特許 7468860 燃料電池

(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】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20240409BHJP

   H01M 8/1011 20160101ALI20240409BHJP

   H01M 8/1009 20160101ALI20240409BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/1011

H01M8/1009

H01M8/026

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020057229

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021157953

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-16

(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】久保 厚

(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】上田 裕介

(72)【発明者】

【氏名】武田 恭英

(72)【発明者】

【氏名】林 則康

【審査官】川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２２８５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４０１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４０１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８１１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３５１２２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２５８

Ｈ０１Ｍ ８／１０１１

Ｈ０１Ｍ ８／１００９

Ｈ０１Ｍ ８／０２６

(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、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて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面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記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である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を１グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
前記１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、流入側の前記所定長さの部分よりも下流側の部分の傾斜角度が、前記所定長さの部分の傾斜角度よりも減少するように下流方向上方側へ傾斜している、
燃料電池。

【請求項2】

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、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて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面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記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である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を１グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
複数の前記流通溝部のうち前記１組目の前記流通溝部グループよりも下流側となる２組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、水平方向に対して前記第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている、
燃料電池。

【請求項3】

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、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて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面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記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である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を１グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記１組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う２つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
前記第１傾斜角度は、３４度以上に設定されている、
燃料電池。

【請求項4】

請求項２または３に記載の燃料電池において、
前記１組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、全長に渡って一定の傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜している、
燃料電池。

【請求項5】

請求項２に記載の燃料電池において、
前記２組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、前記第２傾斜角度が下流側に配置される各組毎に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、
燃料電池。

【請求項6】

請求項２に記載の燃料電池において、
前記２組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、各組毎に同じ前記第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、
燃料電池。

【請求項7】

請求項２または５または６に記載の燃料電池において、
前記第２傾斜角度は、７度以下に設定されている、
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、略水平に配置されるため、燃料が酸化されて発生する二酸化炭素（ＣＯ₂）の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）が浮力により第１流路に滞留する。そのため、蛇行形状に形成された第１流路に滞留した小さな気泡によって、触媒と燃料の反応が阻害され、発電量が低下するという問題がある。また、二酸化炭素（ＣＯ₂）の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）の滞留を防ぐため、燃料の流速を上げると、燃料を送る圧力が上がって、膜－電極接合体（ＭＥＡ）が破れる虞がある。

【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、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）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、前記燃料流入口よりも上方に配置されて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を有し、複数の前記流通溝部は、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設けられ、前記燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている、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１組目の各流通溝部は、全長に渡って一定の傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜している、燃料電池である。

【0009】

次に、第３の発明は、上記第１の発明に係る燃料電池において、前記１組目の各流通溝部は、流入側の前記所定長さ部分よりも下流側の部分の傾斜角度が、前記所定長さ部分の傾斜角度よりも減少するように下流方向上方側へ傾斜している、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、複数の前記流通溝部のうち前記１組目の各流通溝部よりも下流側の２組目以降の各流通溝部は、水平方向に対して前記第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている、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２組目以降の各流通溝部は、前記第２傾斜角度が下流側に配置される各組毎に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、燃料電池である。

【0012】

次に、第６の発明は、上記第４の発明に係る燃料電池において、前記２組目以降の各流通溝部は、各組毎に同じ前記第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、燃料電池である。

【0013】

次に、第７の発明は、上記第４の発明乃至第６の発明のいずれか１の発明に係る燃料電池において、前記第２傾斜角度は、７度以下に設定されている、燃料電池である。

【0014】

次に、第８の発明は、上記第１の発明乃至第７の発明のいずれか１の発明に係る燃料電池において、前記第１傾斜角度は、３４度以上に設定されている、燃料電池である。

【発明の効果】

【0015】

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入口よりも上方に配置された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を有している。複数の流通溝部は、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設けられている。そして、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている。

【0016】

従って、燃料極に形成された燃料流通溝のうち、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部において、燃料極拡散層から燃料内に二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）が出てくる。そして、この二酸化炭素の小さな気泡が、第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成された各流通溝部の壁面まで、浮力によって上昇した場合には、この浮力が、小さな気泡に対して各流通溝部の壁面に沿った方向へ動くように作用する。

【0017】

これにより、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部において、二酸化炭素の小さな気泡に対して、燃料の流速に加えて、第１傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成された各流通溝部の壁面に沿って浮力が作用するため、二酸化炭素の小さな気泡を下流側へ移動させることができる。その結果、燃料極に形成された燃料流通溝において、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる。

【0018】

第２の発明によれば、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部は、全長に渡って一定の傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜しているため、二酸化炭素の小さな気泡が全長に渡って移動して、互いに結合して、より大きな気泡へ成長することができる。これにより、二酸化炭素の気泡に働く浮力が更に大きくなり、二酸化炭素の小さな気泡を下流側へ移動させることができる。その結果、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１［ｍｍ］程度の気泡）の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる。

【0019】

第３の発明によれば、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部は、流入側の所定長さ部分よりも下流側の部分の傾斜角度が、所定長さ部分の傾斜角度よりも減少するように下流方向上方側へ傾斜している。これにより、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）の滞留を防ぐと共に、１組目の各流通溝部が占有する上下幅を狭くし、上下方向の小型化を図ることができる。

