(57)【要約】      （修正有）【課題】  燃料電池スタックの内部反応ガス通路内で不純物が淀むのを抑制することのできる技術を提供する。【解決手段】  燃料電池スタックは、積層された複数のセルを備える。注目セルは、電解質層と、電解質層を挟む第１および第２の電極層と、第１および第２の電極層の外側にそれぞれ設けられ、注目セルと注目セルに隣接する他のセルとを分離するための第１および第２の分離層と、を備える。第１の電極層と第１の分離層との間には、外部から与えられた第１の反応ガスを第１の電極層に供給するための第１の内部反応ガス通路２１２が設けられている。注目セルは、さらに、第１の内部反応ガス通路内で第１の反応ガスを撹拌するための可動体１６０を備える。可動体は、燃料電池スタックが受ける振動に起因して移動する。【選択図】  図４
2005190761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層された燃料電池スタックであって、
前記複数のセルのうちの注目セルは、
電解質層と、
前記電解質層を挟む第１および第２の電極層と、
前記第１および第２の電極層の外側にそれぞれ設けられ、前記注目セルと前記注目セルに隣接する他のセルとを分離するための第１および第２の分離層と、
を備え、
前記第１の電極層と前記第１の分離層との間には、外部から与えられた第１の反応ガスを前記第１の電極層に供給するための第１の内部反応ガス通路が設けられており、
前記第２の電極層と前記第２の分離層との間には、外部から与えられた第２の反応ガスを前記第２の電極層に供給するための第２の内部反応ガス通路が設けられており、
前記注目セルは、さらに、
前記第１の内部反応ガス通路内で第１の反応ガスを撹拌するための撹拌部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記第１の内部反応ガス通路は、第１の反応ガスを循環させるための循環通路を含む、燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内で移動可能に設けられた可動体を含み、
前記可動体は、前記燃料電池スタックが受ける振動に起因して移動する、燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池スタックであって、
前記可動体は、前記第１の内部反応ガス通路の下流側の部位に配置されている、燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１または２記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内で移動可能に設けられた磁性体と、
前記磁性体を移動させるための磁性体駆動部と、
を備える、燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池スタックであって、
前記磁性体は、前記第１の内部反応ガス通路の下流側の部位に配置されている、燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内に設けられたプロペラを含み、
前記プロペラは、前記第１の内部反応ガス通路を流通する第１の反応ガスによって回転する、燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項２ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
前記循環通路を流通する第１の反応ガスと前記循環通路に流入する第１の反応ガスとの合流位置に設けられたプロペラを含み、
前記プロペラは、前記循環通路に流入する第１の反応ガスによって回転する、燃料電池スタック。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内に設けられたプロペラと、
前記プロペラを回転させるためのプロペラ駆動部と、
を含む、燃料電池スタック。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記撹拌部は、
外部から与えられた第１の反応ガスを、前記第１の内部反応ガス通路の複数の部位から前記第１の内部反応ガス通路内に流入させるための供給機構を備え、
前記供給機構は、
前記第１の内部反応ガス通路を流通する第１の反応ガスの流れ方向に沿うように、外部から与えられた第１の反応ガスを前記複数の部位から前記第１の内部反応ガス通路に流入させる、燃料電池スタック。
【請求項１１】
燃料電池システムであって、
請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池スタックと、
前記第１の内部反応ガス通路と連通し、使用済みの第１の反応オフガスを前記燃料電池スタックの外部へ排出するための排出通路と、
前記排出通路に設けられた弁と、
