CN101385178B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统(100)，其具备燃料电池(101)、燃料气体供给装置(120)、燃料气体入口选择装置(211)。燃料电池(101)被构成为使燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，其中配置有连通于燃料气体供给歧管(106)的一端的第一燃料气体入口(121A)，和连通于燃料气体供给歧管(106)的另一端的第二燃料气体入口(121B)。燃料气体供给装置(120)供给所述燃料气体。燃料气体入口选择装置(211)将从该燃料气体供给装置(120)所供给的燃料气体选择性地供给给第一燃料气体入口(121A)或者第二燃料气体入口(121B)。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明是关于用于反复发电和停止的家庭用热电联供系统或者汽车用电源的燃料电池系统，特别是关于使用了高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统的发明。
背景技术
作为典型的燃料电池有高分子电解质型燃料电池。在该高分子电解质型燃料电池中，阳极和阴极夹持高分子电解质膜而配置。对阳极和阴极分别供给含有氢的燃料气体和空气等的含有氧的氧化剂气体(以下会有将燃料气体和氧化剂气体统称为反应气体的情况)。并且，通过使燃料气体与氧化剂气体发生电化学反应，从而同时产生电和热。
具体而言，高分子电解质型燃料电池具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜以及夹持该高分子电解质膜的一对电极。预先将电极和高分子电解质膜一体化地装配成为电解质膜电极组件(MEA：Membrane Electrode Assembly)。
为了使供给给MEA的反应气体不至于泄露到外部，另外，也为了不让各个反应气体互相混合，在MEA上的电极周围以夹持高分子电解质膜的形式配置气体密封材料或者密封垫圈。
在MEA的外侧，配置用于机械性地固定该MEA的同时将邻接的MEA互相电气性地串联连接的导电性隔板(如此装配而成的称作为单电池)。在隔板和MEA相接触的部分上，形成有用于向电极面供给反应气体并排除生成水或者剩余气体的气体流路。
为了向气体流路供给反应气体，在每块隔板上配置了分配气体的歧管(manifold)。歧管有外部歧管和内部歧管之分，外部歧管直接从气体供给配管接入，内部歧管是把贯通孔配置于形成气体流路的隔板上并连接该贯通孔和气体流路的入口部从而从该贯通孔直接分配反应气体。
而且，交替重叠MEA和隔板并做成10～200个单电池的层叠体，经由集电板和绝缘板用端板夹持该层叠体，并以连接杆(rod)加以固定，由此制作高分子电解质型燃料电池堆。
在此，例如在适用于家庭用热电联供系统的燃料电池系统的运转方法中，发电与停止被反复进行。具体而言，通过在电力消费量为较少的时间带上停止发电，而在电力消费量为较多的时间带上进行发电来抑制煤电费。
在该燃料电池系统中，提出了用于抑制由于发电和停止的反复操作而引起的燃料电池性能降低的技术。
例如，提出了在将燃料电池的燃料气体流路或者氧化剂气体流路用加湿的惰性气体等置换并封入的状态下停止燃料电池的方法(参照专利文献1)。据报道，根据该方法即使是在停止时燃料电池内部的高分子电解质也不会干燥，从而能够抑制燃料电池性能的劣化。
专利文献1：日本特开平6-251788
发明内容
可是，在专利文献1的构成中有如下问题：在电池堆(cell stack)内的每个单电池中的反应气体或者置换气体的浓度变得不均匀，从而降低电池堆整体的发电性能。
本发明是为了解决该课题而完成的，其目的在于提供一种燃料电池系统，其中，使在电池堆内的各个单电池间的气体浓度均一化，并且能够抑制电池堆整体的发电性能的降低。
本发明者们为了解决上述课题而做了潜心的研究。
而且，本发明者们发现，在使用层叠了多个单电池的电池堆的燃料电池系统中，在启动时以及停止时的电池堆内的各个单电池的气体置换状态，会给发电性能带来影响。
即，本发明者们在进行了燃料电池系统的气体置换的模拟试验之后，明白了如下事实。
在燃料电池系统的电池堆内处于被某种气体充填的状态、由继而被充填的气体不同的气体置换电池堆内的情况下，如果所置换的气体的流量小，则在歧管内会发生旋转流以及涡流。由此，在电池堆内的各个单电池的气体置换时间，在接近于反应气体入口的单电池上较短，而在距离反应气体入口较远的单电池上较长。该状态会在燃料电池系统的启动时以及停止时的各个工序中发生，被认为是降低燃料电池的发电性能的主要原因。
即，认为：在启动燃料电池系统的时候，如果用于排出置换气体的反应气体的流量较小，则出现在不能够充分地被供给反应气体的状态下开始发电的单电池，并由于这个反复操作而导致发电性能的降低。另外，延长置换时间直至电池堆内充分被燃料气体置换的情况下，处于断路电压的时间会变长，从而担心由于催化剂劣化所造成的发电性能的降低。
另外，在停止燃料电池系统时，由置换气体的置换不充分的单电池，在单电池内的残存气体的停滞时间较长，从而由于催化剂劣化而使得发电性能降低。另外，在延长置换时间直至电池堆内充分被置换气体置换的情况下，每个单电池暴露于残存气体的时间不同，堆内的每个单电池的发电性能不均匀。
另外，现有的燃料电池系统中，从气体供给管到歧管的气体流入口只有一处，因此歧管内的气体流入方向相对于电池堆的层叠方向总是一定的。为此，取决于上述气体置换状态良好与否的影响，由每次重复操作发电和停止而被累积，单电池之间的发电性能的差异变大，从而降低作为电池堆整体的发电性能。
如上述那样的问题，即使是对燃料电池系统不进行由置换气体的置换的情况下也会发生。即，由于发电和停止的反复操作，在接近于燃料气体入口处的单电池中和在远离燃料气体入口处的单电池中，燃料气体的浓度会变得不均匀。另外，由于发电和停止的反复操作，在接近于氧化剂气体入口处的单电池中和在远离氧化剂气体入口处的单电池中，氧化剂气体的浓度会变得不均匀。由此，就会降低作为电池堆整体的发电性能。
因此，本发明的燃料电池系统具备燃料电池、燃料气体供给装置、燃料气体入口选择装置。燃料电池具有：多个单电池，每个单电池具有高分电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；电池堆，该电池堆由层叠单电池而构成；在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；连通于所述燃料气体供给歧管的一端的第一燃料气体入口；连通于所述燃料气体供给歧管的另一端的第二燃料气体入口。所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电。所述燃料气体供给装置供给所述燃料气体。所述燃料气体入口选择装置将从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体选择性地向第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口供给。
根据这样的构成，在向燃料电池供给燃料气体的时候，就能够用第一燃料气体入口和第二燃料气体入口选择燃料气体的供给方向。由此，在反复操作发电和停止的情况下，在接近于一方的燃料气体入口的单电池中和在远离于一方的燃料气体入口的单电池中，燃料气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制作为电池堆整体的发电性能的降低。
另外，也可以进一步具备控制装置，控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，使得从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在反复操作发电和停止的情况下，在接近于一方的燃料气体入口的单电池中和在远离于一方的燃料气体入口的单电池中，燃料气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制作为电池堆整体的发电性能的降低。
燃料电池系统也可以具备：置换气体供给装置，供给用于置换所述燃料气体的置换气体；选择性气体供给装置，选择性地供给从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体；所述燃料气体入口选择装置被构成为，将从所述选择性气体供给装置所供给的燃料气体或者置换气体，选择性地供给给第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口。
