本发明涉及燃料电池。
背景技术
近几年，作为燃料电池提出了各种与使用甲酸，甲醇等液体燃料的燃料电池相关的技术。例如，日本特开2007-95692号公报所记载的燃料电池具备以具有绝缘性的隔板为中心，在其两侧相互对置且在长边方向上以恒定间隔配置的多个发电单元。各发电单元由与隔板的两侧紧贴地配置的阳极部、与该阳极部紧贴地配置的膜-电极接合体(MEA)、以及与该MEA紧贴地配置的阴极部构成。
在阳极部设置有沿着纵长方形的第一路径部件的长度方向以任意间隔配置为直线状态，并交替地连结其两端而形成为蜿蜒形状的在厚度方向上贯通的第一流路。第一流路的一侧端部(下侧的端部)与形成于隔板的歧管的流出口相互连通。另外，第一流路的另一侧端部(上侧的端部)与歧管的流入口相互连通。由此，构成为燃料从歧管的流入口通过形成于蜿蜒形状的第一流路并经由上方的流出口而向歧管流动，向MEA的第一电极层分散供给。
然而，在日本特开2007-95692号公报所记载的燃料电池中，第一流路的两端部折弯为大致直角，所以存在燃料被氧化而产生的二氧化碳(CO2)和燃料滞留于在上下方向上连接两端部的流路的上方侧的角部，而燃料难以顺畅流动，发电量降低之类的问题。
技术实现要素：
本发明提供一种能够在形成于燃料极的燃料流通槽中，防止燃料与二氧化碳的滞留并能够抑制发电量的降低的燃料电池。
根据本发明的第一实施方式，将含有甲酸或者醇的液体作为燃料使用的直接液体型的燃料电池包含：燃料极，其具有燃料极催化剂层、燃料极扩散层和燃料极集电体；空气极，其具有空气极催化剂层、空气极扩散层和空气极集电体；以及电解质膜，其配置在上述燃料极催化剂层与上述空气极催化剂层之间。上述燃料极集电体具有：燃料流入口，其供给上述燃料；燃料流出口，其排出上述燃料；以及燃料流通槽，其形成在与上述燃料极扩散层抵接的一侧的燃料流通面，将上述燃料从上述燃料流入口向上述燃料流出口引导。上述燃料流通槽具有：多个流通槽部，其从上述燃料流通面的一侧边缘部向与上述一侧边缘部对置的另一侧边缘部延伸，相互隔开规定间隔而并列配置；以及多个折回槽部，其以包含上述燃料流动的方向成为相反方向的相互相邻的多组上述多个流通槽部的方式，将上述多组中的相邻的两组上述多个流通槽部的上述一侧边缘部的端部或者上述另一侧边缘部的端部连接。上述多个折回槽部的各个具有该多个折回槽部的与上述流通槽部的上述端部对置的第一内侧壁面部，上述第一内侧壁面部具有在与上述流通槽部延伸的方向正交的方向上，随着朝向该第一内侧壁面部的两端部而到相对置的上述流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面形状。
根据本发明的第二实施方式，在上述第一实施方式的燃料电池中，上述燃料流通槽具有：流入槽部，该流入槽部与上述燃料流入口连接，并且连接以上述燃料最初流入的方式构成的上述多组中的一组上述多个流通槽部的与上述折回槽部相反的一侧的端部，上述流入槽部具有该流入槽部的与上述流通槽部的端部对置的第二内侧壁面部。上述第二内侧壁面部具有在与上述流通槽部延伸的方向正交的方向上，随着朝向该第二内侧壁面部的流出侧端部而到相对置的上述流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面形状。
根据本发明的第三实施方式，在上述第一实施方式或者上述第二实施方式的燃料电池中，上述燃料流通槽具有：流出槽部，其与上述燃料流出口连接，并且连接以上述燃料最后流入的方式构成的上述多组中的一组上述多个流通槽部的与上述折回槽部相反的一侧的端部，上述流出槽部具有该流出槽部的与上述流通槽部的端部对置的第三内侧壁面部。上述第三内侧壁面部具有在与上述流通槽部延伸的方向正交的方向上，随着朝向该第三内侧壁面部的流入侧端部而到相对置的上述流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面形状。
根据本发明的第四实施方式，在上述第一实施方式～上述第三实施方式中的任一个燃料电池中，上述燃料流通槽具有：多个肋部，其配置在上述多个流通槽部之间，上述多个肋部在分别与上述第一内侧壁面部、上述第二内侧壁面部以及上述第三内侧壁面部对置的上述流通槽部的端部具有与上述流通槽部相比朝向外侧并以俯视下圆弧状突出的多个突出部。
根据本发明的第五实施方式，在上述第四实施方式的燃料电池中，向上述折回槽部突出的上述多个突出部形成为在与上述流通槽部延伸的方向正交的方向上，随着从上述折回槽部的两端部朝向上述燃料流动的方向反转的上述多组中的两组上述多个流通槽部之间的边界，上述突出部的突出高度逐渐变低。
根据第一实施方式，燃料极集电体在与燃料极扩散层抵接的一侧的燃料流通面形成有将含有甲酸或者醇的燃料从燃料流入口引导到燃料流出口的燃料流通槽。燃料流通槽具有：从燃料流通面的一侧边缘侧向与一侧边缘对置的另一侧边缘侧延伸，且相互隔开规定间隔而并列配置的多个流通槽部；以及以包含燃料流动的方向成为相反方向的相互相邻的多组上述多个流通槽部的方式，连接相邻的两组多个流通槽部的一侧边缘侧的端部或者另一侧边缘侧的端部的多个折回槽部。而且，多个折回槽部各自的与流通槽部的端部对置的内侧壁面部形成为随着朝向与流通槽部延伸的方向正交的方向的两端部而到相对置的流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面状。
由此，形成于燃料极的燃料流通面的多个折回槽部随着朝向与流通槽部延伸的方向正交的方向的两端部而从内侧壁面部到流通槽部的端部的距离变窄，所以能够减少滞留在与流通槽部延伸的方向正交的方向的两端部的燃料、二氧化碳。另外，从流通槽部向折回槽部流出的燃料沿着折回槽部的内侧壁面部流动，并顺畅地流入下游侧的多个流通槽部而流动，所以燃料极催化剂层与燃料的反应增加，能够抑制发电量的降低。