前記燃料電池システムを制御するための制御部と、
を備え、
前記第１の内部反応ガス通路には、燃料ガスが供給され、
前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転期間には、前記弁を閉状態に設定し、間欠的に開状態に設定することを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、通常、燃料ガスに含まれる水素ガスと酸化ガスに含まれる酸素ガスとを利用して、発電する。そして、燃料電池スタックからは、使用済みの燃料ガス（燃料オフガス）と使用済みの酸化ガス（酸化オフガス）とが排出される。
【０００３】
特許文献１では、燃料電池スタックの水素ガス排出口には、排出通路が接続されており、該排出通路には、弁が設けられている。弁は、通常運転期間中には、閉状態に設定される。水素極側の流路には、電解質層を介して、空気極側の流路から窒素ガスや水分が侵入する。このため、弁は、通常運転期間中に、間欠的に開状態に設定される。これにより、水素極側の流路中の窒素ガスや水分などの不純物を燃料電池スタックの外部に放出することができると共に、燃料電池スタックの出力電圧の低下を抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７７５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水素極側の排出通路の弁が閉状態に設定される場合には、燃料電池スタック内部での水素ガスの流速がかなり低下する。このため、従来の技術では、水素極側の流路内で窒素ガスや水分などの不純物が淀んでしまい、この結果、燃料電池スタックの発電が阻害されて出力電圧が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
なお、上記の問題は、酸素極側の排出通路を閉状態に設定する場合にも同様に発生し得る。
【０００７】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックの内部反応ガス通路内で不純物が淀むのを抑制することのできる技術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】
【０００８】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、複数のセルが積層された燃料電池スタックであって、
前記複数のセルのうちの注目セルは、
電解質層と、
前記電解質層を挟む第１および第２の電極層と、
前記第１および第２の電極層の外側にそれぞれ設けられ、前記注目セルと前記注目セルに隣接する他のセルとを分離するための第１および第２の分離層と、
を備え、
前記第１の電極層と前記第１の分離層との間には、外部から与えられた第１の反応ガスを前記第１の電極層に供給するための第１の内部反応ガス通路が設けられており、
前記第２の電極層と前記第２の分離層との間には、外部から与えられた第２の反応ガスを前記第２の電極層に供給するための第２の内部反応ガス通路が設けられており、
前記注目セルは、さらに、
前記第１の内部反応ガス通路内で第１の反応ガスを撹拌するための撹拌部を備えることを特徴とする。
【０００９】
第１の装置では、セルには撹拌部が設けられているため、第１の内部反応ガス通路内で第１の反応ガスを撹拌することができ、この結果、第１の内部反応ガス通路内で不純物が淀むのを抑制することができる。これにより、燃料電池スタックの発電性能が低下するのを抑制することができる。
【００１０】
上記の装置において、
前記第１の内部反応ガス通路は、第１の反応ガスを循環させるための循環通路を含むようにしてもよい。
【００１１】
こうすれば、循環通路内で第１の反応ガスを循環させることができるため、循環通路内で不純物が淀むのをより抑制することができる。
【００１２】
上記の装置において、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内で移動可能に設けられた可動体を含み、
前記可動体は、前記燃料電池スタックが受ける振動に起因して移動するようにしてもよい。
【００１３】
こうすれば、第１の反応ガスを容易に撹拌することができる。
【００１４】
上記の装置において、
前記可動体は、前記第１の内部反応ガス通路の下流側の部位に配置されていることが好ましい。
【００１５】
不純物は、第１の内部反応ガス通路の下流側で淀みやすい。したがって、上記のようにすれば、第１の内部反応ガス通路内で不純物が淀むことに起因して、燃料電池スタックの発電性能が低下するのを効率よく抑制することができる。
【００１６】
また、上記の装置において、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内で移動可能に設けられた磁性体と、
前記磁性体を移動させるための磁性体駆動部と、