根据这样的构成，在为了置换燃料电池内的气体而将燃料气体以及置换气体供给给燃料电池的时候，就能够用第一燃料气体入口和第二燃料气体入口来选择燃料气体以及置换气体的供给方向。由此，在距离燃料气体入口近的单电池中和在距离燃料气体入口远的单电池中，难以产生气体浓度(置换状态)上的差异，电池堆的每一个单电池的燃料气体以及置换气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制在电池堆整体上的发电性能的降低。
该燃料电池系统还可以进一步具备控制装置，该控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，使得从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。该燃料电池系统具有，进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式。所述控装置控制所述选择性气体供给装置，由此，在所述启动模式中供给所述燃料气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述燃料气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体。而且，所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，因为能够切换使气体流入的燃料气体入口，所以能够切换相对于电池堆的层叠方向的气体的流动方向。从而缩短在电池堆内的气体置换时间。另外，因为能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化，所以在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
所述控制装置也可以被构成为，由该控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，能够切换使气体流入的燃料气体入口，所以能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化。因此，在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
所述控制装置也可以被构成为，该控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述启动模式或者所述停止模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行多次切换。
根据这样的构成，在各个启动模式或者各个停止模式中，就能够多次切换使气体流入的燃料气体入口。因此，电池堆内的气体置换时间被进一步缩短。
所述燃料气体入口选择装置也可以具备：拥有第一至第三端口并能够选择性地将所述第三端口连接于所述第一端口或者所述第二端口的三通阀、把所述第一端口连接于所述第一燃料气体入口的第一气体配管、把所述第二端口连接于所述第二燃料气体入口的第二气体配管；所述第三端口连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
所述燃料气体入口选择装置也可以具备：T形管接头、将该T形管接头的第一端连接于所述第一燃料气体入口的第一气体配管、配置于该第一气体配管的路径中的开闭阀、将所述T形管接头的第二端连接于所述第二燃料气体入口的第二气体配管、配置于该第二气体配管的路径中的开闭阀；所述T形管接头的第三端连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
另外，本发明的燃料电池系统的运转方法，其特征在于：所述燃料电池系统具备燃料电池、燃料气体供给装置、置换气体供给装置、选择性气体供给装置、燃料气体入口选择装置。所述燃料电池具有：多个单电池，每个所述单电池具有高分电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；连通于所述燃料气体供给歧管的一端的第一燃料气体入口；连通于所述燃料气体供给歧管的另一端的第二燃料气体入口。所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电。所述燃料气体供给装置供给所述燃料气体。所述置换气体供给装置供给用于置换所述燃料气体的置换气体。所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体。所述燃料气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的燃料气体或者置换气体选择性地供给给第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口。该燃料电池系统的运转方法包括：控制所述选择性气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式中供给所述燃料气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述燃料气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体；控制所述燃料气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，因为能够切换使气体流入的燃料气体入口，所以能够切换相对于电池堆的层叠方向的气体的流动方向。从而缩短在电池堆内的气体置换时间。另外，因为能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化，所以在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
另外，本发明的燃料电池系统的特征在于，具备燃料电池、氧化剂气体供给装置、选择性气体供给装置、氧化剂气体入口选择装置。所述燃料电池具有：多个单电池，每个所述单电池具有高分电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；连通于所述氧化剂气体供给歧管的一端的第一氧化剂气体入口；连通于所述氧化剂气体供给歧管的另一端的第二氧化剂气体入口。所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电。所述氧化剂气体供给装置供给所述氧化剂气体。所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体。所述氧化剂气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体选择性地向第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口供给。
根据这样的构成，在将氧化剂气体供给给燃料电池的时候，能够用第一氧化剂气体入口和第二氧化剂入口来选择氧化剂气体的供给方向。由此，在反复操作发电和停止的情况下，在接近于一方的氧化剂气体入口的单电池中和在远离于一方的氧化剂气体入口的单电池中，氧化剂气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制作为电池堆整体的发电性能的降低。
该燃料电池系统也可以进一步具备控制装置，该控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，使得从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在反复操作发电和停止的情况下，在接近于一方的氧化剂气体入口的单电池中和在远离于一方的氧化剂气体入口的单电池中，氧化剂气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制作为电池堆整体的发电性能的降低。
