(57)【要約】【課題】各セルでのストイキバラツキを軽減して発電安定性を向上させた燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータを提供すること。【解決手段】燃料電池スタック２は、一方の電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路２２と、他方の電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、を有するセル２１を積層している。燃料電池スタック２は、各セル２１の燃料ガス流路２２へ燃料ガスを導入する燃料ガス導入側連通路２４と、各セル２１の酸化剤ガス流路へ酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入側連通路と、燃料ガス流路２２から燃料排ガスを排出する燃料ガス排出側連通路２５と、酸化剤ガス流路２３から酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出側連通路と、を備えている。燃料ガス導入側連通路２４と燃料ガス流路２２との間にエゼクタ５を設けて、このエゼクタ５によって燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックのセルの一方の電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、
他方の電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、を有する前記セルを積層した燃料電池スタックの流路構造であって、
前記燃料電池スタック内の各セルの前記燃料ガス流路へ燃料ガスを導入する燃料ガス導入側連通路と、
前記燃料電池スタック内の各セルの前記酸化剤ガス流路へ酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入側連通路と、
前記燃料ガス流路から燃料排ガスを排出する燃料ガス排出側連通路と、
前記酸化剤ガス流路から酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出側連通路と、を備え、
前記燃料ガス導入側連通路と前記燃料ガス流路との間にエゼクタを設けて、このエゼクタによって前記燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路を前記各セルにそれぞれ設けたことを特徴とする燃料電池スタックの流路構造。
【請求項２】
前記燃料ガス導入側連通路が、前記セルの上部に設けられ、
前記燃料ガス排出側連通路が、前記セルの下部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの流路構造。
【請求項３】
前記燃料ガス流路が、前記エゼクタからの燃料ガスの流れの中心方向に対して左右対称に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックの流路構造。
【請求項４】
前記エゼクタは、前記燃料ガス流路に各流路に対してノズルを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの流路構造。
【請求項５】
前記燃料ガス循環流路に、逆流防止弁を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの流路構造。
【請求項６】
酸化剤ガスまたは燃料ガスである反応ガスの流入口と、
反応後の前記反応ガスの流出口と、
前記流入口と前記流出口の間に介在される複数の流路と、有すると共に、
前記流入口に、この流入口から流れ込む反応ガスの負圧により、当該流入口の周囲の反応ガスを吸引するエゼクタを備えたことを特徴とする燃料電池スタック用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発電を行う燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて、固体高分子膜を挟んで対向するアノード電極（水素極）とカソード電極（空気極）には、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）がそれぞれ供給されて、両電極間で電気化学反応が起こり起電力を生じる。
【０００３】