を備えるようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、磁性体駆動部が磁性体を移動させることによって、第１の反応ガスを確実に撹拌することができる。
【００１８】
上記の装置において、
前記磁性体は、前記第１の内部反応ガス通路の下流側の部位に配置されていることが好ましい。
【００１９】
さらに、上記の装置において、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内に設けられたプロペラを含み、
前記プロペラは、前記第１の内部反応ガス通路に流通する第１の反応ガスによって回転するようにしてもよい。
【００２０】
こうすれば、第１の反応ガスを容易に撹拌することができる。
【００２１】
あるいは、上記の装置において、
前記撹拌部は、
前記循環通路を流通する第１の反応ガスと前記循環通路に流入する第１の反応ガスとの合流位置に設けられたプロペラを含み、
前記プロペラは、前記循環通路に流入する第１の反応ガスによって回転するようにしてもよい。
【００２２】
こうすれば、循環通路を流通する第１の反応ガスと前記循環通路に流入する第１の反応ガスとが容易に混合され、第１の反応ガスを容易に撹拌することができる。
【００２３】
また、上記の装置において、
前記撹拌部は、
前記第１の内部反応ガス通路内に設けられたプロペラと、
前記プロペラを回転させるためのプロペラ駆動部と、
を含むようにしてもよい。
【００２４】
こうすれば、プロペラ駆動部がプロペラを回転させることによって、第１の反応ガスを確実に撹拌することができる。
【００２５】
上記の装置において、
前記撹拌部は、
外部から与えられた第１の反応ガスを、前記第１の内部反応ガス通路の複数の部位から前記第１の内部反応ガス通路内に流入させるための供給機構を備え、
前記供給機構は、
前記第１の内部反応ガス通路を流通する第１の反応ガスの流れ方向に沿うように、外部から与えられた第１の反応ガスを前記複数の部位から前記第１の内部反応ガス通路に流入させるようにしてもよい。
【００２６】
こうすれば、第１の内部反応ガス通路を流通する第１の反応ガスと外部から与えられた第１の反応ガスとを容易に混合することができるため、第１の反応ガスを容易に撹拌することができる。
【００２７】
本発明の第２の装置は、燃料電池システムであって、
上記のいずれかの燃料電池スタックと、
前記第１の内部反応ガス通路と連通し、使用済みの第１の反応オフガスを前記燃料電池スタックの外部へ排出するための排出通路と、
前記排出通路に設けられた弁と、
前記燃料電池システムを制御するための制御部と、
を備え、
前記第１の内部反応ガス通路には、燃料ガスが供給され、
前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転期間には、前記弁を閉状態に設定し、間欠的に開状態に設定することを特徴とする。
【００２８】
第１の内部反応ガス通路から燃料ガスが排出されない場合には、第１の内部反応ガス通路内で不純物が淀み易い。しかしながら、前述のように、セルには撹拌部が設けられているため、第１の内部反応ガス通路内で燃料ガスを撹拌することができ、この結果、第１の内部反応ガス通路内で不純物が淀むのを抑制することができる。これにより、燃料電池スタックの発電性能が低下するのを抑制することが可能となる。
【００２９】
なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタック、燃料電池スタックを含む燃料電池システム、燃料電池スタックを搭載した移動体、燃料電池スタックの制御方法などの装置等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
Ａ−２．燃料電池スタックの構成：
Ａ−３．撹拌部の構成：
Ａ−４．第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
【００３１】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
図１は、第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。
【００３２】
燃料電池システムは、燃料電池スタック１００と、燃料電池スタックに燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系と、燃料電池スタックに酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系と、燃料電池スタックに冷却液を供給するための冷却液供給系と、システム全体の動作を制御するためのコントローラ６００と、を備えている。なお、以下では、燃料電池スタックを単に「スタック」とも呼ぶ。
【００３３】