燃料电池系统也可以具备：置换气体供给装置，供给用于置换所述氧化剂气体的置换气体；选择性气体供给装置，选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体；所述氧化剂气体入口选择装置被构成为，将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体或者置换气体，选择性地供给给第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口。
根据这样的构成，在为了置换燃料电池内的气体而将氧化剂气体以及置换气体供给给燃料电池的时候，就能够用第一氧化剂气体入口和第二氧化剂气体入口来选择氧化剂气体以及置换气体的供给方向。由此，在距离氧化剂气体入口较近的单电池中和在距离氧化剂气体入口远的单电池中，难以产生气体浓度(置换状态)上的差异，电池堆的每一个单电池的氧化剂气体以及置换气体的浓度变得均匀。由此，就能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
该燃料电池系统还可以再具备控制装置，该控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，使得从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。该燃料电池系统具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式。所述控装置被构成为，由该控装置控制所述选择性气体供给装置，由此，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体。而且，所述控制装置被构成为，由该控制所述氧化剂气体入口选择装置，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换的时候，或者在任意的模式中，因为能够切换使气体流入的氧化剂气体入口，所以能够切换相对于电池堆的层叠方向的气体的流动方向。从而缩短在电池堆内的气体置换时间。另外，因为能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化，所以在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制在电池堆整体上的发电性能的降低。
所述控制装置也可以被构成为，在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，能够切换使气体流入的氧化剂气体入口，所以能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化。因此，在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
所述控制装置也可以被构成为，在所述启动模式或者所述停止模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行多次切换。
根据这样的构成，在各个启动模式或者停止模式中，能够多次切换气体流入的氧化剂气体入口。从而进一步缩短电池堆内的气体置换时间。
所述氧化剂气体入口选择装置可以具备：拥有第一至第三端口并能够选择性地将所述第三端口连接于所述第一端口或者所述第二端口的三通阀、把所述第一端口连接于所述第一氧化剂气体入口的第一气体配管、把所述第二端口连接于所述第二氧化剂气体入口的第二气体配管；所述第三端口连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
所述氧化剂气体入口选择装置可以具备：T形管接头、将该T形管接头的第一端连接于所述第一氧化剂气体入口的第一气体配管、配置于该第一气体配管的路径中的开闭阀、将所述T形管接头的第二端连接于所述第二氧化剂气体入口的第二气体配管、配置于该第二气体配管的路径中的开闭阀；所述T形管接头的第三端连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
另外，本发明的燃料电池系统的运转方法，其特征在于：所述燃料电池系统具备燃料电池、氧化剂气体供给装置、置换气体供给装置、选择性气体供给装置、氧化剂气体入口选择装置、控制装置。所述燃料电池具有：多个单电池，每个所述单电池具有高分电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；连通于所述氧化剂气体供给歧管的一端的第一氧化剂气体入口；连通于所述氧化剂气体供给歧管的另一端的第二氧化剂气体入口。所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电。所述氧化剂气体供给装置供给所述氧化剂气体。所述置换气体供给装置供给用于置换所述氧化剂气体的置换气体。所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体。所述氧化剂气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体或者置换气体，选择性地向第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口供给。该燃料电池系统的运转方法包括：控制所述选择性气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式中供给所述氧化剂气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体；控制所述氧化剂气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
根据这样的构成，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，能够切换使气体流入的氧化剂气体入口，所以能够切换相对于电池堆的层叠方向的气体的流动方向。从而缩短在电池堆内的气体置换时间。另外，因为能够谋求到每个单电池的气体置换的均一化，所以在电池堆内的各个单电池的发电性能也能够被均一化，因而能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
另外，本发明的燃料电池具备：多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和第一电极以及第二电极，该第一电极以及第二电极分别由以夹持所述高分子电解质膜的形式而形成的阳极以及阴极中的一方的电极以及另一方的电极构成；电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；在该电池堆中以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式分别形成的第一反应气体供给歧管、第一反应气体排出歧管、第二反应气体供给歧管以及第二反应气体排出歧管；将燃料气体以及氧化剂气体中的应该供给给阳极以及阴极当中的所述一方的电极上的反应气体第一反应气体，从第一反应气体供给歧管引导至第一电极并从那里向第一反应气体排出歧管引导的第一反应气体流路；将燃料气体以及氧化剂气体中的应该供给给阳极以及阴极当中的所述另一方的电极上的反应气体第二反应气体，从第二反应气体供给歧管引导至第二电极并从那里向第二反应气体排出歧管引导的第二反应气体流路；连通于所述第一反应气体供给歧管的一端的一方的第一反应气体入口；连通于所述第一反应气体供给歧管的另一端的另一方的第一反应气体入口。
根据这样的构成，能够用一方的第一反应气体入口和另一方的第一反应气体入口来选择反应气体的供给方向。即，能够用一方的第一反应气体入口(第一燃料气体入口)和另一方的第一反应气体入口(第二燃料气体入口)来选择燃料气体的供给方向。另外，能够用一方的第一反应气体入口(第一氧化剂气体入口)和另一方的第一反应气体入口(第二氧化剂气体入口)来选择氧化剂气体的供给方向。
本发明的上述目的、其它的目的、特征以及优点，将通过参照附图并由以下优选的实施方式的详细说明而将变得明了。
本发明被构成为如上所述的构成，在燃料电池系统中发挥如下效果：通过使电池堆内的各个单电池之间的气体的浓度均一化，即使是反复操作启动和停止的情况下，也能够抑制电池堆整体上的发电性能的降低。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池系统的构成的一个例子的方块图。