【0020】

第４の発明によれば、複数の流通溝部のうち１組目の各流通溝部よりも下流側の２組目以降の各流通溝部は、水平方向に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている。これにより、２組目以降の各流通溝部に流入した二酸化炭素の気泡にも、燃料の流速に加えて、第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成された各流通溝部の壁面に沿って浮力が作用するため、二酸化炭素の小さな気泡を下流側へ移動させることができる。

【0021】

その結果、燃料極に形成された燃料流通溝において、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる。また、２組目以降の各流通溝部は、水平方向に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成されているため、２組目以降の各流通溝部が占有する上下幅を狭くし、上下方向の小型化を図ることができる。

【0022】

第５の発明によれば、２組目以降の各流通溝部は、第２傾斜角度が下流側に配置される各組毎に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されているため、２組目以降の各流通溝部が占有する上下幅を更に狭くし、上下方向の更なる小型化を図ることができる。

【0023】

第６の発明によれば、２組目以降の各流通溝部は、各組毎に同じ第２傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されているため、２組目以降の各流通溝部が占有する上下幅を更に狭くし、上下方向の更なる小型化を図ることができる。

【0024】

第７の発明によれば、２組目以降の各流通溝部は、第２傾斜角度は、７度以下に設定されているため、２組目以降の各流通溝部が占有する上下幅を更に狭くし、上下方向の更なる小型化を図ることができる。

【0025】

第８の発明によれば、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して３４度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている。これにより、燃料流入口から最初に燃料を供給される１組目の各流通溝部において、二酸化炭素の小さな気泡に対して、燃料の流速に加えて、３４度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成された各流通溝部の壁面に沿って浮力が作用するため、二酸化炭素の小さな気泡を下流側へ移動させることができる。その結果、燃料極に形成された燃料流通溝において、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径０．１ｍｍ程度の気泡）の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【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4】図３のＩＶ部分を示す拡大斜視図である。

【図5】気泡移動シミュレーションモデルの一例を示す図で、（Ａ）は流通溝部の断面図、（Ｂ）は流通溝部の側面図である。

【図6】直径０．１ｍｍの気泡における移動速度の解析結果の一例を示す図である。

【図7】直径０．３ｍｍの気泡における移動速度の解析結果の一例を示す図である。

【図8】直径０．５ｍｍの気泡における移動速度の解析結果の一例を示す図である。

【図9】気泡の直径と流通溝部の傾斜角度とに関する気泡の移動特性の一例を示す図である。

【図10】図３に示す燃料極集電体を流れる気泡の移動速度の一例を示す図である。

【図11】他の第１実施形態に係る燃料極集電体を燃料流通面から見た正面図である。

【図12】図１１に示す燃料極集電体を流れる気泡の移動速度の一例を示す図である。

【図13】他の第２実施形態に係る燃料極集電体を燃料流通面から見た正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

［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。

【0030】

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。

【0031】

更に、排液タンク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。排液タンク６０内の気体の圧力が所定圧力よりも高くなると、排液タンク６０内の気体が、上部に設けられた排気口（不図示）から排液タンク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。

【0032】

［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。

【0033】

空気極集電体２３は、厚さが約０．２～約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。

【0034】

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た空気流入口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、酸素を外部から空気流入口２５Ａに供給（圧送）してもよい。

【0035】

空気流通溝２３Ｂは、空気流通面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。

【0036】

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２３Ｄ１～２３Ｄ６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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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）。

【0040】

２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ ・・・（１）

【0041】

燃料極集電体１３は、厚さが約０．２～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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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粒子状の電極触媒担持体（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、導電性を備える粒子であればよく、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。

【0045】

ＨＣＯＯＨ → ＣＯ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- ・・・（２）

【0046】

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。

【0047】

［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４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。

【0048】

複数の流通溝部１３Ｃは、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（例えば、３本の流通溝部１３Ｃを１組とする、各流通溝部グループ１３１～１３５）となるように設けられている。各流通溝部グループ１３１～１３５をそれぞれ構成する複数（例えば、３本）の流通溝部１３Ｃは、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、水平方向に対して所定傾斜角度（例えば、傾斜角度２度～４０度、好ましくは、傾斜角度２度～３５度、更に好ましくは、傾斜角度２度～３４度）で下流方向上方側へ傾斜して延びている。

【0049】

尚、各流通溝部グループ１３１～１３５を構成する流通溝部１３Ｃの本数は、３本に限らず、１本以上（例えば、２本、４本、５本、６本等）であってもよいし、同じ本数に設定しなくてもよい。また、複数の流通溝部１３Ｃは、燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う５組に限らず、燃料の流れる方向が逆方向となる互いに隣り合う４組以下、若しくは、６組以上となるように設けられてもよい。

【0050】

そして、下端側の流通溝部グループ１３１（１組目）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１３Ｆに接続されている。また、下端側の流通溝部グループ１３１（１組目）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約３５度（第１傾斜角度）、好ましくは、約３４度以上（例えば、約３４度）の傾斜角度θ１（第１傾斜角度）で傾斜するように形成されている。尚、下端側の流通溝部グループ１３１を構成する各流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ１は、小さい角度程、燃料流通面１３Ａを効率的に使用して、発電効率を向上させることができる。