燃料電池スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型の燃料電池スタックである。スタック１００は、積層された複数のセルを含んでいる。また、スタック１００内部には、複数の内部通路が設けられている。具体的には、スタック内部には、燃料ガスが通る内部燃料ガス通路２１０と、酸化ガス（空気）が通る内部酸化ガス通路２２０と、冷却液が通る内部冷却液通路２３０と、が設けられている。
【００３４】
燃料ガス供給系は、水素タンク３０２と、減圧弁３０４と、流量制御弁３０６と、を備えている。水素タンク３０２は、水素ガス（燃料ガス）を比較的高い圧力で貯蔵している。減圧弁３０４は、水素タンク３０２から供給された燃料ガスを所定の圧力に減圧する。流量制御弁３０６は、燃料ガスの流量を調整する。燃料ガスは、燃料ガス通路３１０を介してスタック１００に供給される。燃料ガスは、内部燃料ガス通路２１０を通る際に、スタック内部での電気化学反応に利用される。内部燃料ガス通路２１０を通過した使用済みの燃料オフガスは、燃料オフガス通路３９０を介して外部に排出される。燃料オフガス通路３９０には、遮断弁３９２が設けられている。遮断弁３９２は、燃料電池システムの通常運転期間中には、閉状態に設定される。ただし、遮断弁３９２は、間欠的に開状態に設定される。これにより、使用済みの燃料オフガスがスタック１００から排出される。
【００３５】
酸化ガス供給系は、ブロワ４０２を備えている。ブロワ４０２は、酸素ガスを含む空気（酸化ガス）を、酸化ガス通路４１０を介してスタック１００に供給する。空気中の酸素ガスは、内部酸化ガス通路２２０を通る際に、スタック内部での電気化学反応に利用される。内部酸化ガス通路２２０を通過した使用済みの空気（酸化オフガス）は、酸化オフガス通路４９０を介して外部に排出される。
【００３６】
冷却液供給系は、循環ポンプ５０２と、熱交換器５０４と、を備えている。循環ポンプ５０２は、スタック外部に設けられた循環通路５１０と、内部冷却液通路２３０と、の間で冷却液を循環させる。冷却液は、内部冷却液通路２３０を通る際に、スタック１００を冷却する。熱交換器５０４は、スタック１００から排出された比較的温度の高い冷却液を冷却する。
【００３７】
Ａ−２．燃料電池スタックの構成：
図２，図３は、燃料電池スタック１００の内部構造を模式的に示す説明図である。なお、図３は、図２のＡ−Ａ断面の概略を示している。図示するように、スタック１００は、積層された複数のセル１１０を含んでいる。各セル１１０は、膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）１２０（図３）と、２つのセパレータ１３０，１４０と、を備えている。ＭＥＡ１２０は、２つのセパレータ１３０，１４０によって挟まれている。
【００３８】
図３に示すように、ＭＥＡ１２０は、電解質膜１２２と、アノード（水素極）１２４と、カソード（酸素極）１２６と、を含んでおり、電解質膜１２２は、２つの電極１２４，１２６によって挟まれている。なお、各電極１２４，１２６上には、ガスを拡散させるための図示しない拡散層が形成されている。
【００３９】
図２，図３に示すように、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１４０とには、複数の孔や凹部が形成されている。複数の孔や凹部は、燃料電池スタック１００の内部通路２１０，２２０，２３０（図１）を形成する。具体的には、各セパレータの一対の孔は、複数のセルを積層したときに、複数のセルを貫くように設けられている。すなわち、各セパレータの一対の孔は、上流側のセル間通路と下流側のセル間通路とを形成する。また、各セパレータの凹部は、一対の孔間を接続するように設けられている。すなわち、各セパレータの凹部は、上流側のセル間通路と下流側のセル間通路との間で流体を流通可能とするセル内通路を形成する。
【００４０】
より具体的には、各セパレータ１３０，１４０には、上流側および下流側のセル間燃料ガス通路２１０ａ，２１０ｃを構成する一対の孔と、上流側および下流側のセル間酸化ガス通路２２０ａ，２２０ｃを構成する一対の孔と、が形成されている。また、各セパレータ１３０，１４０には、上流側および下流側のセル間冷却液通路２３０ａ，２３０ｃを構成する一対の孔が形成されている。
【００４１】
さらに、図３に示すように、アノード側セパレータ１３０の第１の面Ｓａ１には、セル内燃料ガス通路（アノード側通路）２１０ｂを構成する凹部が形成されており、カソード側セパレータ１４０の第１の面Ｓｃ１には、セル内酸化ガス通路（カソード側通路）２２０ｂを構成する凹部が形成されている。また、アノード側セパレータ１３０の第２の面Ｓａ２とカソード側セパレータ１４０の第２の面Ｓｃ２には、セル内冷却液通路２３０ｂを構成する凹部が形成されている。
【００４２】