图2是表示第1实施方式的燃料电池系统中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。
图3是表示在图2的燃料电池系统的燃料气体供给歧管内的燃料气体的流动方向的图。
图4是表示第1实施方式的用于供给在燃料电池系统中的氧化剂气体的构成要素的部分方块图。
图5是表示在图4的燃料电池系统的氧化剂气体供给歧管内的氧化剂气体的流动方向的图。
图6是表示第2实施方式的燃料电池系统中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。
图7是表示在图6的燃料电池系统的构成要素——燃料气体供给歧管内的燃料气体的流动方向的图。
图8是表示第2实施方式的燃料电池系统中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。
图9是表示在图8的燃料电池系统的构成要素——氧化剂气体供给歧管内的氧化剂气体的流动方向的图。
图10是表示在比较方式的燃料电池系统中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。
图11是表示在图10的燃料电池系统的构成要素——燃料气体供给歧管内的燃料气体的流动方向的图。
图12是表示在比较方式的燃料电池系统中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。
图13是表示在图12的燃料电池系统的构成要素——氧化剂气体供给歧管内的氧化剂气体的流动方向的图。
图14是表示在本发明的变形例的燃料电池系统中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。
图15是表示在图14的燃料电池系统的燃料气体供给歧管内的燃料气体的流动方向的图。
图16是表示在本发明的变形例的燃料电池系统中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。
图17是表示在图16的燃料电池系统的氧化剂气体供给歧管内的氧化剂气体的流动方向的图。
图18是表示实施例1、实施例2以及比较例的各个燃料电池系统的工作模式的图。
图19是表示实施例1、实施例2以及比较例的各个燃料电池系统的电池堆中的每个单电池的单电池电压的图表。
符号说明
100，200，300，400.燃料电池系统
101.燃料电池
102.电池堆
103.MEA
104.隔板
106.燃料气体供给歧管
107.燃料气体排出歧管
108.氧化剂气体供给歧管
109.氧化剂气体排出歧管
110.燃料气体出口
111.燃料气体排出流路
112.燃料气体排出阀
115.氧化剂气体出口
116.氧化剂气体排出流路
117.氧化剂气体排出阀
120.燃料气体供给装置
121.燃料气体入口
121A.A侧燃料气体入口
121B.B侧燃料气体入口
122.燃料气体供给流路
123A，223A.A侧燃料气体供给配管
123B，223B.B侧燃料气体供给配管
125，145.气体流路切换阀
125a，145a.第一端口(port)
125b，145b.第二端口
125c，145c.第三端口
126，128.燃料气体供给配管
127，147，224，244.T形管接头(pipe joint)
129.燃料气体供给阀
130.置换气体供给装置
131.置换气体供给配管
132.置换气体供给阀
140.氧化剂气体供给装置
141.氧化剂气体入口
141A.A侧氧化剂气体入口
141B.B侧氧化剂气体入口
142.氧化剂气体供给流路
143A，243A.A侧氧化剂气体供给配管
143B，243B.B侧氧化剂气体供给配管
146，148.氧化剂气体供给配管
149.氧化剂气体供给阀
150.置换气体供给装置
151.置换气体供给配管
152.置换气体供给阀
160.控制装置
201.燃料气体流路
202.氧化剂气体流路
211.燃料气体入口选择装置
212，222.选择性气体供给装置
221.氧化剂气体入口选择装置
225A.A侧燃料气体供给阀
225B.B侧燃料气体供给阀
245A.A侧氧化剂气体供给阀
245B.B侧氧化剂气体供给阀
具体实施方式
以下参照附图就有关本发明的优选实施方式加以说明。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池系统的构成的概略内容的方块图。
如图1所示，本发明的第1实施方式的燃料电池系统100具备高分子电解质型燃料电池(以下简称燃料电池)101。燃料电池101具备燃料气体入口121。在燃料气体入口121上经由燃料气体供给流路122连接着燃料气体供给装置120。另外，燃料电池101具备氧化剂气体入口141。在氧化剂气体入口141上经由氧化剂气体供给流路142连接着氧化剂气体供给装置140。
另外，燃料电池系统100具备控制装置160。控制装置160由微型电子计算机等的运算装置构成，它通过控制燃料电池系统100所需的构成要素来控制该燃料电池系统100的工作。在此，在本说明书当中，所谓控制装置160不仅仅是单独的控制装置，它还意味着由多个控制装置经过协同工作实行控制的控制装置组。因此，控制装置160不一定必须以单独的控制装置来构成，也可以以多个控制装置被分散地配置、并且这些控制装置通过协同工作来控制燃料电池系统100的工作的形式加以构成。
以下就有关本实施方式的燃料电池系统100的构成要素加以详细说明。图2是表示第1实施方式的燃料电池系统100中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。图3是表示在图2的燃料电池系统的燃料气体供给歧管106内的燃料气体的流动方向的图。图4是表示第1实施方式的燃料电池系统100中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。图5是表示在图4的燃料电池系统的氧化剂气体供给歧管108内的氧化剂气体的流动方向的图。
如图2以及图4所示，燃料电池101具备电池堆102。电池堆102由多个单电池层叠而构成。单电池是通过含有由电极(阳极和阴极，没有图示)和高分子电解质膜(没有图示)形成的MEA103以及以与该MEA103的两个主面相接触的形式而配置的隔板104来构成的。
然后，在电池堆102的内部以朝着单电池的层叠方向延伸的形式形成有燃料气体供给歧管106、燃料气体排出歧管107、氧化剂气体供给歧管108以及氧化剂气体排出歧管109。并且，在各个单电池中，以连通燃料气体供给歧管106和燃料气体排出歧管107的形式将燃料气体流路201形成于一对隔板104中的一方的内面(和MEA103相连接的面)。另外，在各个单电池中，以连通氧化剂气体供给歧管108和氧化剂气体排出歧管109的形式将氧化剂气体流路202形成于一对隔板104中的另一方的内面(和MEA103相连接的面)。燃料气体流路201以及氧化剂气体流路202以众所周知的样式形成，所以在此省略其说明。
燃料气体供给歧管106的一端(以下称之为A端)，连通于在电池堆102的一端配置的A侧燃料气体入口121A。另外，燃料气体供给歧管106的另一端(以下称之为B端)，连通于在电池堆102的另一端配置的B侧燃料气体入口121B。另外，燃料气体排出歧管107的一端被封闭，另一端连通于燃料气体出口110。燃料气体出口110配置在电池堆102的另一端(配置B侧燃料气体入口121B的一侧的端)。
在A侧燃料气体入口121A上连接着作为燃料气体供给流路122的A侧燃料气体供给配管123A的一端。在B侧燃料气体入口121B上连接着作为燃料气体供给流路122的B侧燃料气体供给配管123B的一端。另外，在燃料气体出口110上连接着燃料气体排出流路111。在燃料气体排出流路111的路径中配置有燃料气体排出阀112。
A侧燃料气体供给配管123A的另一端连接于气体流路切换阀125的第一端口125a。B侧燃料气体供给配管123B的另一端连接于气体流路切换阀125的第二端口125b。在气体流路切换阀125的第三端口125c上，经由作为燃料气体供给流路122的燃料气体供给配管126而连接有T形管接头127的出口127c。在本实施方式中，气体流路切换阀125由三通阀构成。气体流路切换阀(三通阀)125、A侧燃料气体供给配管123A以及B侧燃料气体供给配管123B构成了燃料气体入口选择装置211。