【0051】

また、下端側の流通溝部グループ１３１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、その上側の流通溝部グループ１３２（２組目）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１３Ｄ１に接続されている。

【0052】

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、下端側の流通溝部グループ１３１を構成する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、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流通溝部グループ１３２（２組目）を構成する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、下端側の流通溝部グループ１３１を構成する３本の流通溝部１３Ｃと、その上側の流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる。

【0053】

また、流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図３中、右斜め上方向へ）、水平方向に対して約７度以下（第２傾斜角度）、好ましくは、約２度～約７度（例えば、約３度）の傾斜角度θ２（第２傾斜角度）で傾斜するように形成されている。尚、流通溝部グループ１３２を構成する各流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ２は、小さい角度程、燃料流通面１３Ａを効率的に使用して、発電効率を向上させることができる。

【0054】

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、その上側の流通溝部グループ１３３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１３Ｄ２に接続されている。

【0055】

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流通溝部グループ１３３を構成する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と、その上側に配置された流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる。

【0056】

また、流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約７度以下（第２傾斜角度）、好ましくは、約２度～約７度（例えば、約３度）の傾斜角度θ２で傾斜するように形成されている。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と、その下側の流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、ほぼ同じ傾斜角度θ２（第２傾斜角度）に形成されている。尚、流通溝部グループ１３３を構成する各流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ２は、小さい角度程、燃料流通面１３Ａを効率的に使用して、発電効率を向上させることができる。

【0057】

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、その上側の流通溝部グループ１３４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１３Ｄ３に接続されている。

【0058】

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流通溝部グループ１３４を構成する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と、その上側に配置された流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる。

【0059】

また、流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図３中、右斜め上方向へ）、水平方向に対して約７度以下（第２傾斜角度）、好ましくは、約２度～約７度（例えば、約３度）の傾斜角度θ２で傾斜するように形成されている。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と、その下側の流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、ほぼ同じ傾斜角度θ２（第２傾斜角度）に形成されている。尚、流通溝部グループ１３４を構成する各流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ２は、小さい角度程、燃料流通面１３Ａを効率的に使用して、発電効率を向上させることができる。

【0060】

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、その上側の流通溝部グループ１３５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１３Ｄ４に接続されている。

【0061】

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流通溝部グループ１３５を構成する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１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃと、その上側に配置された流通溝部グループ１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる。

【0062】

また、流通溝部グループ１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約７度以下（第２傾斜角度）、好ましくは、約２度～約７度（例えば、約３度）の傾斜角度θ２で傾斜するように形成されている。従って、流通溝部グループ１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃと、その下側の流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃとは、ほぼ同じ傾斜角度θ２（第２傾斜角度）に形成されている。尚、流通溝部グループ１３５を構成する各流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ２は、小さい角度程、燃料流通面１３Ａを効率的に使用して、発電効率を向上させることができる。

【0063】

そして、流通溝部グループ１３５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縦長略矩形状の流出溝部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３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。

【0064】

ここで、折り返し溝部１３Ｄ４の構成について図４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。

【0065】

図４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４中、右側）の端部に対向する内側壁面部１５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。

【0066】

具体的には、例えば、折り返し溝部１３Ｄ４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。

【0067】

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、内側壁面部１５に対して平行な壁面部を形成している。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１３Ｄ４内の下方側に流入する。そして、折り返し溝部１３Ｄ４内に流入した燃料が、内側壁面部１５の上方側部分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。

【0068】

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、二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡が流通溝部１３Ｃを移動する移動速度についてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析を行った一例について図５乃至図１０に基づいて説明する。

【0069】

このＣＡＥ解析による流体解析は、図５に示すシミュレーションモデルにより、二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡が流通溝部１３Ｃを移動する移動速度を算出した。図５に示すように、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θを種々に変化させて、流通溝部１３Ｃ内に発生した二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡に働く浮力の下流方向への分力を変化させた。各傾斜角θにおいて、流通溝部１３Ｃ内の二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡に対して下流方向へ作用する運動方程式は、単位質量（質量＝１）として、下記式（１１）、（１２）により表される。

【0070】

ｄｕ_p／ｄｔ＝Ｆ_D・（ｕ－ｕ_p）＋ｇ_x・（ρ_p－ρ）／ρ_p＋Ｆ_x ・・・・・・（１１）
Ｆ_D＝（１８・μ／（ρ_p・ｄ_p ²））・Ｃ_D・Ｒｅ／２４ ・・・（１２）

【0071】

ここで、ｄｕ_p／ｄｔ：気泡に働く総力、Ｆ_D・（ｕ－ｕ_p）：気泡に働く推力、ｇ_x・（ρ_p－ρ）／ρ_p：気泡に働く浮力の下流方向成分、Ｆ_x：気泡に働く慣性力（無視できる大きさである。）、である。また、ｕ：液体燃料の速度、ｕ_p：気泡の速度、ｇ_x：重力加速度の下流方向成分、ρ：液体燃料の密度、ρ_p：気泡の密度、：Ｆ_D：気泡に働く液体燃料の抗力、μ：液体燃料の粘度、ｄ_p：気泡の直径、Ｃ_D：抗力係数、Ｒｅ：レイノルズ数、である。