上記のように、セル内燃料ガス通路（アノード側通路）２１０ｂは、アノード側セパレータ１３０の第１の面Ｓａ１に設けられた凹部とＭＥＡ１２０との間に形成されている。また、セル内酸化ガス通路（カソード側通路）２２０ｂは、カソード側セパレータ１４０の第１の面Ｓｃ１に設けられた凹部とＭＥＡ１２０との間に形成されている。さらに、セル内冷却液通路２３０ｂは、２つのセパレータ１３０，１４０の第２の面Ｓａ２，Ｓｃ２に設けられた凹部が組み合わされて形成されている。換言すれば、セル内冷却液通路２３０ｂは、隣接する２つのセルの２つのセパレータ１３０，１４０の間に形成されている。
【００４３】
なお、セル内燃料ガス通路２１０ｂを構成する凹部には、図２に示すように、燃料ガスの経路を規定する凸部（壁部）が形成されている。同様に、セル内酸化ガス通路２２０ｂを構成する凹部にも、酸化ガスの経路を規定する図示しない凸部（壁部）が形成されている。
【００４４】
図２，図３に示す電解質膜１２２と電極１２４，１２６とセパレータ１３０，１４０とが、それぞれ本発明における電解質層と電極層と分離層とに相当する。
【００４５】
Ａ−３．撹拌部の具体的構成：
前述したように、本実施例では、遮断弁３９２（図１）は、燃料電池システムの通常運転期間中には、閉状態に設定される。このため、内部燃料ガス通路２１０内では、燃料ガスが淀んでしまう。具体的には、遮断弁３９２が閉状態に設定される場合には、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内の燃料ガスの流速が低下する。そして、セル内燃料ガス通路２１０ｂには、電解質膜１２２を介して、セル内酸化ガス通路２２０ｂから窒素や水分（生成水）などの不純物が侵入する。この結果、セル内燃料ガス通路２１０ｂでは、不純物を含む燃料ガス、換言すれば、水素ガス濃度の比較的低い混合ガスが淀んでしまう。このとき、アノード１２４には、水素ガスが供給され難くなるため、燃料電池スタックの発電性能が低下してしまう。なお、遮断弁３９２を常に開状態に設定すれば、上記の問題は解消されるが、水素ガスの利用効率が低下してしまう。そこで、本実施例では、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内の不純物の淀みを抑制することができるように、燃料ガスを撹拌するための撹拌部が設けられている。
【００４６】
図４は、第１実施例の撹拌部の概略構成を示す説明図である。図４は、図２に示す燃料電池スタック１００のアノード側セパレータ１３０を＋ｙ方向から見たときの様子を示している。前述のように、本実施例では、燃料電池システムは、車両に搭載されている。そして、スタック１００は、図中、−ｚ方向が重力方向とほぼ一致するように車両に搭載されている。
【００４７】
図示するように、アノード側セパレータ１３０に形成されたセル内燃料ガス通路２１０ｂの通路幅は、下流側に向かうに連れて次第に大きく設定されている。これにより、通路幅がほぼ等しい場合と比べて、通路抵抗を小さくすることができるため、燃料ガスをセル内燃料ガス通路２１０ｂの下流側まで容易に供給することができる。また、セル内燃料ガス通路２１０ｂは、循環通路２１２を含んでいる。具体的には、セル内燃料ガス通路２１０ｂの下流側部分と上流側部分とは、互いに接続されている。これにより、循環通路２１２を流通する燃料ガスは、新たに供給された燃料ガスと合流して混合されるため、循環通路２１２内の不純物の淀みを抑制することができる。さらに、本実施例では、合流位置には、通路壁（逆流抑制機構）１３２が形成されており、合流位置の通路間隔は、比較的狭く設定されている。これにより、上流側のセル間燃料ガス通路２１０ａから供給された燃料ガスが循環通路２１２の下流側に向かって逆流するのを抑制することができる。
【００４８】
また、本実施例では、循環通路２１２には、可動体１６０が移動可能に設けられている。この構成により、循環通路２１２内での不純物の淀みを容易に抑制することができる。
【００４９】
具体的には、燃料電池スタック１００は、車両の振動（加速度）を受ける。このため、可動体１６０は、スタック１００が受ける振動（加速度）に起因して、移動する。これにより、循環通路２１２内で、不純物を含む燃料ガスを容易に撹拌することができるため、不純物の淀みを容易に抑制することができる。なお、車両の振動（加速度）は、車両の加速および減速、車両の方向転換、路面の凹凸などに起因して発生し得る。燃料電池スタック１００は、図４において、ｘ方向が車両の進行方向と一致するように、車両に搭載されることが好ましい。こうすれば、比較的頻繁に発生する車両の加速および減速に伴って、不純物を含む燃料ガスを効率よく撹拌させることができる。
【００５０】
ところで、不純物は燃料ガスと共に下流側へ向かう。このため、不純物は、循環通路２１２の下流側で淀み易い。そこで、本実施例では、可動体１６０は、循環通路２１２の下流側の部位に設けられている。より具体的には、可動体１６０は、図中、循環通路２１２の下流側の部位を構成する最下段の通路部分に設けられている。この構成により、循環通路２１２の下流側での不純物の淀みを効率よく抑制することが可能となる。