在T形管接头127的一方的入口127a上，经由作为燃料气体供给流路122的燃料气体供给配管128而连接有燃料气体供给装置120。在燃料气体供给配管128的路径中配置有燃料气体供给阀129。通过开启/关闭燃料气体供给阀129就可以从燃料气体供给装置120供给/停止燃料气体。燃料气体使用氢气、对碳化氢类的气体实施改性的改性气体等。在本实施方式中，燃料气体供给装置120由从原料气体生成作为燃料气体的改性气体的氢生成装置所构成。在本实施方式中，原料气体使用天然气。
另外，在T形管接头127的另一方的入口127b上，经由置换气体供给管131而连接有置换气体供给装置130。在置换气体供给配管131的路径中配置有置换气体供给阀132。通过开启/关闭置换气体供给阀132可以供给/停止来自于置换气体供给装置130的置换气体。T形管接头127、燃料气体供给配管128、燃料气体供给阀129、置换气体供给管131以及置换气体供给阀132构成了选择性气体供给装置212。置换气体使用惰性气体。所谓惰性气体是指化学性质不活泼的气体，例如包括氦气、氩气以及氖气等的稀有气体和氮。另外，在本说明书中的惰性气体中还包括在燃料电池101的工作环境中为惰性并且不致燃料电池101劣化的气体(从天然气或者作为主要成分含有天然气的城市煤气等当中除去硫磺成分的气体等)。在本实施方式中，作为惰性气体使用氮。
另外，氧化剂气体供给歧管108的一端(以下称之为A端)，连通于在电池堆102的一端配置的A侧氧化剂气体入口141A。另外，氧化剂气体供给歧管108的另一端(以下称之为B端)，连通于在电池堆102的另一端配置的B侧氧化剂气体入口141B。另外，氧化剂气体排出歧管109的一端被关闭，另一端连通于氧化剂气体出口115。氧化剂气体出口115配置在电池堆102的另一端(配置B侧氧化剂气体入口141B的一侧的端)。
在A侧氧化剂气体入口141A上连接着作为氧化剂气体供给流路142的A侧氧化剂气体供给配管143A的一端。在B侧氧化剂气体入口141B上连接着作为氧化剂气体供给流路142的B侧氧化剂气体供给配管143B的一端。另外，在氧化剂气体出口115上连接着氧化剂气体排出流路116。在氧化剂气体排出流路116的路径中配置有氧化剂气体排出阀117。
A侧氧化剂气体供给配管143A的另一端连接于气体流路切换阀145的第一端口145a。B侧氧化剂气体供给配管143B的另一端连接于气体流路切换阀145的第二端口145b。在气体流路切换阀145的第三端口145c上，经由作为氧化剂气体供给流路142的氧化剂气体供给配管146而连接有T形管接头147的出口147c。在本实施方式中，气体流路切换阀145由三通阀构成。气体流路切换阀(三通阀)145、A侧氧化剂气体供给配管143A以及B侧氧化剂气体供给配管143B构成了氧化剂气体入口选择装置221。
在T形管接头147的一方的入口147a上，经由作为氧化剂气体供给流路142的氧化剂气体供给配管148而连接有氧化剂气体供给装置140。在氧化剂气体供给流路148的路径中配置有氧化剂气体供给阀149。通过开启/关闭氧化剂气体供给阀149而供给/停止来自于氧化剂气体供给装置140的氧化剂气体。在本实施方式中，氧化剂气体供给装置140由鼓风机(air blower)构成。在本实施方式中，作为氧化剂气体使用空气。
另外，在T形管接头147的另一方的入口147b上，经由置换气体供给配管151而连接有置换气体供给装置150。在置换气体供给配管151的路径中配置有置换气体供给阀152。通过开启/关闭置换气体供给阀152来供给/停止来自于置换气体供给装置150的置换气体。T形管接头147、氧化剂气体供给配管148、氧化剂气体供给阀149、置换气体供给配管151以及置换气体供给阀152构成了选择性气体供给装置222。作为置换气体使用的是惰性气体。所谓惰性气体是指化学性质不活泼的气体，例如包括氦气、氩气以及氖气等的稀有气体和氮。另外，在本说明书中的惰性气体中还包括在燃料电池101的工作环境中为惰性并且不致燃料电池101劣化的气体(从天然气或者作为主要成分含有天然气的城市煤气等当中除去硫磺成分的气体等)。在本实施方式中，作为惰性气体使用氮。
供给给燃料电池101的阳极以及阴极的燃料气体以及氧化剂气体在燃料电池内发生化学反应，并通过该化学反应而产生电和热(以下称之为排热)。未参加该化学反应的剩余的燃料气体从阳极向燃料气体排出流路111排出，并被实施适当的处理。例如，向燃料气体排出流路111排出的剩余的燃料气体，作为构成燃料气体供给装置120的氢生成装置的改性部加热用的燃料来使用，以专用的燃烧器来进行燃烧处理或者作适当的稀释后排放至大气中。
另外，未参加上述化学反应的剩余的氧化剂气体从阴极通过氧化剂气体排出流路116而被排放至大气中。
下面，就有关以上述形式构成的燃料电池系统100的工作，参照图1至图5加以详细说明。另外，在此省略一般的工作，说明特征性的工作。
首先，说明燃料电池系统100的工作模式。燃料电池系统100具有：进行发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向发电模式转移的启动模式、从发电模式向停止状态转移的停止模式以及待机模式。所谓待机模式，是指根据控制装置160的控制，燃料电池系统100停止发电以及与发电相关联的工作的模式。所谓燃料电池系统100的停止状态，是指该待机模式和包括控制装置160在内的燃料电池系统100的全体处于停止的状态的两个方面。
在某个使用时刻启动燃料电池系统100时(启动模式)，控制装置160在图2的供给燃料气体的构成要素中，开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129，并关闭置换气体供给阀132。另外，将气体流路切换阀125切换为，第一端口125a连通于第三端口125c。由此，如图3所示，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。另外，控制装置160在图4的供给氧化剂气体的构成要素中，开启氧化剂气体排出阀117以及氧化剂气体供给阀149，并关闭置换气体供给阀152。另外，将气体流路切换阀145切换为，第一端口145a连通于第三端口145c。由此，如图5所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。如上所述，控制装置160启动燃料电池系统100并向发电模式转移。
然后，在从该发电模式停止燃料电池系统100时(停止模式)，控制装置160在图2的供给燃料气体的构成要素中，关闭燃料气体供给阀129。由此，燃料气体的供给被停止。接着，控制装置160将气体流路切换阀125切换为，第二端口125b连通于第三端口125c，并打开置换气体供给阀132。由此，如图3所示，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。由此，电池堆102的燃料气体流路201内的燃料气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀132停止置换气体的供给，并关闭燃料气体排出阀112。由此，将置换气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。另外，控制装置160在图4的供给氧化剂气体的构成要素中，关闭氧化剂气体供给阀149。由此，停止氧化剂气体的供给。接着，控制装置160将气体流路切换阀145切换为，第二端口145b连通于第三端口145c，并打开置换气体供给阀152。由此，如图5所示，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。由此，电池堆102的氧化剂气体流路202内的氧化剂气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀152停止置换气体的供给，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，将置换气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。如上所述，控制装置160使燃料电池系统100停止并维持该状态(待机模式)。
