして、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃから流出溝部８１Ｇに流入した燃料は、流出溝部８１Ｇの幅方向外側（図９中、左側）の下端角部に流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる滞留領域８５Ｊを形成しつつ、燃料流出口１７Ｂに流入し、排出されている。従って、燃料流出口１７Ｂを流れる燃料の流速は、燃料流入口１７Ａを流れる燃料の流速とほぼ同じ流速である。
【0083】
以上のように、流入溝部８１Ｆ、各折り返し溝部８１Ｄ１～８１Ｄ４、及び、流出溝部８１Ｇは、上下方向に延びると共に幅方向外方へ突出する正面視縦長略矩形状に形成されている。このため、流入溝部８１Ｆ、各折り返し溝部８１Ｄ１～８１Ｄ４、及び、流出溝部８１Ｇは、幅方向外側の上端角部と下端角部に、燃料の流速がほぼゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となる各滞留領域８５Ａ～８５Ｊが形成されていると推測される。
【0084】
そのため、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって生成される二酸化炭素（ＣＯ2）が、各滞留領域８５Ａ～８５Ｊにおいてギ酸水溶液の燃料と共に滞留して気泡となり、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子（例えば、Ｐｄ）の表面上にとどまる虞がある。その結果、二酸化炭素が燃料極触媒層１１の電極触媒粒子（例えば、Ｐｄ）の表面上にとどまると、ギ酸が電極触媒粒子表面に吸着しにくくなるため、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応の進行が阻害され、燃料電池７の発電量が低下する虞がある。
【0085】
以上詳細に説明したとおり、本実施形態に係る燃料電池７では、燃料極集電体１３の燃料流通溝１３Ｂを構成する流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇは、上下方向のそれぞれの端部に向かうに従って、内側壁面部１５から流通溝部１３Ｃの端部までの距離が狭くなっている。つまり、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇの内側壁面部１５は、上下方向の両端部に向かうに従って相対向する流通溝部１３Ｃの端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。
【0086】
これにより、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇは、上下方向のそれぞれの端部における燃料の流速がゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となって滞留する箇所が、ほぼ無くなっている。その結果、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって生成される二酸化炭素（ＣＯ2）が、ギ酸水溶液の燃料と共にスムーズに各流通溝部１３Ｃを流れるため、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇにおいて、二酸化炭素が集まって気泡となり、燃料（ギ酸水溶液）と二酸化炭素が滞留することを抑止することができる。つまり、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子による燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、燃料電池７の発電量の低下を抑止することができる。
【0087】
また、流通溝部１３Ｃの間に配置される複数のランド部１３Ｅは、内側壁面部１５に対向する端部に、隣り合う流通溝部１３Ｃよりも外方に向かって平面視円弧状に突出する突出部７３を有している。これにより、流通溝部１３Ｃから流出した燃料を突出部７３の外周面に沿って上方へスムーズに案内すると共に、上方に配置された流通溝部１３Ｃ内へ、再度スムーズに案内することができ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、流入溝部１３Ｆ、又は、流出溝部１３Ｇの上下方向の端部に滞留する燃料や二酸化炭素を更に少なくすることができる。
【0088】
尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形、追加、削除が可能であることは勿論である。尚、以下の説明において上記図１乃至図６の前記実施形態に係る燃料電池システム１の構成等と同一符号は、前記実施形態に係る燃料電池システム１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
【0089】
［他の第１実施形態］
（Ａ）例えば、燃料極集電体１３に替えて、図１０に示す燃料極集電体９１を用いてもよい。燃料極集電体９１の構成について図１０に基づいて説明する。図１０に示すように、燃料極集電体９１は、燃料極集電体１３とほぼ同じ構成であるが、各ランド部１３Ｅの水平幅方向の両端部に突出部７３が形成されていない点で異なっている。従って、各ランド部（リブ部）１３Ｅの内側壁面部１５に対向する各端部は、各流通溝部１３Ｃの内側壁面部１５に対向する各端部と共に、鉛直方向に沿った平面部９２を形成している。
（Ａ）例えば、燃料極集電体１３に替えて、図１０に示す燃料極集電体９１を用いてもよい。燃料極集電体９１の構成について図１０に基づいて説明する。図１０に示すように、燃料極集電体９１は、燃料極集電体１３とほぼ同じ構成であるが、各ランド部１３Ｅの水平幅方向の両端部に突出部７３が形成されていない点で異なっている。従って、各ランド部（リブ部）１３Ｅの内側壁面部１５に対向する各端部は、各流通溝部１３Ｃの内側壁面部１５に対向する各端部と共に、鉛直方向に沿った平面部９２を形成している。