このような燃料電池システムにおける燃料ガスの消費量を低減して、出力特性を向上させるものとしては、燃料電池スタックのアノード電極から排出される未利用の燃料排ガスを燃料ガス循環流路とエゼクタとでアノード系内を循環させて、外部から新たに供給される燃料ガスと混合させて、アノード電極へ供給する燃料循環式燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載されているような燃料電池スタックの外部で燃料排ガスを循環させる燃料循環式燃料電池システム以外に、燃料電池スタック内と、この燃料電池スタック外の周囲に設けたシール容器との間に燃料排ガスを循環させる燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献２参照）。
この場合、燃料電池スタックの燃料容器内に配設された燃料電池スタックは、シール容器で包囲し、電池容器およびシール容器を貫通する燃料ガス入口管および燃料ガス出口管と、燃料電池スタックの入口側にエゼクタ、出口側に出口ノズルとを設けて、燃料電池スタックの出口側の出口ノズルから出た燃料排ガスの一部をエゼクタで循環させるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５１５８８号公報（図１および図２）
【特許文献２】特開平９−２４５８２２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載されている燃料循環式燃料電池システムは、燃料電池スタックの外部でアノード電極から排出された燃料排ガスを循環させているので、燃料電池スタックの最小ユニットであるセルの圧力損失のストイキバラツキによって、各セルへの投入燃料ガスの流量（水素量）がばらつく。このストイキバラツキによって、各セル電圧にもバラツキが発生して出力が低下するので、必要な出力を得るために、燃料ガスの循環能力を上げなければならないという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２の記載されている燃料電池スタックは、この燃料電池スタックの外側と燃料電池スタックを覆うシール容器との間に配設された燃料入口管にエゼクタを設けて、燃料ガスの一部が燃料電池スタックの燃料ガスパス（ガス通路）内とシール容器内とを循環するようにしている。この場合も、燃料ガスが燃料電池スタックの内外を循環するようになっているので、セルの圧力損失のバラツキによって、セルへの投入する燃料ガスの流量（水素量）およびセル電圧がバラツキ、燃料電池スタックの発電性能が低下するおそれがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、各セルでのストイキバラツキを軽減して発電安定性を向上させた燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の燃料電池スタックの流路構造は、燃料電池スタックのセルの一方の電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、他方の電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、を有する前記セルを積層した燃料電池スタックの流路構造であって、前記燃料電池スタック内の各セルの前記燃料ガス流路へ燃料ガスを導入する燃料ガス導入側連通路と、前記燃料電池スタック内の各セルの前記酸化剤ガス流路へ酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入側連通路と、前記燃料ガス流路から燃料排ガスを排出する燃料ガス排出側連通路と、前記酸化剤ガス流路から酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出側連通路と、を備え、前記燃料ガス導入側連通路と前記燃料ガス流路との間にエゼクタを設けて、このエゼクタによって前記燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路を前記各セルにそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明によれば、燃料電池スタックの各セルにおいて、燃料ガス導入側連通路と燃料ガス流路との間にエゼクタを設けて、このエゼクタによって燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路を各セルにそれぞれ設けられている。このように各セルに設けられたエゼクタは、このエゼクタのノズルによる燃料ガスの噴射時に発生する負圧を利用して燃料ガス循環流路を流通する燃料排ガスを吸引して、各セル面内で燃料ガスを循環して再供給させている。このため、積層した状態での各セルへの燃料ガスの配分が改善される。その結果、各セルでのストイキバラツキが軽減されて、発電の安定性が高められる。
【００１１】