【0072】

次に、二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡が移動する流通溝部１３Ｃのシミュレーションモデルについて図５に基づいて説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、流通溝部１３Ｃは幅Ｗ１で高さＨ１の縦長の長方形断面を有する直管に形成されている。また、気泡７５は、流通溝部１３Ｃの流路の上隅に配置した。尚、気泡７５は、図５（Ａ）中、右上隅に配置したが、左上隅に配置してもよい。

【0073】

図５（Ｂ）に示すように、流通溝部１３Ｃの全長は、３０［ｍｍ］に設定した。そして、ギ酸水溶液の燃料を流通溝部１３Ｃの入口７６から一様流で与え、出口７７から流出するように設定した。また、気泡７５は、流路内の燃料の流速分布が安定する入口７６から下流方向１０［ｍｍ］の位置に配置し、出口７７に達するまでの時間を計算して、気泡７５の移動速度を算出した。また、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θを０［度］から６０［度］ぐらいまで変化させて、各傾斜角度θにおける、気泡７５の各直径ｄ_pにおける移動速度を上記式（１１）、（１２）により算出した。

【0074】

ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す流通溝部１３Ｃの長方形断面を、幅Ｗ１＝０．７５［ｍｍ］、高さＨ１＝１．５［ｍｍ］とし、ギ酸水溶液の燃料を流量Ｑ１＝０．６［ｍｌ／ｍｉｎ］で供給した。従って、燃料は、平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］で流れるとした。また、気泡７５は、直径ｄ_p＝０．１［ｍｍ］～０．５［ｍｍ］として、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θにおける、各直径ｄ_pの気泡７５が移動する移動速度を算出した一例について、図６乃至図８に基づいて説明する。尚、図６乃至図８において、横軸は流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］とし、縦軸は気泡７５の移動速度［ｍ／ｓｅｃ］とした。

【0075】

図６に示すように、直径ｄ_p＝０．１［ｍｍ］の気泡７５の場合には、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が、０［ｄｅｇ］～３３［ｄｅｇ］の範囲では、気泡７５は、移動しなかった。一方、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が、３４［ｄｅｇ］の傾斜角度になると、気泡７５は、移動を開始した。そして、傾斜角度θが３４［ｄｅｇ］よりも大きくなるに従って、気泡７５の移動速度は、０．００３［ｍ／ｓｅｃ］から徐々に増加した。しかしながら、傾斜角度θが９０［ｄｅｇ］に達しても、気泡７５の移動速度は、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達しなかった。

【0076】

図７に示すように、直径ｄ_p＝０．３［ｍｍ］の気泡７５の場合には、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が、０［ｄｅｇ］～１［ｄｅｇ］の範囲では、気泡７５は、移動しなかった。一方、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が、２［ｄｅｇ］の傾斜角度になると、気泡７５は、移動を開始した。そして、傾斜角度θが２［ｄｅｇ］よりも大きくなるに従って、気泡７５の移動速度は、０．００３４［ｍ／ｓｅｃ］から増加し、傾斜角度θが１１．２［ｄｅｇ］のときに、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達した。その後、傾斜角度θが１１．２［ｄｅｇ］よりも大きくなるに従って、気泡７５の移動速度は、更に増加した。

【0077】

図８に示すように、直径ｄ_p＝０．５［ｍｍ］の気泡７５の場合には、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が、０［ｄｅｇ］のときに、気泡７５は、０．００４８［ｍ／ｓｅｃ］の移動速度で移動した。そして、傾斜角度θが２．８［ｄｅｇ］のときに、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達した。その後、傾斜角度θが２．８［ｄｅｇ］よりも大きくなるに従って、気泡７５の移動速度は、更に増加した。

【0078】

ここで、気泡７５の直径ｄ_pを種々変更して、気泡７５が移動を開始する流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ［ｄｅｇ］と、気泡７５の移動速度が燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する流通溝部１３Ｃの傾斜角度θ［ｄｅｇ］とを、上記と同様に算出した一例について図９に基づいて説明する。尚、図９において、横軸は気泡７５の直径ｄ_p［ｍｍ］とし、縦軸は流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］とした。また、気泡７５の直径ｄ_pは、０．１［ｍｍ］、０．２［ｍｍ］、０．２５［ｍｍ］、０．３［ｍｍ］、０．４［ｍｍ］、０．５［ｍｍ］とした。

【0079】

図９において、各直径ｄ_pに対して、気泡７５が移動を開始する流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］を黒丸印で示す。具体的には、気泡７５の直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］の場合には、気泡７５が移動を開始する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、上記の通り、３４［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．２［ｍｍ］の場合には、気泡７５が移動を開始する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、７［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．２５［ｍｍ］の場合には、気泡７５が移動を開始する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、３［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．３［ｍｍ］の場合には、気泡７５が移動を開始する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、上記の通り、２［ｄｅｇ］であった。