根据第二实施方式，燃料流通槽具有与燃料流入口连接并且连接燃料最初流入的组的多个流通槽部的与折回槽部相反的一侧的端部的流入槽部。而且，流入槽部的与流通槽部的端部对置的内侧壁面部形成为随着朝向与流通槽部延伸的方向正交的方向的流出侧端部而到相对置的流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面状。由此，流入槽部能够减少滞留在与流通槽部延伸的方向正交的方向的流出侧端部的燃料、二氧化碳，能够将从燃料流入口流入的燃料顺畅地向多个流通槽部引导。其结果是，燃料极催化剂层与燃料的反应增加，能够抑制发电量的降低。
根据第三实施方式，燃料流通槽具有与燃料流出口连接并且连接燃料最后流的组的多个流通槽部的与折回槽部相反的一侧的端部的流出槽部。而且，流出槽部的与流通槽部的端部对置的内侧壁面部形成为随着朝向与流通槽部延伸的方向正交的方向的流入侧端部而到相对置的流通槽部的端部的距离逐渐变窄的曲面状。由此，能够减少滞留在流出槽部的与流通槽部延伸的方向正交的方向的流入侧端部的燃料、二氧化碳，能够将从多个流通槽部流入的燃料顺畅地向燃料流出口引导。其结果是，燃料极催化剂层与燃料的反应增加，能够抑制发电量的降低。
根据第四实施方式，配置在流通槽部之间的多个肋部在与内侧壁面部对置的端部具有与相邻的流通槽部相比朝向外侧并以俯视下圆弧状突出的突出部。由此，能够将从流通槽部流出的燃料沿着突出部的外周面顺畅地向与流通槽部延伸的方向正交的方向的下游侧引导，并且再次向配置在下游侧的流通槽部内顺畅地引导，能够进一步减少滞留在折回槽部、流入槽部、或者流出槽部的与流通槽部延伸的方向正交的方向的端部的燃料、二氧化碳。
根据第五实施方式，向折回槽部突出的多个突出部形成为随着从折回槽部的与流通槽部延伸的方向正交的方向的两端部朝向燃料的流动方向反转的两组多个流通槽部之间，突出高度逐渐变低。由此，能够以使从流通槽部向折回槽部内流入的燃料向与流通槽部延伸的方向正交的方向的大致中央部顺畅流动的方式对其进行引导，能够进一步减少滞留在折回槽部的与流通槽部延伸的方向正交的方向的两端部的燃料、二氧化碳。
附图说明
图1是说明本实施方式的燃料电池系统的整体结构的立体图。
图2是说明本实施方式的燃料电池的结构的分解立体图。
图3是从燃料流通面观察燃料极集电体的主视图。
图4是表示图3的IV部分的放大图。
图5是从图4的箭头V观察的放大立体图。
图6是表示在图3所示的燃料极集电体中流动的燃料的流速分布的一个例子的图。
图7是从燃料流通面观察比较例的燃料极集电体的主视图。
图8是表示图7的VIII部分的放大立体图。
图9是表示在图7所示的燃料极集电体中流动的燃料的流速分布的一个例子的图。
图10是表示其它第一实施方式的燃料极集电体的放大立体图。
具体实施方式
以下，参照附图并且详细地说明将本发明的燃料电池具体化的一实施方式。首先，基于图1来说明具备本实施方式的燃料电池7的燃料电池系统1的概略结构。另外，在本实施方式中说明的燃料电池系统1的燃料电池7是以甲酸或者甲醇等醇的水溶液为燃料的直接液体型的燃料电池，在以下的说明中，以将甲酸作为燃料的直接甲酸型的燃料电池为例进行说明。
这里，直接液体型的燃料电池是指将液体的燃料不改性地直接投入燃料极的燃料电池。而且，直接甲酸型的燃料电池是作为燃料使用甲酸，将甲酸不改性地直接投入构成燃料电池7的燃料极10(参照图1)的燃料电池。另外，各图中的X轴、Y轴、Z轴相互正交，Z轴方向对应于上下方向(铅垂方向)，Y轴方向对应于厚度方向，X轴方向对应于水平宽度方向。
[燃料电池系统的简要结构]
如图1所示，燃料电池系统1由燃料箱50、泵52、燃料电池7、排液箱60等构成。在燃料箱50储存有含有规定浓度的甲酸的溶液(甲酸水溶液)。甲酸水溶液的浓度例如是约10％～约40％。另外，燃料供给管51的一端与燃料箱50连接。燃料供给管51的另一端与在燃料电池7的下端部开口的燃料流入口17A连接。泵52是电动泵，配置在燃料供给管51的中途，将燃料箱50内的燃料向燃料电池7的燃料流入口17A供给(压送)。
在排液箱60储存有在燃料电池7内使用后、并被排出的燃料；以及由构成燃料电池7的空气极20产生并被回收的水。燃料排出配管61的另一端与排液箱60连接。燃料排出配管61的一端与在燃料电池7的上端部开口的燃料流出口17B连接。另外，回收配管62的另一端与排液箱60连接。回收配管62的一端侧与设置在空气极20的下方的空气流出口25B连接。
而且，在廃液箱60的上部设置有将内部与外部连通的排气口(未图示)。若廃液箱60内的气体的压力比规定压力高，则廃液箱60内的气体被从设置在上部的排气口(未图示)向廃液箱60外排出。另外，燃料电池7使用从燃料流入口17A流入并从燃料流出口17B排出的燃料来发电。下面对燃料电池7的详细构造进行说明。
[燃料电池的简要结构]
接下来，基于图1以及图2对燃料电池7的简要结构进行说明。如图1以及图2所示，由空气极20和燃料极10沿厚度方向夹着电解质膜30而一体地构成燃料电池7。空气极20将与电解质膜30的一面紧贴的空气极催化剂层21、空气极扩散层22、空气极集电体23按该顺序层叠而构成。燃料极10将与电解质膜30的另一面紧贴的燃料极催化剂层11、燃料极扩散层12、燃料极集电体13按该顺序层叠而构成。
空气极集电体23由厚度为约1～10[mm]左右的具有导电性的平板状的金属等形成。如图1所示，电负载(例如电动马达)的一端与空气极集电体23电连接。如图2所示，空气极集电体23具有与空气极扩散层22抵接的空气流通面23A，在空气流通面23A形成有在空气极扩散层22侧开口的空气流通槽23B。
空气流通槽23B使从相对于空气极集电体23的空气流出口25B形成在对角线上的上方侧的空气流入口25A供给(压送)的空气、与空气极扩散层22接触并且向形成在空气极集电体23的下方侧的空气流出口25B引导。因此，在空气流通槽23B内流动的空气在空气极扩散层22中扩散。另外，也可以从外部向空气流入口25A供给(压送)干燥的氧气。