請求項２に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明は、請求項１に記載の燃料電池スタックの流路構造であって、前記燃料ガス導入側連通路が、前記セルの上部に設けられ、前記燃料ガス排出側連通路が、前記セルの下部に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明によれば、燃料ガスが導入される燃料ガス導入側連通路がセルの上部に設けられ、燃料排ガスが排出される燃料ガス排出側連通路がセルの下部に設けられたことにより、セル面内で発生した生成水を重力を利用して出口である燃料ガス排出側連通路から速やかに排出させることができる。さらに、燃料ガス導入側連通路と燃料ガス排出側連通路とが上下に離間して配置されているので、生成水がセル面内に滞留するのを防止できる。
【００１３】
請求項３に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックの流路構造であって、前記燃料ガス流路が、前記エゼクタからの燃料ガスの流れの中心方向に対して左右対称に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明によれば、燃料ガス流路が、エゼクタからの燃料ガスの流れの中心方向に対して左右対称に形成されていることにより、各燃料ガス流路ごとの燃料ガスの流量分配を均一化することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの流路構造であって、前記エゼクタは、前記燃料ガス流路に各流路に対してノズルを設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明によれば、エゼクタは、燃料ガス流路の各流路にノズルを設けていることにより、流路溝間の空隙をディフューザとして役目をする形状となる。このため、エゼクタは、各燃料ガス流路の燃料ガスの流量分配が向上されて、ディフューザ構造を無くすことができるので、燃料ガス流路の構造を簡略化するが可能である。
【００１７】
請求項５に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの流路構造であって、前記燃料ガス循環流路に、逆流防止弁を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の燃料電池スタックの流路構造の発明によれば、燃料ガス流路のエゼクタによる燃料ガス循環流路には、逆流防止弁が設けられていることにより、循環流路部を循環して入口側に戻る燃料ガスが逆流することを防止できる。このため、例えば、急激な圧力変動でエゼクタが機能しなくなった場合には、燃料ガスが逆流してセル面内で発電ムラが発生するおそれがあるが、逆流防止弁によって逆流および発電ムラの発生を防止することが可能となる。
【００１９】
請求項６に記載の燃料電池スタック用セパレータの発明は、酸化剤ガスまたは燃料ガスである反応ガスの流入口と、反応後の前記反応ガスの流出口と、前記流入口と前記流出口の間に介在される複数の流路と、有すると共に、前記流入口に、この流入口から流れ込む反応ガスの負圧により、当該流入口の周囲の反応ガスを吸引するエゼクタを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の燃料電池スタック用セパレータの発明によれば、酸化剤ガスまたは燃料ガスである反応ガスの流入口に、この流入口から流れ込む反応ガスの負圧により、当該流入口の周囲の反応ガスを吸引するエゼクタを備えたことにより、このエゼクタのノズルによる反応ガスの噴射時に発生する負圧を利用して流路を流通する反応排ガスを吸引して循環して再供給させている。このため、積層した状態での各セルへの反応ガスの配分が改善される。その結果、各セルでのストイキバラツキが軽減されて、発電の安定性が高められる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータによれば、燃料電池の各セルにおいて、アノード側セルの流路溝構造内にエゼクタを設けたことによって、ノズルの圧力損失により積層した状態での各セルへの燃料ガスの分配を改善することができる。さらに、各セル面内で燃料ガスが循環されることにより、各セルでのストイキバラツキを軽減して発電安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、図１および図２を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータを説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示す燃料電池システム１は、例えば、燃料電池スタック２を電源として、その燃料電池スタック２の電力で走行モータが駆動して走行する車両などに使用されるシステムである。この燃料電池システム１は、それぞれ後記する燃料電池スタック２と、燃料ガス供給路３１と、燃料排ガス路３２と、遮断弁３４と、排出弁３３と、制御装置（図示せず）等を備えて構成されている。