【0090】
また、図１０に示すように、平面部９２に対向する内側壁面部１５は、折り返し溝部１３Ｄ４の上下方向中央部から、折り返し溝部１３Ｄ４の上下方向の両端部に向かうに従って相対向する流通溝部１３Ｃの端部までの距離が徐々に狭くなる曲面状に形成されている。これにより、流通溝部グループ１３４の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ４内に流入した燃料は、平面部９２と内側壁面部１５とによって上方へ案内されて、流通溝部グループ１３５の各流通溝部１３Ｃ内に流入する。
【0091】
従って、流通溝部グループ１３４を構成する３本の各流通溝部１３Ｃから折り返し溝部１３Ｄ４に流入した燃料は、折り返し溝部１３Ｄ４内にほぼ停滞することなく、流通溝部グループ１３５を構成する４本の各流通溝部１３Ｃに流入する。同様に、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇ（図３参照）は、上下方向のそれぞれの端部に向かうに従って、内側壁面部１５から流通溝部１３Ｃの端部までの距離が狭くなっている。このため、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇは、上下方向のそれぞれの端部における燃料の流速がゼロ［ｍ／ｓｅｃ］となって滞留する箇所が、ほぼ無くなると推測される。
【0092】
その結果、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって生成される二酸化炭素（ＣＯ2）が、ギ酸水溶液の燃料と共にスムーズに各流通溝部１３Ｃを流れるため、流入溝部１３Ｆ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４、及び、流出溝部１３Ｇにおいて、二酸化炭素が集まって気泡となり、燃料（ギ酸水溶液）と二酸化炭素が滞留することを抑止することができる。つまり、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子による燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、燃料電池７の発電量の低下を抑止することができる。
【0093】
［他の第２実施形態］
（Ｂ）また、例えば、各ランド部１３Ｅの水平幅方向の両端部から各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４内へ突出する突出部７３の水平幅方向外方への突出高さが、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４の上下方向両端部から、燃料の流れる方向が逆転する隣り合う各流通溝部グループ１３１～１３５の間に向かうに従って、徐々に低くなるように形成してもよい。これにより、各流通溝部１３Ｃから各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４内に流入した燃料を上下方向略中央部にスムーズに流れるように案内することができ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４の上下方向の両端部に滞留する燃料や二酸化炭素を更に少なくすることができる。
（Ｂ）また、例えば、各ランド部１３Ｅの水平幅方向の両端部から各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４内へ突出する突出部７３の水平幅方向外方への突出高さが、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４の上下方向両端部から、燃料の流れる方向が逆転する隣り合う各流通溝部グループ１３１～１３５の間に向かうに従って、徐々に低くなるように形成してもよい。これにより、各流通溝部１３Ｃから各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４内に流入した燃料を上下方向略中央部にスムーズに流れるように案内することができ、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４の上下方向の両端部に滞留する燃料や二酸化炭素を更に少なくすることができる。
【符号の説明】
【0094】
１ 燃料電池システム
７ 燃料電池
１０ 燃料極
１１ 燃料極触媒層
１２ 燃料極拡散層
１３、８１、９１ 燃料極集電体
１３Ａ 燃料流通面
１３Ｂ、８１Ｂ 燃料流通溝
１３Ｃ 流通溝部
１３Ｄ１～１３Ｄ４、８１Ｄ１～８１Ｄ４ 折り返し溝部
１３Ｅ ランド部（リブ部）
１３Ｆ、８１Ｆ 流入溝部
１３Ｇ、８１Ｇ 流出溝部
１５、８３ 内側壁面部
１７Ａ 燃料流入口
１７Ｂ 燃料流出口
２０ 空気極
２１ 空気極触媒層
２２ 空気極拡散層
２３ 空気極集電体
３０ 電解質膜
７３ 突出部
８５Ａ～８５Ｊ 滞留領域
９２ 平面部
１３１～１３５ 流通溝部グループ
７ 燃料電池
１０ 燃料極
１１ 燃料極触媒層
１２ 燃料極拡散層
１３、８１、９１ 燃料極集電体
１３Ａ 燃料流通面
１３Ｂ、８１Ｂ 燃料流通溝
１３Ｃ 流通溝部
１３Ｄ１～１３Ｄ４、８１Ｄ１～８１Ｄ４ 折り返し溝部
１３Ｅ ランド部（リブ部）
１３Ｆ、８１Ｆ 流入溝部
１３Ｇ、８１Ｇ 流出溝部
１５、８３ 内側壁面部
１７Ａ 燃料流入口
１７Ｂ 燃料流出口
２０ 空気極
２１ 空気極触媒層
２２ 空気極拡散層
２３ 空気極集電体
３０ 電解質膜
７３ 突出部
８５Ａ～８５Ｊ 滞留領域
９２ 平面部
１３１～１３５ 流通溝部グループ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】