空气流通槽23B设置有多个流通槽部23C，该多个流通槽部23C沿着宽度方向从空气流通面23A的一侧边缘侧(例如在图2中，为左侧边缘侧)向与一侧边缘对置的另一侧边缘侧(例如在图2中，为右侧边缘侧)延伸，相互隔开规定间隔而并列配置，并供空气流动。另外，在该流通槽部23C的上下方向之间例如以与流通槽部23C的上下方向的宽度大致相同的上下方向的宽度形成有与空气极扩散层22抵接的凸台部(肋部)23E。凸台部(肋部)23E将空气极集电体23和空气极扩散层22导通。
另外，在图2中，空气流入口25A在左上角部与沿铅垂方向延伸的流入槽部23F连接。另外，在图2中，空气流出口25B在右下角部与沿铅垂方向延伸的流出槽部23G连接。而且，多个流通槽部23C的各个通过形成在空气极集电体23的一侧边缘或者另一侧边缘的附近并沿大致铅垂方向延伸的各折回槽部23D1～23D4而连接。另外，在图2中，多个流通槽部23C在左上角部与流入槽部23F连接，在图2中，在右下角部与流出槽部23G连接。
因此，从空气流入口25A向流入槽部23F流入的空气在各流通槽部23C中，被从一侧边缘向另一侧边缘引导，在各折回槽部23D1～23D4反复进行方向转换，而在空气流通槽23B内流动，在空气极扩散层22中扩散。然后，流入到流出槽部23G的空气从空气流出口25B向回收配管62(参照图1)流动。
空气极扩散层22形成为厚度为约0.05～约0.5[mm]左右的层状。空气极扩散层22是能够使水以及空气透过并且具有电子传导性的多孔质材料，例如能够使用碳纸、碳布。空气极扩散层22一边使从空气极集电体23的空气流入口25A流入的空气(氧)扩散一边将其向空气极催化剂层21引导。外部空气所含的氧向空气极扩散层22渗透并到达空气极催化剂层21的电极催化剂粒子。
空气极催化剂层21形成为厚度为约0.05～约0.5[mm]左右的层状。空气极催化剂层21具备空气极的电极催化剂粒子(未图示)、和承载电极催化剂粒子的电极催化剂承载体(未图示)。空气极20的电极催化剂粒子是促进还原空气中的氧的反应的反应速度的催化剂的粒子，例如能够使用铂(Pt)粒子。电极催化剂承载体只要能够承载电极催化剂粒子并具有导电性即可，例如能够使用碳粉末。在作为燃料使用了甲酸的情况下，通过空气极催化剂层21的电极催化剂粒子，进行下述式(1)所示的氧化还原反应。另外，所生成的水(H2O)在空气流通槽23B内流动，从空气极集电体23的空气流出口25B经由回收配管62而被向排液箱60引导(参照图1、图2)。
2H 1/2O2 2e-→H2O···(1)
燃料极集电体13由厚度为约1.0～约10[mm]左右的具有导电性的平板状的金属形成。燃料极集电体13具有与燃料极扩散层12抵接的燃料流通面13A，在燃料流通面13A形成有在燃料极扩散层12的侧开口的燃料流通槽13B。燃料流通槽13B使从形成于燃料极集电体13的下方侧的燃料流入口17A供给的燃料与燃料极扩散层12接触并且将其向形成于燃料极集电体13的上方侧的燃料流出口17B引导。因此，在燃料流通槽13B内流动的燃料在燃料极扩散层12中扩散。
燃料流通槽13B设置有多个流通槽部13C，该多个流通槽部13C沿着宽度方向从燃料流通面13A的一侧边缘侧(例如在图2中，为右侧边缘侧)向与一侧边缘对置的另一侧边缘侧(例如在图2中，为左侧边缘侧)延伸，且相互隔开规定间隔而并列配置，并供燃料流动。另外，为了回收电子e-，在该流通槽部13C的上下方向之间例如以与流通槽部13C的上下方向的宽度大致相同的上下方向的宽度形成有与燃料极扩散层12抵接的肋状的凸台部(肋部)13E。如图1所示，电负载(例如电动马达)的另一端与燃料极集电体13连接。
燃料极扩散层12形成为厚度为约0.05～约0.5[mm]左右的层状。燃料极扩散层12是使甲酸水溶液能够渗透到内部并且具有电子传导性的多孔质材料，例如能够使用碳纸、碳布。燃料极扩散层12一边使向形成于燃料极集电体13的燃料流通面13A的燃料流通槽13B流动的燃料扩散一边将其向燃料极催化剂层11引导。
燃料极催化剂层11形成为厚度为约0.05～约0.5[mm]左右的层状。燃料极催化剂层11具备电极催化剂粒子(未图示)、和承载电极催化剂粒子的电极催化剂承载体(未图示)。燃料极10的电极催化剂粒子是促进作为燃料的甲酸的氧化反应的速度的催化剂的粒子，例如能够使用钯(Pd)粒子。电极催化剂承载体只要能够承载电极催化剂粒子并且具有导电性即可，例如能够使用碳粉末。在作为燃料使用了甲酸的情况下，通过燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子，进行下述式(2)所示的氧化反应。
HCOOH→CO2 2H 2e-···(2)
电解质膜30形成为厚度为约0.01～约0.3[mm]左右的薄膜状。电解质膜30是被夹在燃料极10的燃料极催化剂层11与空气极20的空气极催化剂层21之间，不具有电子传导性，能够透过水以及氢离子(质子)H 的质子更换膜。电解质膜30例如能够使用DuPont公司制的Nafion(注册商标)等全氟磺酸系膜。另外，也可以将燃料极催化剂层11、燃料极扩散层12、电解质膜30、空气极催化剂层21以及空气极扩散层22接合而一体化。
[燃料流通槽的结构]
接下来，基于图2～图5对燃料极集电体13的燃料流通槽13B的结构进行说明。如图2以及图3所示，燃料流通槽13B设置有多个流通槽部13C，该多个流通槽部13C沿着水平宽度方向从燃料流通面13A的一侧边缘侧(例如在图2中，为右侧边缘侧)向另一侧边缘侧(例如在图2中，为左侧边缘侧)延伸，相互隔开规定间隔而并列配置，并供燃料流动。
而且，下端侧的四个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图3中，右侧)的各端部与从形成于下端部的燃料流入口17A向上方延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆的上半部分形状的流入槽部13F连接。另外，下端侧的四个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图3中，左侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图3中，左侧)的各端部例如与向上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆形状的折回槽部13D1连接。