【0080】

これより、気泡７５の各直径ｄ_pに対して、気泡７５が移動を開始する流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］を図９の破線７８で示す。破線７８で示すように、気泡７５の直径ｄ_pが０．４［ｍｍ］以上の場合には、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が０［ｄｅｇ］のときから、気泡７５は移動した。従って、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が３４［ｄｅｇ］以上であれば、流通溝部１３Ｃ内の気泡７５の直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］程度であっても、気泡７５は移動を開始することができ、流通溝部１３Ｃ内における気泡７５の滞留を防ぎ、発電量の低下を抑止することができる。

【0081】

また、図９において、各直径ｄ_pに対して、気泡７５の移動速度が燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達したときの、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］を四角印で示す。具体的には、気泡７５の直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］の場合には、上記の通り、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が９０［ｄｅｇ］のときでも、気泡７５の移動速度は、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達しなかった。

【0082】

気泡７５の直径ｄ_pが０．２［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、約２５［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．２５［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、約１６［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．３［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、上記の通り、１１．２［ｄｅｇ］であった。

【0083】

気泡７５の直径ｄ_pが０．４［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、約５［ｄｅｇ］であった。気泡７５の直径ｄ_pが０．５［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、上記の通り、２．８［ｄｅｇ］であった。

【0084】

これより、各直径ｄ_pに対して、気泡７５の移動速度が燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達したときの、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］を図９の一点鎖線７９で示す。一点鎖線７９で示すように、気泡７５の直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］の場合には、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ＝０．００８８９［ｍ／ｓｅｃ］に達する傾斜角度θ［ｄｅｇ］は、２［ｄｅｇ］であると考えられる。従って、流通溝部１３Ｃ内の気泡７５の直径ｄ_pが約０．６［ｍｍ］以上の場合には、流通溝部１３Ｃの水平方向に対する傾斜角度θ［ｄｅｇ］が２［ｄｅｇ］以上であれば、気泡７５の移動速度が、燃料の平均流速ｕａ［ｍ／ｓｅｃ］に達すると考えられる。

【0085】

次に、図３に示す燃料極集電体１３の燃料流通溝１３Ｂに対して、上記式（１１）、（１２）の運動方程式を用いて、各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡が移動する移動速度を算出した一例を図１０に基づいて説明する。尚、燃料極拡散層１２を介して各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡の直径ｄ_pは、約０．１［ｍｍ］とした。燃料流通溝１３Ｂの水平方向の幅は、１００［ｍｍ］とした。各流通溝部１３Ｃの断面形状は、図５（Ａ）に示すように、幅Ｗ１＝０．７５［ｍｍ］、高さＨ１＝１．５［ｍｍ］の長方形断面とした。

【0086】

図１０に示すように、下端側の流通溝部グループ１３１を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、全長に渡って、下流方向上側へ（図１０中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して傾斜角度θ１＝３４［ｄｅｇ］で傾斜している。このため、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内に発生した直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａよりも遅い移動速度で下流方向上側へ移動する（図９参照）。

【0087】

そして、各流通溝部１３Ｃ内を移動する二酸化炭素の気泡は、他の気泡と結合して徐々に直径の大きい気泡となり、各流通溝部１３Ｃの下流側端部では、例えば、二酸化炭素の気泡の直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］よりも大きい約０．８［ｍｍ］に達する。その結果、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内を移動する二酸化炭素の気泡の移動速度は、下流側端部の近傍では、燃料の平均流速ｕａに達している、若しくは、平均流速ｕａを超えている（図９参照）。

【0088】

また、流通溝部グループ１３１の上側に配置される各流通溝部グループ１３２～１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、それぞれ、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる共に、下流方向上側へ（図１０中、右斜め上方向、又は、左斜め上方向へ）、水平方向に対して傾斜角度θ２＝２［ｄｅｇ］で傾斜している。また、各流通溝部グループ１３２～１３５を構成する流通溝部１３Ｃ内には、例えば、二酸化炭素の気泡の直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］よりも大きい約０．８［ｍｍ］以上の気泡が流入する。その結果、各流通溝部グループ１３２～１３５を構成する流通溝部１３Ｃ内の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａを確実に超えた移動速度で下流側へ移動する（図９参照）。

【0089】

以上詳細に説明した通り、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は、燃料流入口１７Ａから最初に燃料を供給される下端側の流通溝部グループ１３１（１組目）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、全長に渡って、下流方向上側へ（図３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して３４［ｄｅｇ］以上の傾斜角度θ１で傾斜している。また、流通溝部グループ１３１の上側に配置される、各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）は、それぞれ、燃料の流れる方向が互いに逆方向となる共に、下流方向上側へ（図３中、右斜め上方向、又は、左斜め上方向へ）、水平方向に対して７［ｄｅｇ］以下、つまり、２［ｄｅｇ］～７［ｄｅｇ］の傾斜角度θ２で傾斜している。

【0090】

このため、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内に発生した直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡には、燃料の流速に加えて、浮力が水平方向に対して３４［ｄｅｇ］以上の傾斜角度θ１で傾斜する下流方向へ働く。その結果、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内に発生した直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａよりも遅い移動速度で下流方向上側へ移動する（図９参照）。