【００２４】
≪燃料電池スタックの主構成≫
図１に示すように、燃料電池スタック２は、主として、一価の陽イオン交換型の電解質膜２ｃの両面を触媒が担持されたアノード電極２ａおよびカソード電極２ｂで挟持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体）と、ＭＥＡを挟持するセパレータ２９とからなるセル２１が、複数積層された固体高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、ＰＥＦＣ）からなる。燃料電池スタック２は、アノード電極２ａに燃料ガス供給路３１を介して供給される水素等の燃料ガスと、酸化剤ガス供給路４１からカソード電極２ｂに供給される加湿空気等の酸化剤ガスとの反応によって電流が得られるように構成されている。
【００２５】
≪燃料ガス供給路の構成≫
図１に示すように、燃料ガス供給路３１は、燃料電池スタック２のアノード電極２ａに燃料ガスタンク（図示せず）内の燃料ガスを供給するアノード系の供給路である。この燃料ガス供給路３１には、例えば、燃料ガスタンク（図示せず）と、遮断弁３４と、レギュレータ３５等が備えられている。
【００２６】
＜遮断弁およびレギュレータの構成＞
遮断弁３４は、燃料ガス供給路３１に設けられ、掃気処理時等に、アノード電極２ａヘの燃料ガスの供給を遮断して流出を調整する電磁バルブであり、上流側が燃料ガスタンク（図示せず）に接続され、下流側がレギュレータ３５に接続されている。
レギュレータ３５は、燃料ガスを所定の圧力に調整するための減圧調整弁からなり、燃料ガス供給路３１を介して燃料電池スタック２の燃料ガス導入口に接続されている。
【００２７】
＜燃料排ガス路の構成＞
燃料排ガス路３２は、アノード電極２ａからの燃料排ガス等を排出するための流路である。この燃料排ガス路３２は、上流側がアノード電極２ａに接続され、下流側が排出弁３３、希釈器（図示せず）等を介在して大気中に排出されるように接続されている。
【００２８】
＜排出弁の構成＞
排出弁３３は、燃料排ガス路３２内の燃料排ガスの排出流量を制御するバルブであり、上流側が燃料排ガス路３２によって燃料電池スタック２のアノード排出口に接続され、下流側が燃料排ガス路３２によって希釈器（図示せず）等を介して大気中に排出されるように接続されている。
【００２９】
≪酸化剤ガス供給路の構成≫
図１に示すように、酸化剤ガス供給路４１は、燃料電池スタック２のカソード電極２ｂに酸化剤ガスを供給する供給路である。酸化剤ガス供給路４１は、例えば、上流側が酸化剤ガスを送る不図示のコンプレッサや酸化剤ガスを加湿させる加湿器等が接続され、下流側がカソード電極２ｂに接続されている。
【００３０】
≪酸化剤ガス排出路の構成≫
酸化剤ガス排出路４２は、燃料電池スタック２のカソード排出口から排出される酸化剤排ガスを排出するための流路であり、上流側がカソード電極２ｂに接続され、下流側が不図示の圧力調整弁および希釈器を介在して大気中に排出されるように接続されている。
【００３１】
≪制御装置の構成≫
制御装置（図示せず）は、遮断弁３４とレギュレータ３５と排出弁３３に接続されて制御することにより、燃料ガスや燃料排ガスの流量の制御を行う機能を備えている。
【００３２】
≪燃料電池スタックの内部構成≫
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータを示す拡大概略断面図である。
次に図２を参照しながら燃料電池スタック２内の流路構造について説明する。
図２に示すように、燃料電池スタック２には、燃料ガス導入側連通路２４と、酸化剤ガス導入側連通路２６（図１参照）と、燃料ガス流路２２と、酸化剤ガス流路２３と、燃料ガス排出側連通路２５と、酸化剤ガス排出側連通路２７（図１参照）と、エゼクタ５と、冷媒通路（図示せず）が積層体のセパレータ２９のＭＥＡ（図８参照）に接する面に形成されている。
つまり、燃料電池スタック２の積層体には、ＭＥＡに隣接してセパレータ２９が配設される単位セル２１を複数積層し、セパレータ２９を貫通して燃料ガスまたは酸化剤ガスの一方の反応ガスを流すための流路溝が形成されると共に、一方のセパレータ２９には、一方の反応ガスをＭＥＡの一方の電極面方向に沿って供給する流路溝が設けられている。
【００３３】
＜セルの構成＞
セル２１は、ＭＥＡ（図８参照）と、このＭＥＡの両側に設けられたセパレータ２９とから構成されている。単位セル２１の他端部には、互いに連通された酸化剤ガス排出側連通路２７（図１参照）と、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス導入側連通路２６と、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔（図示せず）とが配列して設けられている。