由此，从燃料流入口17A向流入槽部13F流入的燃料向下端侧的四个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图3中，左侧)流动，而流入折回槽部13D1的下方侧。而且，流入到折回槽部13D1的燃料向配置在折回槽部13D1的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向一侧边缘侧(在图3中，右侧)流动。因此，下端侧的四个流通槽部13C和其上侧的三个流通槽部13C构成燃料的流动方向成为相反方向的相互相邻的两组流通槽部组131、132。
另外，构成流通槽部组132的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图3中，右侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图3中，右侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆形状的折回槽部13D2连接。
由此，从构成流通槽部组132的三个流通槽部13C向折回槽部13D2的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部13D2的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图3中，左侧)流动。因此，在构成流通槽部组132的三个流通槽部13C的上侧配置的三个流通槽部13C与流通槽部组132的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组133。
另外，构成流通槽部组133的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图3中，左侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图3中，左侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆形状的折回槽部13D3连接。
由此，从构成流通槽部组133的三个流通槽部13C向折回槽部13D3的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部13D3的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向一侧边缘侧(在图3中，右侧)流动。因此，在构成流通槽部组133的三个流通槽部13C的上侧配置的三个流通槽部13C与流通槽部组133的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组134。
另外，构成流通槽部组134的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图3中，右侧)的各端部、和其上侧的四个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图3中，右侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆形状的折回槽部13D4连接。
由此，从构成流通槽部组134的三个流通槽部13C向折回槽部13D4的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部13D4的上方侧的四个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图3中，左侧)流动。因此，在构成流通槽部组134的三个流通槽部13C的上侧配置的四个流通槽部13C与流通槽部组134的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组135。
而且，构成流通槽部组135的四个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图3中，左侧)的各端部与从形成在燃料极集电体13的上端部的燃料流出口17B向下方延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆的下半部分形状的流出槽部13G连接。由此，从构成流通槽部组135的四个流通槽部13C向流出槽部13G流入的燃料从燃料流出口17B向燃料排出配管61(参照图1)流动。
这里，基于图4以及图5对折回槽部13D4的结构进行说明。另外，折回槽部13D2是与折回槽部13D4大致相同的结构。流入槽部13F是与折回槽部13D4的上下方向的上半部分大致相同的结构。另外，各折回槽部13D1、13D3是与相对于折回槽部13D4的铅垂线线对称的结构大致相同的结构。流出槽部13G是与相对于折回槽部13D4的铅垂线线对称的结构的下半部分大致相同的结构。
如图4以及图5所示，折回槽部13D4形成为沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下半椭圆形状，以相对于各流通槽部13C的深度的约2倍的深度向厚度方向凹陷。另外，与各流通槽部13C的一侧边缘侧(在图4中，右侧)的端部对置的内侧壁面部15形成为随着从折回槽部13D4的上下方向中央部朝向折回槽部13D4的上下方向的两端部而到相对置的流通槽部13C的端部的距离逐渐变窄的曲面状。这里，折回槽部13D1～13D4的内侧壁面部15例如也可以称为第一内侧壁面部。流入槽部13F的内侧壁面部15例如也可以称为第二内侧壁面部。流出槽部13G的内侧壁面部15例如也可以称为第三内侧壁面部。