【0091】

そして、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃの下流側端部の近傍では、二酸化炭素の気泡は他の気泡と結合して、直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］以上、例えば、０．８［ｍｍ］になる。その結果、二酸化炭素の気泡の移動速度は、下流側端部の近傍では、燃料の平均流速ｕａに達している、若しくは、平均流速ｕａを超えている（図９参照）。

【0092】

続いて、流通溝部グループ１３１の上側に配置される、各流通溝部グループ１３２～１３５を構成する各流通溝部１３Ｃは、７［ｄｅｇ］以下、つまり、２［ｄｅｇ］～７［ｄｅｇ］の傾斜角度θ２で傾斜している。そのため、各流通溝部グループ１３２～１３５を構成する各流通溝部１３Ｃ内に流入した直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］以上の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａを確実に超えた移動速度で下流側へ移動する（図９参照）。従って、各流通溝部グループ１３１～１３５を構成する各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素の気泡は、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。

【0093】

これにより、燃料極集電体１３に形成された燃料流通溝１３Ｂにおいて、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］程度の気泡）が滞留することを抑止することができる。その結果、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子により燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。また、各流通溝部グループ１３２～１３５の各流通溝部１３Ｃは、７［ｄｅｇ］以下、つまり、２［ｄｅｇ］～７［ｄｅｇ］の傾斜角度θ２に設定されているため、各流通溝部グループ１３２～１３５の各流通溝部１３Ｃが占有する上下幅を狭くし、燃料電池７の上下方向（Ｚ軸方向）の小型化を図ることができる。

【0094】

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１０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。

【0095】

［他の第１実施形態］
（Ａ）例えば、燃料極集電体１３に替えて、図１１に示す燃料極集電体８１を用いてもよい。燃料極集電体８１に形成された燃料流通溝８１Ｂの構成について図１１に基づいて説明する。図１１に示すように、燃料極集電体８１に形成された燃料流通溝８１Ｂは、燃料極集電体１３に形成された燃料流通溝１３Ｂとほぼ同じ構成である。従って、下端側の流通溝部グループ１３１（１組目）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１１中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約３４度（第１傾斜角度）、好ましくは、約３４度以上（例えば、約３５度）の傾斜角度θ１（第１傾斜角度）で傾斜するように形成されている。

【0096】

但し、流通溝部グループ１３１の上側に配置される流通溝部グループ１３２（２組目）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１１中、右斜め上方向へ）、水平方向に対して約５度（第２傾斜角度）、好ましくは、約５度以上（例えば、約６度）の傾斜角度θ１１（第２傾斜角度）で傾斜するように形成されている。また、流通溝部グループ１３２の上側に配置される流通溝部グループ１３３を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１１中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約４度（第２傾斜角度）、好ましくは、約４度以上（例えば、約５度）の傾斜角度θ１２（第２傾斜角度）で傾斜するように形成されている。

【0097】

また、流通溝部グループ１３３の上側に配置される流通溝部グループ１３４を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１１中、右斜め上方向へ）、水平方向に対して約３度（第２傾斜角度）、好ましくは、約３度以上（例えば、約４度）の傾斜角度θ１３（第２傾斜角度）で傾斜するように形成されている。また、流通溝部グループ１３４の上側に配置される流通溝部グループ１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１１中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約２度（第２傾斜角度）、好ましくは、約２度以上（例えば、約３度）の傾斜角度θ１４（第２傾斜角度）で傾斜するように形成されている。

【0098】

従って、流通溝部グループ１３１よりも上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ毎（各組毎）に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上側へ傾斜するように設定されている。例えば、各流通溝部グループ１３２～１３５は、傾斜角度θ１１＝５［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１２＝４［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１３＝３［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１４＝２［ｄｅｇ］となるように設定されている。

【0099】

尚、各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、７［ｄｅｇ］以下、つまり、２［ｄｅｇ］～７［ｄｅｇ］の範囲で、上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ毎（各組毎）に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上側へ傾斜するように設定してもよい。

【0100】

次に、図１１に示す燃料極集電体８１の燃料流通溝８１Ｂに対して、上記式（１１）、（１２）の運動方程式を用いて、各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡が移動する移動速度を算出した一例を図１２に基づいて説明する。尚、燃料極拡散層１２を介して各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡の直径ｄ_pは、約０．１［ｍｍ］とした。燃料流通溝８１Ｂの水平方向の幅は、５０［ｍｍ］とした。各流通溝部１３Ｃの断面形状は、図５（Ａ）に示すように、幅Ｗ１＝０．７５［ｍｍ］、高さＨ１＝１．５［ｍｍ］の長方形断面とした。

【0101】

図１２に示すように、下端側の流通溝部グループ１３１を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、全長に渡って、下流方向上側へ（図１２中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して傾斜角度θ１＝３４［ｄｅｇ］で傾斜している。このため、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内に発生した直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａよりも遅い移動速度で下流方向上側へ移動する（図９参照）。

【0102】

そして、各流通溝部１３Ｃ内を移動する二酸化炭素の気泡は、他の気泡と結合して徐々に直径の大きい気泡となり、各流通溝部１３Ｃの下流側端部では、例えば、二酸化炭素の気泡の直径ｄ_pが約０．４［ｍｍ］に達する。その結果、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃ内を移動する二酸化炭素の気泡の移動速度は、下流側端部の近傍では、燃料の平均流速ｕａに達している、若しくは、平均流速ｕａを超えている（図９参照）。