【００３４】
＜セパレータの構成＞
図２に示すように、セパレータ２９の水平方向の一端部には、積層方向に互いに連通された酸化剤ガス排出側連通路２７と、燃料ガスを供給するための燃料ガス導入側連通路２４と、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔（図示せず）とが鉛直方向に配列して設けられている。アノード側のセパレータ２９には、右寄りの中央部に上下方向に向けて形成された多数の燃料ガス流路２２と、この燃料ガス流路２２の下側の出口２２ｂからその左側を循環して上側の入口２２ａに戻すための燃料ガス循環流路２８と、積層方向に貫通形成された燃料ガス導入側連通路２４および燃料ガス排出側連通路２５と、が形成されている。
【００３５】
＜燃料ガス導入側連通路および酸化剤ガス導入側連通路の構成＞
燃料ガス導入側連通路２４は、燃料電池スタック２内の各セル２１の燃料ガス流路２２へ燃料電池スタック２外の前記燃料ガス供給路３１（図１参照）から送られて来た燃料ガスを導入するための流路である。燃料ガス導入側連通路２４は、セル２１の積層方向に互いに連通して配列されて、燃料ガスが導入される入り口であり、例えば、下側の端部に設置されている。
酸化剤ガス導入側連通路２６は、燃料電池スタック２内の各セル２１の酸化剤ガス流路２３へ酸化剤ガスを導入するための流路である。
【００３６】
＜燃料ガス流路の構成＞
燃料ガス流路２２は、アノード電極２ａに燃料ガスを供給して流通させる流路であり、前記燃料ガス導入側連通路２４から導入された燃料ガス等を介して連通している。燃料ガス流路２２は、アノード側に積層されたＭＥＡに向かう面に、燃料ガス導入側連通路２４と燃料ガス排出側連通路２５とに連通して形成されると共に、エゼクタ５および燃料ガス循環流路２８を通過した燃料ガスを分流させながら燃料ガス排出側連通路２５方向へ循環させるように、下流方向に向けて延在する多数の流路からなる。
【００３７】
＜酸化剤ガス流路の構成＞
酸化剤ガス流路２３は、他方のカソード電極２ｂに酸化剤ガスを供給して流通させる流路であり、燃料電池スタック２外の前記酸化剤ガス供給路４１（図１参照）に酸化剤ガス導入側連通路２６（図１参照）を介して連通している。酸化剤ガス流路２３は、不図示のカソード側のセパレータ２９のＭＥＡに向かう面に、例えば、前記燃料ガス流路２２のように、下流側（鉛直下方向）に向けて延在する多数の流路によって分流されるように構成されている。
【００３８】
＜燃料ガス排出側連通路の構成＞
燃料ガス排出側連通路２５は、燃料ガス流路２２から燃料排ガスを排出するための流路である。燃料ガス排出側連通路２５は、燃料ガス導入側連通路２４と、燃料ガス循環流路２８と、燃料ガス流路２２と、に連通した状態に設けられている。
【００３９】
＜酸化剤ガス排出側連通路の構成＞
図１に示す酸化剤ガス排出側連通路２７は、酸化剤ガス流路２３から酸化剤ガスを排出する流路である。燃料ガス排出側連通路２５は、酸化剤ガス流路２３と、酸化剤ガス排出側連通路２７とに連通した状態に設けられている。
【００４０】
＜燃料ガス循環流路の構成＞
図２に示す燃料ガス循環流路２８は、多数の分岐された燃料ガス流路２２の出口２２ｂから吐出された燃料ガスをエゼクタ５を介在してこの燃料ガス流路２２の入口２２ａに戻して循環させるための流路である。
【００４１】
＜エゼクタの構成＞
図２に示すように、エゼクタ５は、アノード側のセパレータ２９の流路溝構造内において、燃料ガス導入側連通路２４と燃料ガス流路２２との間に設けられて、燃料電池スタック２内の燃料ガス流路２２を通過した未反応の燃料ガスを含む燃料排ガスと、燃料ガス導入側連通路２４から導入された燃料ガスと、を燃料ガス循環流路２８に循環させるための機器であり、各セル２１にそれぞれ設けられている。
エゼクタ５は、燃料ガス導入側連通路２４から導入された燃料ガスを噴射するノズル５１と、このノズル５１からの燃料ガスと燃料ガス流路２２から吸引した燃料排ガスとが導入されるディフューザ５２と、を備えている。
【００４２】
ノズル５１は、燃料ガス導入側連通路２４に連通した状態に接続されて、燃料排ガスが吸引されるディフューザ５２の吸引口５２ａに向けて燃料ガスを噴射するように設置されている。
ディフューザ５２は、前記吸引口５２ａと、ノズル５１から噴射された燃料ガスと吸引した燃料排ガスと合流させて燃料ガス循環流路２８に向けて吐出して循環させるための吐出口５２ｂと、を備えている。
【００４３】
≪燃料電池スタックの動作≫
次に、図１および図２を参照して、燃料電池システム１および燃料電池スタック２の動作について説明する。