具体而言，例如折回槽部13D4的内侧壁面部15形成为以下那样的半椭圆形状，即、将从位于上端的流通槽部13C的上侧的侧壁部71到位于下端的流通槽部13C的下侧的侧壁部72的距离的约1/2的长度设为长半径R1，并将折回槽部13D4的深度的约2倍、即相对于各流通槽部13C的深度的约4倍的长度设为短半径R2的正视图下半椭圆形状。
另外，在各凸台部(肋部)13E的与内侧壁面部15对置的各端部形成有突出部73，该突出部73从折回槽部13D4的底面遍及各凸台部13E的整个高度，与相邻的流通槽部13C相比朝向宽度方向外侧以俯视下圆弧状突出。另外，俯视下半椭圆形状的内侧壁面部15的长径例如以通过各突出部73的前端部的方式配置。
由此，在流通槽部组134的各流通槽部13C中流动的燃料被各突出部73与内侧壁面部15的下方侧部分引导，而顺畅地流入折回槽部13D4内的下方侧。而且，流入到折回槽部13D4内的燃料通过各突出部73与内侧壁面部15的上方侧部分而在折回槽部13D4内被向上方引导，而向流通槽部组135的各流通槽部13C内流入。
接下来，基于图6来说明对如上述那样构成的燃料电池7的燃料极集电体13供给(压送)浓度约10％～40％的甲酸水溶液的燃料时的、由CAE(Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)解析进行流体解析的燃料的流速分布的结果的一个例子。如图6所示，从形成在燃料极集电体13的下端部的燃料流入口17A向流入槽部13F流入的燃料几乎不停滞地流入构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C。
而且，从构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C向折回槽部13D1流入的燃料几乎不在折回槽部13D1内停滞地流入构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C。因此，在构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速比在构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C中流动的燃料的流速稍快。
接着，从构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C向折回槽部13D2流入的燃料几乎不在折回槽部13D2内停滞地流入构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C。因此，在构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速是与在构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速大致相同的流速。
然后，从构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C向折回槽部13D3流入的燃料几乎不在折回槽部13D3内停滞地流入构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C。因此，在构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速是与在构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速大致相同的流速。
接着，从构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C向折回槽部13D4流入的燃料几乎不在折回槽部13D4内停滞地流入构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C。因此，在构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C中流动的燃料的流速比在构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速稍慢。
然后，从构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C向流出槽部13G流入的燃料几乎不在流出槽部13G内停滞而向燃料流出口17B流入、排出。因此，在燃料流出口17B中流动的燃料的流速是与在燃料流入口17A中流动的燃料的流速大致相同的流速。
如上所述，流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G随着朝向上下方向各自的端部，而从内侧壁面部15到流通槽部13C的端部的距离变窄。因此，推测为流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G的上下方向各自的端部的燃料的流速为零[m/sec]而滞留的位置几乎消失。
其结果是，由上述式(2)所示的甲酸的氧化反应而生成的二氧化碳(CO2)与甲酸水溶液的燃料一起顺畅地在各流通槽部13C中流动，所以在流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G中，能够抑制二氧化碳聚集而成为气泡，燃料(甲酸水溶液)与二氧化碳滞留的情况。即、由燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子引起的燃料(甲酸水溶液)的氧化反应增加，能够抑制燃料电池7的发电量的降低。
[比较例]