【００５１】
なお、本実施例では、可動体１６０として、球状の物体が用いられているが、これに代えて、略円柱状の物体が用いられるようにしてもよい。また、可動体１６０は、絶縁材料で形成されていてもよいし、導電材料で形成されていてもよい。一般には、可動体は、セル内燃料ガス通路内に移動可能に設けられていればよい。
【００５２】
以上説明したように、本実施例では、セル１１０には、撹拌部としての可動体１６０が設けられているため、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内で燃料ガスを撹拌することができ、この結果、該通路２１０ｂ内で不純物が淀むのを抑制することができる。これにより、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内で不純物が淀むことに起因して燃料電池スタック１００の発電性能が低下するのを抑制することが可能となる。
【００５３】
Ａ−４．第１実施例の変形例：
図５は、第１実施例の変形例の撹拌部の概略構成を示す説明図である。図５は、図４とほぼ同じであるが、可動体１６２は、磁性体である。また、アノード側セパレータ１３０Ａ１には、２つの電磁石１６４，１６６が設けられている。なお、磁性体１６２は、例えば、鉄などを含有する強磁性材料で構成されていればよい。
【００５４】
コントローラ６００は、２つの電磁石１６４，１６６を交互に通電状態に設定する。このとき、磁性体１６２は、循環通路２１２の下流側の部位を構成する最下段の通路部分で移動する。なお、各電磁石１６４，１６６に供給される電流の供給源は、スタック１００自体であってもよいし、他の二次電池（図示せず）であってもよい。
【００５５】
この構成を採用すれば、循環通路２１２内の不純物を含む燃料ガスを確実に撹拌することができ、この結果、不純物の淀みをかなり抑制することが可能となる。また、燃料電池システムが定置型のシステムに搭載される場合にも、換言すれば、スタック１００が振動を受けない場合にも、不純物を含む燃料ガスを確実に撹拌することができる。
【００５６】
なお、本実施例では、コントローラ６００は、所定の時間間隔毎に２つの電磁石１６４，１６６を交互に通電状態に設定している。しかしながら、これに代えて、スタック１００の出力電圧に応じて、電磁石１６４，１６６を通電状態に設定するようにしてもよい。
【００５７】
具体的には、燃料電池システムでは、通常、スタック１００の出力電圧を測定するための図示しない電圧計が設けられている。スタック１００の出力電圧は、燃料ガス中の不純物が循環通路２１２内に局所的に存在する場合には、低下する。したがって、コントローラ６００は、電圧計の測定値が所定の閾値以下となった場合に、電磁石１６４，１６６を通電状態に設定すればよい。こうすれば、電磁石１６４，１６６を通電状態に設定する頻度を低下させ、電磁石１６４，１６６によって消費される電流を低減させることができる。
【００５８】
なお、図５に示す２つの電磁石１６４，１６６が本発明における磁性体駆動部に相当する。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。図６は、図４とほぼ同じであるが、アノード側セパレータ１３０Ｂには、可動体１６０に代えて、プロペラ１７０が設けられている。なお、プロペラ１７０の追加に伴って、セル内燃料ガス通路２１０ｂＢの形状が変更されている。
【００６０】
図示するように、プロペラ１７０は、セル内燃料ガス通路２１０ｂＢの下流側部分と上流側部分との接続位置付近に設けられている。換言すれば、プロペラ１７０は、循環通路２１２Ｂを流通する燃料ガスと循環通路２１２Ｂに流入する燃料ガスとの合流位置に設けられている。このため、上流側のセル間燃料ガス通路２１０ａから新たな燃料ガスがセル内燃料ガス通路２１０ｂＢに供給されると、プロペラ１７０は、循環通路２１２Ｂに流入する新たな燃料ガスの流れに伴って回転する。この際、プロペラ１７０は、循環通路２１２Ｂの最下流側の燃料ガスを、循環通路２１２Ｂの最上流側に供給する。これにより、循環通路２１２Ｂを流通する燃料ガスと循環通路２１２Ｂに流入する新たな燃料ガスとが容易に混合されるため、循環通路２１２Ｂ内の不純物の淀みを容易に抑制することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、プロペラ１７０は、アノード側セパレータ１３０Ｂに設けられている。このため、ＭＥＡ１２０（図３）が燃料ガスに曝される面積はプロペラ１７０の存在に起因して減少せず、この結果、燃料電池スタックの発電効率を低下させずに済む。
【００６２】
図７は、第２実施例の変形例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。図７は、図６とほぼ同じであるが、アノード側セパレータ１３０Ｂ１には、プロペラ１７０を回転させるためのモータ１７２が設けられている。コントローラ６００は、モータ１７２を動作状態（駆動状態）に設定することにより、プロペラ１７０を強制的に回転させる。