接着，在从该待机模式到启动燃料电池系统100的时候，控制装置160以提供图2的燃料气体的构成要素开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129。由此，如图3所示，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。另外，控制装置160在图4的供给氧化剂气体的构成要素中打开氧化剂气体排出阀117以及燃料气体供给阀149。由此，如图5所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。如上所述，控制装置160启动燃料电池系统100并向发电模式转移。
接着，在从该发电模式到使燃料电池系统100停止的时候，控制装置160以提供图2的燃料气体的构成要素关闭燃料气体供给阀129。由此，停止燃料气体的供给。接着，以第一端口125a连通于第三端口125c的形式控制装置160切换气体流路切换阀125，并打开置换气体供给阀132。由此，如图3所示，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。由此，电池堆102的燃料气体流路201内的燃料气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀132并使置换气体的供给停止，关闭燃料气体排出阀112。由此，将置换气体封闭在了电池堆102的燃料气体流路201内。另外，控制装置160在图4的供给氧化剂气体的构成要素中关闭氧化剂气体供给阀149。由此，停止氧化剂气体的供给。接着，以第一端口145a连通于第三端口145c的形式控制装置160切换气体流路切换阀145，从而打开置换气体供给阀152。由此，如图5所示，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。由此，电池堆102的氧化剂气体流路202内的氧化剂气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀152并使置换气体的供给停止，关闭氧化剂气体排出阀117。由此，将置换气体封闭在了电池堆102的氧化剂气体流路202内。如上所述，控制装置160停止燃料电池系统100并维持该状态(待机模式)。
接着，虽然从该待机模式启动燃料电池系统100，但是该启动模式与前面所述的在某个使用时刻的启动模式完全相同。即，此后都是周期性地重复上述一连串的工作。
以下将本实施方式的效果与比较方式作比较来进行说明。
图10是表示在比较方式的燃料电池系统300中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。图11是表示在图10的燃料电池系统300的构成要素——燃料气体供给歧管106内的燃料气体的流动方向的图。图12是表示在比较方式的燃料电池系统300中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。图13是表示在图12的燃料电池系统300的构成要素——氧化剂气体供给歧管108内的氧化剂气体的流动方向的图。在图10以及图12中，对于与图2以及图4相同或者相当的部分标注同一个符号，并省略其说明。
在本比较方式的燃料电池系统300中，如图10所示，仅仅配置连通于燃料气体供给歧管106的A端的燃料气体入口121，而并不配置连通于燃料气体供给歧管106的B端的燃料气体入口。另外，如图12所示，仅仅配置连通于氧化剂气体供给歧管108的A端的氧化剂气体入口141，而并不配置连通于氧化剂气体供给歧管108的B端的氧化剂气体入口。因此，反应气体以及置换气体在反应气体供给歧管106、108内的流动方向是一定的。除此之外的构成与第1实施方式的燃料电池系统100相同。
具体而言，如图10所示，在燃料气体入口121上连接着作为燃料气体供给流路122的燃料气体供给配管323的一端。燃料气体供给配管323的另一端与T形管接头127的出口127c相连接。
另外，如图12所示，在氧化剂气体入口141上连接着作为氧化剂气体供给流路142的氧化剂气体供给配管343的一端。氧化剂气体供给配管343的另一端与T形管接头147的出口147c相连接。
以下参照图10至图13就有关由以上所述的形式构成的燃料电池系统300的工作的概括内容加以说明。
在某个使用时刻启动燃料电池系统300时(启动模式)，控制装置160在图10的供给燃料气体的构成要素中，开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129，并关闭置换气体供给阀132。由此，如图11所示，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。另外，控制装置160在图12的供给氧化剂气体的构成要素中，开启氧化剂气体排出阀117以及氧化剂气体供给阀149，并关闭置换气体供给阀152。由此，如图13所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。如上所述，控制装置160启动燃料电池系统300，并向发电模式转移。
然后，在从该发电模式停止燃料电池系统100时(停止模式)，控制装置160在图10的供给燃料气体的构成要素中，关闭燃料气体供给阀129。由此，停止燃料气体的供给。接着，控制装置160打开置换气体供给阀132。由此，如图11所示，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。由此，电池堆102的燃料气体流路201内的燃料气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀132停止置换气体的供给，并关闭燃料气体排出阀112。由此，将置换气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。另外，控制装置160在图12的供给氧化剂气体的构成要素中，关闭氧化剂气体供给阀149。由此，停止氧化剂气体的供给。接着，控制装置160打开置换气体供给阀152。由此，如图13所示，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。由此，电池堆102的氧化剂气体流路202内的氧化剂气体被置换气体置换。之后，控制装置160关闭置换气体供给阀152停止置换气体的供给，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，将置换气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。如上所述，控制装置160停止燃料电池系统300，并维持改状态(待机模式)。此后都是周期性地重复上述一连串的工作。
在本比较方式的燃料电池系统300中，连通于燃料气体供给歧管106的燃料气体入口121是1处。另外，在本比较方式的燃料电池系统300中，连通于氧化剂气体供给歧管108的氧化剂气体入口141是1处。因此，在重复实行如图11以及图13所示那样的燃料电池系统300的发电模式以及停止模式的情况下，反应气体供给歧管106、108内的反应气体以及置换气体的流动方向是一定的，即，从A端到B端。因此，在距离反应气体入口121、141较近的单电池和距离反应气体入口121、141较远的单电池中，气体的置换状态之间产生差异，认为由此导致了在每个单电池中的反应气体以及置换气体的浓度的不均匀。
相对于此，在本发明的第1实施方式的燃料电池系统100中，在停止模式、启动模式以及发电模式的每1个周期内，切换燃料气体供给歧管106的A端和B端之间的燃料气体以及置换气体的流动方向。另外，在停止模式、启动模式以及发电模式的每1个周期内，切换氧化剂气体供给歧管108的A端和B端之间的氧化剂气体以及置换气体的流动方向。
因此，在本实施方式的燃料电池系统100中，在距离反应气体入口121A、121B、141A、141B较近的单电池和距离反应气体入口121A、121B、141A、141B较远的单电池中，气体的置换状态之间难以产生差异，电池堆102的每个单电池的反应气体以及置换气体的浓度变得均匀。因此，即使是反复操作燃料电池系统100的启动和停止，也能够抑制电池堆102整体的发电性能的降低。
另外，在本实施方式的燃料电池系统100中，燃料气体入口选择装置211由气体流路切换阀(三通阀)125、A侧燃料气体供给配管123A以及B侧燃料气体供给配管123B构成。另外，本实施方式的燃料电池系统100中，氧化剂气体入口选择装置221由气体流路切换阀(三通阀)145、A侧氧化剂气体供给配管143A以及B侧氧化剂气体供给配管143B构成。