这里，基于图7～图9对作为燃料电池7的燃料极集电体13的比较例的燃料极集电体81进行说明。另外，在以下的说明中，与上述实施方式的燃料极集电体13的结构等相同的附图标记表示与上述实施方式的燃料极集电体13的结构等相同或者相当的部分。
首先，基于图7以及图8对燃料极集电体81的结构进行说明。如图7以及图8所示，燃料极集电体81的结构是与燃料极集电体13的结构大致相同的结构。其中，如图7所示，燃料极集电体81代替燃料流通槽13B而在设置有燃料流通槽81B这一点上不同。另外，在各凸台部(肋部)13E的水平宽度方向的两端部没有形成突出部73这一点上也不同。
具体而言，燃料流通槽81设置有多个流通槽部13C，该多个流通槽部13C沿着宽度方向从燃料流通面13A的一侧边缘侧(例如在图7中，右侧边缘侧)向另一侧边缘侧(例如在图7中，左侧边缘侧)延伸，相互隔开规定间隔而并列配置，并供燃料流动。而且，下端侧的四个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图7中，右侧)的各端部与从形成于下端部的燃料流入口17A向上方延伸并封闭上端部的正视图下纵长大致矩形的流入槽部81F连接。另外，下端侧的四个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图7中，左侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图7中，左侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形的折回槽部81D1连接。
由此，从燃料流入口17A向流入槽部81F流入的燃料向下端侧的四个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图7中，左侧)流动，向折回槽部81D1的下方侧流入。然后，向折回槽部81D1流入的燃料向配置在折回槽部81D1的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向一侧边缘侧(在图7中，右侧)流动。因此，下端侧的四个流通槽部13C、和其上侧的三个流通槽部13C构成燃料的流动方向成为相反方向的相互相邻的两组流通槽部组131、132。
另外，构成流通槽部组132的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图7中，右侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图7中，右侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形的折回槽部81D2连接。
由此，从构成流通槽部组132的三个流通槽部13C向折回槽部81D2的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部81D2的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图7中，左侧)流动。因此，在构成流通槽部组132的三个流通槽部13C的上侧配置的三个流通槽部13C与流通槽部组132的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组133。
另外，构成流通槽部组133的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图7中，左侧)的各端部、和其上侧的三个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图7中，左侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形的折回槽部81D3连接。
由此，从构成流通槽部组133的三个流通槽部13C向折回槽部81D3的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部13D3的上方侧的三个流通槽部13C流入，并向一侧边缘侧(在图3中，右侧)流动。因此，在构成流通槽部组133的三个流通槽部13C的上侧配置的三个流通槽部13C与流通槽部组133的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组134。
另外，构成流通槽部组134的三个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图7中，右侧)的各端部、和其上侧的四个流通槽部13C的一侧边缘侧(在图7中，右侧)的各端部例如与沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形的折回槽部81D4连接。
由此，从构成流通槽部组134的三个流通槽部13C向折回槽部81D4的下方侧流入的燃料向配置在折回槽部81D4的上方侧的四个流通槽部13C流入，并向另一侧边缘侧(在图7中，左侧)流动。因此，在构成流通槽部组134的三个流通槽部13C的上侧配置的四个流通槽部13C与流通槽部组134的上侧相邻而配置，并构成燃料的流动方向成为相反方向的一组流通槽部组135。
而且，构成流通槽部组135的四个流通槽部13C的另一侧边缘侧(在图7中，左侧)的各端部与从形成在燃料极集电体81的上端部的燃料流出口17B向下方延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形的流出槽部81G连接。由此，从构成流通槽部组135的四个流通槽部13C向流出槽部81G流入的燃料从燃料流出口17B向燃料排出配管61(参照图1)流动。