【００６３】
この構成を採用すれば、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内の不純物を含む燃料ガスを確実に撹拌することができ、この結果、不純物の淀みをかなり抑制することが可能となる。
【００６４】
なお、図７では、コントローラ６００は、燃料電池システムの通常運転期間中には、所定の時間間隔毎に、あるいは、常に、モータ１７２を動作状態に設定している。しかしながら、図５において説明したように、スタック１００の出力電圧に応じて、モータ１７２を動作状態に設定するようにしてもよい。具体的には、コントローラ６００は、電圧計の測定値が所定の閾値以下となった場合に、モータ１７２を動作状態に設定すればよい。こうすれば、モータ１７２を動作状態に設定する頻度を低下させ、モータ１７２によって消費される電流を低減させることができる。
【００６５】
また、図７では、プロペラ１７０およびモータ１７２は、セル内燃料ガス通路２１０ｂＢの下流側部分と上流側部分との接続位置付近に設けられているが、これに代えて、循環通路２１２Ｂの下流側の部位に設けられていてもよい。この場合にも、モータ１７２を動作状態に設定することによって、プロペラ１７０を回転させることができるため、セル内燃料ガス通路２１０ｂ内の不純物を含む燃料ガスを撹拌することができ、この結果、不純物の淀みを抑制することができる。
【００６６】
なお、図７に示すモータ１７２が本発明におけるプロペラ駆動部に相当する。
【００６７】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図８は、図１とほぼ同じであるが、燃料ガス通路３１０Ｃが変更されている。具体的には、燃料ガス通路３１０Ｃは、基幹通路３２０と、基幹通路から分岐した３つの分岐通路３２１〜３２３と、を含んでいる。また、本実施例では、内部燃料ガス通路２１１が変更されている。
【００６８】
図９は、第３実施例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例では、内部燃料ガス通路２１１には、２つのセル間燃料ガス通路２１０ａ１，２１０ａ２が追加されている。換言すれば、本実施例では、アノード側セパレータ１３０Ｃには、３つの上流側のセル間燃料ガス通路２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２を構成する３つの孔が設けられている。なお、この変更に伴って、セル内燃料ガス通路２１０ｂＣも変更されている。
【００６９】
第１ないし第３のセル間燃料ガス通路２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２は、それぞれ、第１ないし第３の分岐通路３２１〜３２３に接続されている。各分岐通路３２１〜３２３（図８）には、それぞれ、基幹通路３２０を流れる燃料ガスの一部が供給される。例えば、第１の分岐通路３２１には、基幹通路３２０を流れる燃料ガスの約５０％が供給される。また、第２および第３の分岐通路３２２，３２３には、それぞれ、基幹通路３２０を流れる燃料ガスの約２５％が供給される。このため、第１ないし第３のセル間燃料ガス通路２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２にも、基幹通路３２０を流れる燃料ガスの一部が供給される。
【００７０】
このように、３つのセル間燃料ガス通路２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２を設ければ、換言すれば、３つの部位に設けられた３つの供給口２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２から循環通路２１２Ｃ内に燃料ガスを流入させれば、循環通路２１２Ｃ内で燃料ガスを容易に撹拌することができる。すなわち、各供給口２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２から供給された新たな燃料ガスと、循環通路２１２Ｃを流通する燃料ガスと、を効率よく混合することができる。
【００７１】
また、本実施例では、新たな燃料ガスは、循環通路２１２Ｃを流通する燃料ガスの流れ方向に沿うように、循環通路２１２Ｃ内に供給されている。特に、第２の供給口２１０ａ２付近には、第２の供給口２１０ａ２から循環通路２１２Ｃ内に供給される燃料ガスの流れ方向を規定するための通路壁（案内部）１３４が設けられている。このように、循環通路２１２Ｃを流通する燃料ガスの流れ方向に沿うように新たな燃料ガスを循環通路２１２Ｃ内に流入させれば、循環通路２１２Ｃ内の下流側の燃料ガスの流速を比較的大きくすることができるため、循環通路２１２Ｃ内の燃料ガスをさらに撹拌することが可能となる。