因此，能够在不使燃料电池系统的构成复杂化的情况下，在A侧燃料气体入口121A和B侧燃料气体入口121B之间切换燃料气体的供给方向。另外，能够在不使燃料电池系统的构成复杂化的情况下，在A侧氧化剂气体入口141A和B侧氧化剂气体入口141B之间切换氧化剂气体的供给方向。
(第2实施方式)
图6是表示本实施方式的燃料电池系统200中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。图7是表示在图6的燃料电池系统200的构成要素——燃料气体供给歧管106内的燃料气体的流动方向的图。图8是表示本实施方式的燃料电池系统200中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。图9是表示在图8的燃料电池系统200的构成要素——氧化剂气体供给歧管108内的氧化剂气体的流动方向的图。在图6以及图8中，对于与图2以及图4相同或者相当的部分标注同一个符号，并省略其说明。
在本实施方式的燃料电池系统200中，代替图2的气体流路切换阀125而使用T形管接头224和A侧燃料气体供给阀225A以及B侧燃料气体供给阀225B。另外，在本实施方式的燃料电池系统200中，代替图4的气体流路切换阀145而使用T形管接头244和A侧氧化剂气体供给阀245A以及B侧氧化剂气体供给阀245B。再则，在停止模式以及启动模式中的电池堆102内的气体的清洗(purge)，是通过切换反应气体以及置换气体的流动方向来进行的。除此之外与第1实施方式的燃料电池系统100相同。
具体而言，如图6所示，在燃料电池101的A侧燃料气体入口121A上连接着作为燃料气体供给流路122的A侧燃料气体供给配管223A的一端。在A侧燃料气体供给配管223A的路径中配置有A侧燃料气体供给阀225A。另外，在燃料电池101的B侧燃料气体入口121B上连接着作为燃料气体供给流路122的B侧燃料气体供给配管223B的一端。在B侧燃料气体供给配管223B的路径中配置有B侧燃料气体供给阀225B。
A侧燃料气体供给配管223A的另一端连接于T形管接头224的一方的出口224a。B侧燃料气体供给配管223B的另一端连接于T形管接头224的另一方的出口224b。在T形管接头224的入口244c上，经由作为燃料气体供给流路122的燃料气体供给配管126而连接有T形管接头127的出口127c。由T形管接头224、A侧燃料气体供给配管223A、A侧燃料气体供给阀225A、B侧燃料气体供给配管223B以及B侧燃料气体供给阀225B构成燃料气体入口选择装置211。
另外，如图8所示，在燃料电池101的A侧氧化剂气体入口141A上，连接着作为氧化剂气体供给流路142的A侧氧化剂气体供给配管243A的一端。在A侧氧化剂气体供给配管243A的路径中配置有A侧氧化剂气体供给阀245A。另外，在燃料电池101的B侧氧化剂气体入口141B上，连接着作为氧化剂气体供给流路142的B侧氧化剂气体供给配管243B的一端。在B侧氧化剂气体供给配管243B的路径中配置有B侧氧化剂气体供给阀245B。
A侧氧化剂气体供给配管243A的另一端连接于T形管接头244的一方的出口244a。B侧氧化剂气体供给配管243B的另一端连接于T形管接头244的另一方的出口244b。在T形管接头244的入口244c上，经由作为氧化剂气体供给流路142的氧化剂气体供给配管146而连接有T形管接头147的出口147c。由T形管接头244、A侧燃料气体供给配管243A、A侧燃料气体供给阀245A、B侧燃料气体供给配管243B以及B侧燃料气体供给阀245B构成氧化剂气体入口选择装置221。
下面，参照图6至图9就有关由以上所述形式构成的燃料电池系统200的工作加以详细的说明。另外，在此省略一般的工作，说明特征性的工作。
在某个使用时刻启动燃料电池系统200时(启动模式)，控制装置160在图6的供给燃料气体的构成要素中，开启燃料气体排出阀112、A侧燃料气体供给阀225A以及燃料气体供给阀129，并关闭置换气体供给阀132。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。即，如图7所示，在一次启动模式中，在燃料气体供给歧管106内的燃料气体的流动方向共计被切换4次。
另外，控制装置160在图8的供给氧化剂气体的构成要素中，开启氧化剂气体排出阀117、A侧氧化剂气体供给阀245A以及氧化剂气体供给阀149，并关闭置换气体供给阀152。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。即，如图9所示，在一次启动模式中，在氧化剂气体供给歧管108内的氧化剂气体的流动方向共计被切换4次。
如上所述，控制装置160启动燃料电池系统200，并转移到发电模式。
然后，在从该发电模式停止燃料电池系统200时(停止模式)，控制装置160在图6的供给燃料气体的构成要素中，关闭燃料气体供给阀129以及A侧燃料气体供给阀225A。由此，停止燃料气体的供给。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B以及置换气体供给阀132。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。即，如图7所示，在一次停止模式中，燃料气体供给歧管106内的置换气体流动方向共计被切换4次。由此，电池堆102的燃料气体流路201内的燃料气体被置换气体置换。其后，控制装置160关闭置换气体供给阀132停止置换气体的供给，并关闭燃料气体排出阀112。由此，将置换气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。
另外，控制装置160在图8的供给氧化剂气体的构成要素中，关闭氧化剂气体供给阀149以及A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，停止氧化剂气体的供给。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B以及置换气体供给阀152。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。即，如图9所示，在一次停止模式中，在氧化剂气体供给歧管108内的置换气体的流动方向共计被切换4次。由此，电池堆102的氧化剂气体流路202内的氧化剂气体被置换气体置换。其后，控制装置160关闭置换气体供给阀152停止置换气体的供给，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，将置换气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。
如上所述，控制装置160停止燃料电池系统200，并维持该状态(待机模式)。
然后，从该待机模式启动燃料电池系统200时，控制装置160开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。即，如图7所示，在一次启动模式中，在燃料气体供给歧管106内的燃料气体的流动方向共计被切换4次。
另外，控制装置160开启氧化剂气体排出阀117以及氧化剂气体供给阀149。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。即，如图9所示，在一次启动模式中，在氧化剂气体供给歧管108内的氧化剂气体的流动方向共计被切换4次。
如上所述，控制装置160启动燃料电池系统200，并转移到发电模式。
然后，在从该发电模式停止燃料电池系统200时，控制装置160关闭燃料气体供给阀129以及B侧燃料气体供给阀225B。由此，停止燃料气体的供给。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A以及置换气体供给阀132。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧燃料气体供给阀225B，并关闭A侧燃料气体供给阀225A。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧燃料气体供给阀225A，并关闭B侧燃料气体供给阀225B。由此，置换气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。即，如图7所示，在一次停止模式中，在燃料气体供给歧管106内的置换气体的流动方向共计被切换4次。由此，电池堆102的燃料气体流路201内的燃料气体被置换气体置换。其后，控制装置160关闭置换气体供给阀132停止置换气体的供给，并关闭燃料气体排出阀112。由此，将置换气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。