まず、燃料電池スタック２の電力の発生について説明する。
図１に示すように、燃料電池スタック２は、燃料ガスが燃料ガスタンク（図示せず）から燃料ガス供給路３１、およびこの燃料ガス供給路３１に設置された遮断弁３４、レギュレータ３５を介して供給される燃料ガス（水素）と、酸化剤ガス供給路４１によって供給される酸化剤ガス（酸素）との電気化学反応によって電力および熱を発生する。
【００４４】
次に、燃料電池システム１の定常運転時の状態を説明する。
燃料電池システム１の定常運転時には、図１に示す排出弁３３が制御装置によって閉められている。このため、燃料ガス供給路３１から燃料電池スタック２内のアノード電極２ａに送られた燃料ガスは、図２に示す燃料ガス導入側連通路２４を通ってノズル５１からエゼクタ５のディフューザ５２に向けて噴射されて、燃料ガス循環流路２８、燃料ガス流路２２を通ってエゼクタ５へ戻るように循環される。
【００４５】
つまり、エゼクタ５のディフューザ５２は、ノズル５１から噴射された燃料ガスの流れによって、燃料ガス流路２２を通過した燃料ガスを吸引口５２ａから吸引して合流させることで、燃料ガスを吐出口５２ｂから吐出させて循環させる循環力を備えている。アノード側の各セル２１内の燃料ガスは、吸引口５２ａに吸い込まれて、燃料電池スタック２内を循環するようになり、各セル２１への燃料分配が改善されると共に、各セル２１でのストイキバラツキを軽減して発電安定性を高められる。
【００４６】
≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００４７】
＜第１変形例＞
図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第１変形例を示す拡大概略断面図である。
前記実施形態では、図２に示すように、エゼクタ５および燃料ガス導入側連通路２４を左下側に設置し、燃料ガス排出側連通路２５を右下側に設置した場合について説明したが、これに限定されない。
図３に示すように、本発明の燃料電池スタック２Ａの流路構造およびセパレータ２９Ａは、燃料ガス流路２２Ａが、エゼクタ５Ａからの燃料ガスの流れの中心方向に対して左右対称に形成してもよい。
【００４８】
この場合、燃料ガス導入側連通路２４Ａが、セル２１の上部に設置され、燃料ガス排出側連通路２５Ａが、セル２１の下部に設置され、燃料ガス循環流路２８Ａが、燃料ガス流路２２Ａの左右両側に設置され、エゼクタ５Ａが、燃料ガス流路２２Ａおよび燃料ガス循環流路２８Ａの上側中央部に設置される。
【００４９】
燃料ガスが導入される燃料ガス導入側連通路２４Ａがセル２１の上部、燃料排ガスが排出される燃料ガス排出側連通路２５Ａがセル２１の下部にそれぞれ配置されることで、セル２１の面内で発生した生成水を燃料ガス排出側連通路２５Ａから速やかに排出することが可能となる。さらに、燃料ガスの出口と入口が極力離した位置に配置できるので、生成水がセル２１の面内を循環することを抑制できる。
また、流路溝によって形成された燃料ガス流路２２Ａは、ノズル５１Ａと、ディフューザ５２Ａと、から構成されるエゼクタ５Ａの中心線に対して左右対称に設置されることによって、燃料ガス流路２２Ａの流量分配を均一化することが可能となる。
【００５０】
＜第２変形例＞
図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第２変形例を示す拡大概略断面図である。
前記実施形態および第１変形例では、図２および図３に示すように、燃料電池スタック２，２Ａ内にエゼクタ５，５Ａを設けた場合について説明したが、これに限定されない。
図４に示すように、本発明の燃料電池スタック２Ｂの流路構造およびセパレータ２９Ｂは、エゼクタ５Ｂは、燃料ガス流路２２Ｂの各流路に対して設けたノズル５１Ｂであってもよい。
【００５１】
この場合、ノズル５１Ｂは、各流路溝からなる燃料ガス流路２２Ｂの上部中央部に設置された燃料ガス導入側連通路２４Ｂに接続して、燃料ガス流路２２Ｂの入口に向けて噴射するように配置することで、ディフューザ５２Ａとして利用することが可能である。
このように、ディフューザ構造を解消し、ノズル５１Ｂと燃料ガス循環流路２８とによって燃料電池スタック２Ｂ内の燃料ガスを循環させることで、流路構造および溝構造を簡略化できる。
【００５２】
＜第３変形例＞
図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第３変形例を示す拡大概略断面図である。
図５に示すように、燃料電池スタック２Ｃおよびセパレータ２９Ｃは、燃料ガス流路２２Ｃおよびエゼクタ５Ｃによって燃料ガスが循環する燃料ガス循環流路２８Ｃに、逆流防止弁６を設けてもよい。
この場合、逆流防止弁６は、弾性を有する部材（金属薄板材やゴム等）により通常開弁させて、逆流発生時には差圧により閉弁するようにする。