【００７２】
なお、図８に示す３つのセル間燃料ガス通路２１０，２１０ａ１，２１０ａ２を構成する３つの孔と通路壁１３４とが、本発明における供給機構に相当する。
【００７３】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７４】
（１）第１ないし第３実施例では、それぞれ、可動体と、プロペラと、供給機構と、が利用されているが、これらのうちの２以上が組み合わせて利用されてもよい。
【００７５】
（２）上記実施例では、セル内燃料ガス通路は、循環通路を含んでいるが、循環通路は省略可能である。この場合にも、上記実施例と同様に、セル内燃料ガス通路内での不純物の淀みを容易に抑制することができる。ただし、第２実施例（図６，図７）で説明したようにプロペラが利用される場合には、プロペラは、セル内燃料ガス通路の下流側の部位に配置されることが好ましい。こうすれば、セル内燃料ガス通路内で不純物が淀むのを効率よく抑制することができる。特に、図７で説明したように、モータがプロペラを強制的に回転させる場合には、プロペラの回転方向を変更することによって、不純物の淀みを効率よく抑制することができる。また、図６で説明したように、プロペラがセル内燃料ガス通路を流通する燃料ガスによって回転する場合には、プロペラを複数設けることによって、不純物の淀みを効率よく抑制することができる。
【００７６】
（３）上記実施例では、燃料電池システムの通常運転期間には、燃料オフガス通路に設けられた遮断弁が閉状態に設定されているが、これに代えて、あるいは、これと共に、酸化オフガス通路に遮断弁を設け、該遮断弁を閉状態に設定するようにしてもよい。この場合には、内部酸化ガス通路内に酸素ガスのみを供給することが好ましい。そして、セル内酸化ガス通路に撹拌部を設ければよい。こうすれば、酸素ガスの利用効率を向上させることができると共に、酸化ガス（酸素ガス）中の不純物（水分）が淀むのを抑制することができる。なお、セル内酸化ガス通路は、循環通路を含んでいてもよい。
【００７７】
一般には、セルは、内部反応ガス通路内で反応ガスを撹拌するための撹拌部を備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池スタック１００の内部構造を模式的に示す説明図である。
【図３】燃料電池スタック１００の内部構造を模式的に示す説明図である。
【図４】第１実施例の撹拌部の概略構成を示す説明図である。
【図５】第１実施例の変形例の撹拌部の概略構成を示す説明図である。
【図６】第２実施例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。
【図７】第２実施例の変形例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。
【図８】第３実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図９】第３実施例における撹拌部の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００…燃料電池スタック
１１０…セル
１２０…膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）
１２２…電解質膜
１２４…アノード
１２６…カソード
１３０，Ａ１，Ｂ，Ｂ１，Ｃ…アノード側セパレータ
１３２…通路壁
１３４…通路壁
１４０…カソード側セパレータ
１６０…可動体
１６２…磁性体
１６４，１６６…電磁石
１７０…プロペラ
１７２…モータ
２１０…内部燃料ガス通路
２１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２…セル間燃料ガス通路
２１０ｂ，２１０ｂＢ，２１０ｂＣ…セル内燃料ガス通路
２１０ｃ…セル間燃料ガス通路
２１１…内部燃料ガス通路
２１２，Ｂ，Ｃ…循環通路
２２０…内部酸化ガス通路
２２０ａ，２２０ｃ…セル間酸化ガス通路
２２０ｂ…セル内酸化ガス通路
２３０…内部冷却液通路
２３０ａ，２３０ｃ…セル間冷却液通路
２３０ｂ…セル内冷却液通路
２４０…内部冷却ガス通路
３０２…水素タンク
３０４…減圧弁
３０６…流量制御弁
３１０，Ｃ…燃料ガス通路
３２０…基幹通路
３２１〜３２３…分岐通路
３９０…燃料オフガス通路
３９２…遮断弁
４０２…ブロワ
４１０…酸化ガス通路
４９０…酸化オフガス通路
５０２…循環ポンプ
５０４…熱交換器
５１０…循環通路
６００…コントローラ
【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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【図９】
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