【0103】

また、流通溝部グループ１３１の上側に配置される流通溝部グループ１３２を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、下流方向上側へ（図１２中、右斜め上方向へ）、水平方向に対して傾斜角度θ１１＝５［ｄｅｇ］で傾斜している。このため、流通溝部グループ１３２の各流通溝部１３Ｃ内に流入した直径ｄ_pが約０．４［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａを確実に超えた移動速度で下流側へ移動する（図９参照）。

【0104】

また、流通溝部グループ１３２の上側に配置される各流通溝部グループ１３３～１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃは、水平方向に対して下流方向上側へ、傾斜角度θ１２＝４［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１３＝３［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１４＝２［ｄｅｇ］で傾斜している。従って、直径ｄ_pが約０．４［ｍｍ］以上の二酸化炭素の気泡が、各流通溝部グループ１３３～１３５を構成する３本の流通溝部１３Ｃ内に流入した場合には、燃料の平均流速ｕａを確実に超えた移動速度で下流側へ移動する（図９参照）。

【0105】

以上説明した通り、流通溝部グループ１３１（１組目）の上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）の各流通溝部１３Ｃは、上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ毎（各組毎）に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上側へ傾斜するように設定されている。例えば、各流通溝部グループ１３２～１３５は、傾斜角度θ１１＝５［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１２＝４［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１３＝３［ｄｅｇ］、傾斜角度θ１４＝２［ｄｅｇ］となるように設定されている。

【0106】

これにより、燃料極集電体８１の燃料流通溝８１Ｂの水平方向の幅を、前記実施形態に係る燃料極集電体１３の燃料流通溝１３Ｂの水平方向の幅（例えば、１００ｍｍ）よりも狭い幅、例えば、約半分の幅（例えば、約５０ｍｍ）に設定しても、燃料極集電体８１に形成された燃料流通溝８１Ｂにおいて、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］程度の気泡）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り燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。従って、燃料電池７の水平方向（Ｘ軸方向）の小型化を図ることができる。

【0107】

また、各流通溝部グループ１３２～１３５の各流通溝部１３Ｃは、上側（下流側）に配置される各流通溝部グループ毎に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上側へ傾斜するように設定されている。その結果、各流通溝部グループ１３２～１３５の流通溝部１３Ｃの傾斜角度を、流通溝部グループ１３２と同じ傾斜角度（例えば、傾斜角度θ＝５［ｄｅｇ］）に設定する場合よりも、各流通溝部グループ１３２～１３５の各流通溝部１３Ｃが占有する上下幅を狭くし、燃料電池７の上下方向（Ｚ軸方向）の小型化を図ることができる。

【0108】

［他の第２実施形態］
（Ｂ）また、例えば、燃料極集電体１３に替えて、図１３に示す燃料極集電体９１を用いてもよい。燃料極集電体９１に形成された燃料流通溝９１Ｂの構成について図１３に基づいて説明する。図１３に示すように、燃料極集電体９１に形成された燃料流通溝９１Ｂは、燃料極集電体１３に形成された燃料流通溝１３Ｂとほぼ同じ構成である。従って、下端に設けられた流通溝部グループ１３１（１組目）の上側に配置された各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）の各流通溝部１３Ｃは、前記実施形態と同様に、下流方向上側へ水平方向に対して傾斜角度θ２（例えば、傾斜角度θ２＝２［ｄｅｇ］又は傾斜角度θ２＝２［ｄｅｇ］～７［ｄｅｇ］）で傾斜するように設けられている。

【0109】

但し、燃料流通溝９１Ｂの下端に設けられた流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃは、流入溝部１３Ｆに接続される例えば、全長の約１／３の第１部分Ｍ１（所定長さの部分）と、第１部分Ｍ１の下流側に接続される例えば、全長の約１／３の第２部分Ｍ２と、第２部分Ｍ２の下流側に接続される例えば、全長の約１／３の第３部分Ｍ３と、を有する点で、燃料流通溝１３Ｂと異なっている。各流通溝部１３Ｃの第３部分Ｍ３は、下流側端部が折り返し溝部１３Ｄ１に接続されている。

【0110】

具体的には、流入溝部１３Ｆに接続される各流通溝部１３Ｃの第１部分Ｍ１は、下流方向上側へ（図１３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約３４度（第１傾斜角度）、好ましくは、約３４度以上（例えば、約３５度）の傾斜角度θ１で傾斜するように形成されている。また、各流通溝部１３Ｃの第１部分Ｍ１の下流側に接続される第２部分Ｍ２は、下流方向上側へ（図１３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約２４度（第１傾斜角度）、好ましくは、約２４度以上（例えば、約２５度）の傾斜角度θ２１で傾斜するように形成されている。従って、各流通溝部１３Ｃの第２部分Ｍ２の傾斜角度θ２１は、第１部分Ｍ１の傾斜角度θ１よりも減少するように設定されている。