【００５３】
このように燃料ガス循環流路２８Ｃに、逆流防止弁６を設けたことによって、急激な圧力変動でエゼクタ５Ｃが機能しなくなったときに、燃料ガス循環流路２８Ｃが他の流路溝より断面積が大きい場合に、燃料ガスがショートカットして出口側に向かって逆流することを防止できると共に、セル面内で発電ムラが発生することを防止できる。
【００５４】
＜第４変形例＞
図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第４変形例を示す拡大概略断面図である。
前記第３変形例の逆流防止弁６（図５参照）は、図６に示すように、弁体６Ａａをスプリングや電時磁石やモータ等の押圧力で閉弁する略流防止弁６Ａでもよい。
【００５５】
＜第５変形例＞
図７は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第５変形例を示す拡大概略断面図である。図８は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第５変形例を示す説明図である。
【００５６】
前記第１変形例の燃料電池スタック２Ａ（図３参照）は、図７および図８に示すように、燃料電池スタック２Ｄの積層方向の上下左右端部の４隅等に酸化剤ガス導入側連通路２６および酸化剤ガス排出側連通路２７を設置してもよい。
【００５７】
この場合、図８に示すように、アノード側セパレータには、上側の燃料ガス導入側連通路２４Ｄの左右両側に酸化剤ガス導入側連通路２６が挿通状態に配置され、下側の燃料ガス排出側連通路２５Ｄの左右両側に酸化剤ガス排出側連通路２７が挿通状態に配置される。
【００５８】
カソード側セパレータには、上側の燃料ガス導入側連通路２４Ｄの左右両側に酸化剤ガス導入側連通路２６が開口された状態に配置され、下側の燃料ガス排出側連通路２５Ｄの左右両側に酸化剤ガス排出側連通路２７が開口された状態に配置される。
このようにしても、燃料電池スタック２Ｄ内の流路に燃料ガスおよび酸化剤ガスを矢印で示す方向にスムーズに流して循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータを示す拡大概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第１変形例を示す拡大概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第２変形例を示す拡大概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第３変形例を示す拡大概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第４変形例を示す拡大概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第５変形例を示す拡大概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの流路構造および燃料電池スタック用セパレータの第５変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１      燃料電池システム
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  燃料電池スタック
２ａ    アノード電極（電極）
２ｂ    カソード電極（電極）
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  エゼクタ
６，６Ａ  逆流防止弁
２１    セル
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ  燃料ガス流路
２３    酸化剤ガス流路
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｄ  燃料ガス導入側連通路（流入口）
２５，２５Ａ，２５Ｄ  燃料ガス排出側連通路（流出口）
２６    酸化剤ガス導入側連通路
２７    酸化剤ガス排出側連通路
２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ  燃料ガス循環流路（流路）
２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ  セパレータ
５１，５１Ａ，５１Ｂ  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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