这里，基于图7以及图8对折回槽部81D4的结构进行说明。另外，折回槽部81D2是与折回槽部81D4大致相同的结构。流入槽部81F是与折回槽部81D4的上下方向的上半部分大致相同的结构。另外，各折回槽部81D1、81D3是与相对于折回槽部81D4的铅垂线线对称的结构大致相同的结构。流出槽部81G是与相对于折回槽部81D4的铅垂线线对称的结构的下半部分大致相同的结构。
如图7以及图8所示，折回槽部81D4形成为沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形，以相对于各流通槽部13C的深度的约2倍的深度沿厚度方向凹陷。另外，与各流通槽部13C的一侧边缘侧(在图8中，右侧)的端部对置的内侧壁面部83形成为到相对置的流通槽部13C的端部的距离遍及上下方向全长而大致恒定。
具体而言，例如折回槽部81D4形成为将从位于上端的流通槽部13C的上侧的侧壁部71到位于下端的流通槽部13C的下侧的侧壁部72的距离的长度设为上下方向的一边，将折回槽部81D4的深度的约2倍、即相对于各流通槽部13C的深度的约4倍的长度设为左右宽度方向的一边的正视图下纵长大致矩形。
因此，各凸台部(肋部)13E的与内侧壁面部83对置的各端部与各流通槽部13C的与内侧壁面部83对置的各端部一起形成与内侧壁面部83平行的壁面部。即、在各凸台部(肋部)13E的与内侧壁面部83对置的各端部没有设置俯视下圆弧状的突出部73这一点，也与燃料流通槽13B的结构不同。因此，在流通槽部组134的各流通槽部13C中流动的燃料向折回槽部81D4内的下方侧流入。然后，向折回槽部81D4内流入的燃料通过内侧壁面部83的上方侧部分而在折回槽部81D4内被向上方引导，并向流通槽部组135的各流通槽部13C内流入。
接下来，基于图9来说明向如上述那样构成的燃料电池7的燃料极集电体81供给(压送)浓度约10％～40％的甲酸水溶液的燃料时的、通过CAE(Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)解析进行流体解析的燃料的流速分布的结果的一个例子。如图9所示，从形成于燃料极集电体81的下端部的燃料流入口17A向流入槽部81F流入的燃料在流入槽部81F的宽度方向外侧(在图9中，右侧)的上端角部形成流速大致为零[m/sec]的滞留区域85A并且向构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C流入。
而且，从构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C向折回槽部81D1流入的燃料在折回槽部81D1的宽度方向外侧(在图9中，左侧)的下端角部和上端角部的各个形成流速大致为零[m/sec]的各滞留区域85B、85C并且向构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C流入。另外，在构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速比在构成流通槽部组131的四个各流通槽部13C中流动的燃料的流速稍快。
接着，从构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C向折回槽部81D2流入的燃料在折回槽部81D2的宽度方向外侧(在图9中，右侧)的下端角部和上端角部的各个形成流速大致为零[m/sec]的各滞留区域85D、85E并且流入构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C。另外，在构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速是与在构成流通槽部组132的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速大致相同的流速。
而且，从构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C向折回槽部81D3流入的燃料在折回槽部81D3的宽度方向外侧(在图9中，左侧)的下端角部和上端角部的各个形成流速大致为零[m/sec]的各滞留区域85F、85G并且流入构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C。另外，在构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速是与在构成流通槽部组133的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速大致相同的流速。
接着，从构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C向折回槽部81D4流入的燃料在折回槽部81D4的宽度方向外侧(在图9中，右侧)的下端角部和上端角部的各个形成流速大致为零[m/sec]的各滞留区域85H、85I并且流入构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C。另外，在构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C中流动的燃料的流速比在构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C中流动的燃料的流速稍慢。
然后，从构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C向流出槽部81G流入的燃料在流出槽部81G的宽度方向外侧(在图9中，左侧)的下端角部形成流速大致为零[m/sec]的滞留区域85J并且向燃料流出口17B流入、排出。因此，在燃料流出口17B中流动的燃料的流速是与在燃料流入口17A中流动的燃料的流速大致相同的流速。