【0111】

また、各流通溝部１３Ｃの第２部分Ｍ２の下流側に接続される第３部分Ｍ３は、下流方向上側へ（図１３中、左斜め上方向へ）、水平方向に対して約１４度（第１傾斜角度）、好ましくは、約１４度以上（例えば、約１５度）の傾斜角度θ２２で傾斜するように形成されている。従って、各流通溝部１３Ｃの第３部分Ｍ３の傾斜角度θ２２は、第２部分Ｍ２の傾斜角度θ２１よりも減少するように設定されている。

【0112】

これにより、上記式（２）に示すギ酸の酸化反応によって、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃの第１部分Ｍ１内に発生した直径ｄ_pが約０．１［ｍｍ］の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａよりも遅い移動速度で下流方向上側へ移動する。そして、各流通溝部１３Ｃの第１部分Ｍ１の下流側端部の近傍では、二酸化炭素の気泡は他の気泡と結合して、直径ｄ_pが０．２［ｍｍ］以上、例えば、０．２５［ｍｍ］になる。その結果、各流通溝部１３Ｃの第２部分Ｍ２内に流入した二酸化炭素の気泡の移動速度は、第２部分Ｍ２の下流側端部の近傍では、燃料の平均流速ｕａに達している、若しくは、平均流速ｕａを超えている（図９参照）。

【0113】

また、各流通溝部１３Ｃの第２部分Ｍ２の下流側端部の近傍では、二酸化炭素の気泡は他の気泡と結合して、直径ｄ_pが０．４［ｍｍ］以上、例えば、０．６［ｍｍ］になる。その結果、各流通溝部１３Ｃの第２部分Ｍ２内に流入した二酸化炭素の気泡の移動速度は、第３部分Ｍ３の下流側端部の近傍では、燃料の平均流速ｕａに達している、若しくは、平均流速ｕａを超えている（図９参照）。

【0114】

そして、流通溝部グループ１３１（１組目）の上側に配置される、各流通溝部グループ１３２～１３５（２組目以降）を構成する各流通溝部１３Ｃ内に流入した直径ｄ_pが０．６［ｍｍ］以上の二酸化炭素の気泡は、燃料の平均流速ｕａを確実に超えた移動速度で下流側へ移動する（図９参照）。従って、各流通溝部グループ１３１～１３５を構成する各流通溝部１３Ｃ内に発生する二酸化炭素の気泡は、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。

【0115】

これにより、燃料極集電体９１に形成された燃料流通溝９１Ｂにおいて、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］程度の気泡）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り燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。

【0116】

また、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃは、第２部分Ｍ２の傾斜角度θ２１は、第１部分Ｍ１の傾斜角度θ１（第１傾斜角度）よりも減少するように設定され、第２部分Ｍ２の下流側に接続される第３部分Ｍ３の傾斜角度θ２２は、第２部分Ｍ２の傾斜角度θ２１よりも減少するように設定されている。これにより、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃが占有する上下幅を狭くし、燃料電池７の上下方向（Ｚ軸方向）の小型化を図ることができる。

【0117】

尚、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃは、第１部分Ｍ１～第３部分Ｍ３に分けたが、４つ以上の部分に分けて、それぞれの部分の水平方向に対する傾斜角度が下流側に向かって、傾斜角度θ１から順次減少するように構成してもよい。また、流通溝部グループ１３１の各流通溝部１３Ｃの分割数を多くすると共に、それぞれの部分の水平方向に対する傾斜角度が下流側に向かって、傾斜角度θ１から順次減少するように設定して、略円弧状に構成してもよい。

【0118】

［他の第３実施形態］
（Ｃ）また、例えば、図３に示す燃料極集電体１３の燃料流通溝１３Ｂと、図１１に示す燃料極集電体８１の燃料流通溝８１Ｂと、図１３に示す燃料極集電体９１の燃料流通溝９１Ｂと、において、互いに所定間隔を空けて並列配置された３本の流通溝部１３Ｃが、それぞれ折り返しにより蛇行する所謂サーペンタイン形状流路に構成されるようにしてもよい。

【0119】

具体的には、各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４に替えて、各流通溝部グループ１３１～１３５の各流通溝部１３Ｃの各折り返し溝部１３Ｄ１～１３Ｄ４側の端部同士を水平方向に所定間隔を空けて、それぞれ上下方向に延ばして互いに接続するようにしてもよい。これにより、各燃料極集電体１３、８１、９１に形成された各燃料流通溝１３Ｂ、８１Ｂ、９１Ｂにおいて、二酸化炭素の小さな気泡（例えば、直径ｄ_pが０．１［ｍｍ］程度の気泡）が滞留することを抑止することができる。その結果、燃料極触媒層１１の電極触媒粒子により燃料（ギ酸水溶液）の酸化反応が増え、発電量の低下を抑止することができる。

【0120】

（Ｄ）前記実施形態と前記他の第１実施形態乃至前記他の第３実施形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

【符号の説明】

【0121】

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、９１Ｂ 燃料流通溝
１３Ｃ 流通溝部
１３Ｄ１～１３Ｄ４ 折り返し溝部
１３Ｆ 流入溝部
１３Ｇ 流出溝部
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
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】

【図11】

【図12】

【図13】