如上所述，流入槽部81F、各折回槽部81D1～81D4以及流出槽部81G形成为沿上下方向延伸并且向宽度方向外侧突出的正视图下纵长大致矩形。因此，推测为流入槽部81F、各折回槽部81D1～81D4以及流出槽部81G在宽度方向外侧的上端角部和下端角部形成有燃料的流速大致为零[m/sec]的各滞留区域85A～85J。
因此，通过上述式(2)所示的甲酸的氧化反应而生成的二氧化碳(CO2)在各滞留区域85A～85J中与甲酸水溶液的燃料一起滞留而成为气泡，有可能滞留在燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子(例如Pd)的表面上。其结果是，若二氧化碳滞留在燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子(例如Pd)的表面上，则甲酸很难吸附在电极催化剂粒子表面，所以存在阻碍上述式(2)所示的甲酸的氧化反应的进行，燃料电池7的发电量降低的担忧。
如以上详细说明那样，在本实施方式的燃料电池7中，构成燃料极集电体13的燃料流通槽13B的流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G随着朝向上下方向各自的端部，从内侧壁面部15到流通槽部13C的端部的距离变窄。即、流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G的内侧壁面部15形成为随着朝向上下方向的两端部，而到相对置的流通槽部13C的端部的距离逐渐变窄的曲面状。
由此，对于流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G而言，几乎没有上下方向各自的端部的燃料的流速为零[m/sec]而滞留的位置。其结果是，通过上述式(2)所示的甲酸的氧化反应而生成的二氧化碳(CO2)与甲酸水溶液的燃料一起顺畅地在各流通槽部13C中流动，所以在流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G中，能够抑制二氧化碳聚集而成为气泡，燃料(甲酸水溶液)与二氧化碳滞留的情况。即、由燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子引起的燃料(甲酸水溶液)的氧化反应增加，能够抑制燃料电池7的发电量的降低。
另外，配置在流通槽部13C之间的多个凸台部13E在与内侧壁面部15对置的端部具有与相邻的流通槽部13C相比朝向外侧并以俯视下圆弧状突出的突出部73。由此，能够将从流通槽部13C流出的燃料沿着突出部73的外周面向上方顺畅地引导，并且再次向配置在上方的流通槽部13C内顺畅地引导，能够进一步减少滞留在各折回槽部13D1～13D4、流入槽部13F或者流出槽部13G的上下方向的端部的燃料、二氧化碳。
另外，本发明并不限于上述实施方式，当然在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种改进、变形、追加、削除。另外，在以下的说明中，与上述图1～图6的上述实施方式的燃料电池系统1的结构等相同的附图标记表示与上述实施方式的燃料电池系统1的结构等相同或者相当的部分。
[其它第一实施方式]
(A)例如，也可以代替燃料极集电体13，使用图10所示的燃料极集电体91。基于图10对燃料极集电体91的结构进行说明。如图10所示，燃料极集电体91是与燃料极集电体13大致相同的结构，但在没有在各凸台部13E的水平宽度方向的两端部形成突出部73这一点上不同。因此，各凸台部(肋部)13E的与内侧壁面部15对置的各端部与各流通槽部13C的与内侧壁面部15对置的各端部一起形成沿着铅垂方向的平面部92。
另外，如图10所示，与平面部92对置的内侧壁面部15形成为随着从折回槽部13D4的上下方向中央部朝向折回槽部13D4的上下方向的两端部，而到相对置的流通槽部13C的端部的距离逐渐变窄的曲面状。由此，从流通槽部组134的各流通槽部13C向折回槽部13D4内流入的燃料通过平面部92与内侧壁面部15而被向上方引导，并向流通槽部组135的各流通槽部13C内流入。
因此，从构成流通槽部组134的三个各流通槽部13C向折回槽部13D4流入的燃料几乎不在折回槽部13D4内停滞地流入构成流通槽部组135的四个各流通槽部13C。同样，流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G(参照图3)随着朝向上下方向各自的端部而从内侧壁面部15到流通槽部13C的端部的距离变窄。因此，推测为流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G几乎没有上下方向各自的端部的燃料的流速为零[m/sec]而滞留的位置。
其结果是，通过上述式(2)所示的甲酸的氧化反应而生成的二氧化碳(CO2)与甲酸水溶液的燃料一起顺畅地在各流通槽部13C中流动，所以在流入槽部13F、各折回槽部13D1～13D4以及流出槽部13G中，能够抑制二氧化碳聚集而成为气泡，燃料(甲酸水溶液)与二氧化碳滞留的情况。即、由燃料极催化剂层11的电极催化剂粒子引起的燃料(甲酸水溶液)的氧化反应增加，能够抑制燃料电池7的发电量的降低。
[其它第二实施方式]
(B)另外，例如从各凸台部13E的水平宽度方向的两端部向各折回槽部13D1～13D4内突出的突出部73的向水平宽度方向外侧的突出高度也可以形成为随着从各折回槽部13D1～13D4的上下方向两端部朝向燃料的流动方向反转的相邻的各流通槽部组131～135之间，而逐渐变低。由此，能够以向上下方向大致中央部顺畅地流动的方式引导从各流通槽部13C向各折回槽部13D1～13D4内流入的燃料，能够进一步减少滞留在各折回槽部13D1～13D4的上下方向的两端部的燃料、二氧化碳。
本申请基于2019年10月16日申请的日本专利申请特愿2019-189185，其内容在此作为参照而被引入。