另外，控制装置160关闭氧化剂气体供给阀149以及B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，停止氧化剂气体的供给。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A以及置换气体供给阀152。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。接着，控制装置160开启B侧氧化剂气体供给阀245B，并关闭A侧氧化剂气体供给阀245A。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。接着，控制装置160开启A侧氧化剂气体供给阀245A，并关闭B侧氧化剂气体供给阀245B。由此，置换气体从氧化剂气体供给歧管108的A端流向B端。即，如图9所示，在一次停止模式中，在氧化剂气体供给歧管108内的置换气体的流动方向共计被切换4次。由此，电池堆102的氧化剂气体流路202内的氧化剂气体被置换气体置换。其后，控制装置160关闭置换气体供给阀152停止置换气体的供给，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，将置换气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。
如上所述，控制装置160停止燃料电池系统200，并维持该状态(待机模式)。
然后，虽然从该待机模式启动燃料电池系统200，但是该启动模式与前面所述的某个使用时刻的启动模式完全相同。即，此后都是周期性地重复上述一连串的工作。
在本发明的第2实施方式的燃料电池系统200中，不仅在停止模式、启动模式以及发电模式的每1个周期，进一步在各个启动模式以及各个停止模式中切换燃料气体供给歧管106的A端和B端之间的燃料气体以及置换气体的流动方向。另外，同样切换氧化剂气体供给歧管108的A端和B端之间的氧化剂气体以及置换气体的流动方向。
因此，在本实施方式的燃料电池系统200中，在距离反应气体入口121A、121B、141A、141B较近的单电池和距离反应气体入口121A、121B、141A、141B较远的单电池中，气体的置换状态之间难以产生差异，电池堆102的每个单电池的反应气体以及置换气体的浓度变得均匀。因此，即使是反复操作燃料电池系统200的启动和停止，也能够进一步抑制电池堆102整体的发电性能的降低。
另外，在本实施方式的燃料电池系统200中，燃料气体入口选择装置211由T形管接头244、A侧燃料气体供给配管243A、A侧燃料气体供给阀245A、B侧燃料气体供给配管243B以及B侧燃料气体供给阀245B构成。再则，在本实施方式的燃料电池系统200中，氧化剂气体入口选择装置221由T形管接头244、A侧燃料气体供给配管243A、A侧燃料气体供给阀245A、B侧燃料气体供给配管243B以及B侧燃料气体供给阀245B构成。
因此，瞬间切换反应气体以及置换气体的流动方向就变得容易。
[变形例](第1实施方式的变形例)
图14是表示在本发明的变形例的燃料电池系统中用于供给燃料气体的构成要素的部分方块图。图15是表示在图14的燃料电池系统的燃料气体供给歧管内的燃料气体的流动方向的图。图16是表示在本发明的变形例的燃料电池系统中用于供给氧化剂气体的构成要素的部分方块图。图17是表示在图16的燃料电池系统的氧化剂气体供给歧管内的氧化剂气体的流动方向的图。
本变形例的燃料电池系统400改变了第1实施方式中的用于供给燃料气体的构成要素以及用于供给氧化剂气体的构成要素。
即，如图14所示，在用于供给燃料气体的构成要素中，不配置置换气体侧的构成要素。具体而言，燃料气体供给装置120经由燃料气体供给配管128而直接连接于气体流路切换阀125的第三端口125c。除此之外的部分与第1实施方式中的用于供给燃料气体的构成要素(图2)相同。
另外，如图16所示，在用于供给氧化剂气体的构成要素中，不配置置换气体侧的构成要素。具体而言，氧化剂气体供给装置140经由氧化剂气体供给配管148而直接连接于气体流路切换阀145的第三端口145c。除此之外的部分都与第1实施方式中的用于供给氧化剂气体的构成要素(图4)相同。
下面，参照图14至图17就有关以上述形式构成的燃料电池系统400的工作加以详细说明。另外，在此省略一般的工作，说明特征性的工作。
在某个使用时刻启动燃料电池系统400时(启动模式)，控制装置160在图14的供给燃料气体的构成要素中，将气体流路切换阀125切换为第一端口125a连通于第三端口125c，并开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129。由此，如图15所示，燃料气体从燃料气体供给歧管106的A端流向B端。另外，控制装置160在图16的供给氧化剂气体的构成要素中，将气体流路切换阀145切换为第一端口145a连通于第三端口145c，并开启氧化剂气体排出阀117以及氧化剂气体供给阀149。由此，如图17所示，氧化剂气体从氧化剂气提供歧管108的A端流向B端。如上所述，控制装置160启动燃料电池系统400，并转移到发电模式。
然后，在从该发电模式停止燃料电池系统400时(停止模式)，控制装置160在图14的供给燃料气体的构成要素中，关闭燃料气体供给阀129，并关闭燃料气体排出阀112。由此，如图15所示，停止燃料气体的供给，并将燃料气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。另外，控制装置160在图16的供给氧化剂气体的构成要素中，关闭氧化剂气体供给阀149，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，如图17所示，停止氧化剂气体的供给，并把氧化剂气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。如上所述，控制装置160停止燃料电池系统400，并维持该状态(待机模式)。
接着，在从该待机模式启动燃料电池系统400时，控制装置160在图14的供给燃料气体的构成要素中，将气体流路切换阀125切换为第二端口125b连通于第三端口125c，并开启燃料气体排出阀112以及燃料气体供给阀129。由此，如图15所示，燃料气体从燃料气体供给歧管106的B端流向A端。另外，控制装置160在图16的供给氧化剂气体的构成要素中，将气体流路切换阀145切换为第二端口145b连通于第三端口145c，并开启氧化剂气体排出阀117以及氧化剂气体供给阀149。由此，如图17所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管108的B端流向A端。如上所述，控制装置160启动燃料电池系统400并向发电模式转移。
接着，在从该发电模式停止燃料电池系统400时，控制装置160在图14的供给燃料气体的构成要素中，关闭燃料气体供给阀129，并关闭燃料气体排出阀112。由此，如图15所示，停止燃料气体的供给，从而将燃料气体封闭在电池堆102的燃料气体流路201内。另外，控制装置160在图16的供给氧化剂气体的构成要素中，关闭氧化剂气体供给阀149，并关闭氧化剂气体排出阀117。由此，如图17所示，停止氧化剂气体的供给，将氧化剂气体封闭在电池堆102的氧化剂气体流路202内。如上所述，控制装置160停止燃料电池系统400并维持该状态(待机模式)。
接着，虽然从该待机模式启动燃料电池系统400，但是该启动模式与前面所述的在某个使用时刻的启动模式完全相同。即，此后都是周期性地重复上述一连串的工作。
本变形例的燃料电池系统400，由于具有上述构成，所以在距离燃料气体入口121A、121B较近的单电池和距离燃料气体入口121A、121B较远的单电池中，难以产生燃料气体的浓度分布，电池堆102的每个单电池的燃料气体的浓度变得均匀。另外，在距离氧化剂气体入口141A、141B较近的单电池和距离氧化剂气体入口141A、141B较远的单电池中，难以产生氧化剂气体的浓度分布，电池堆102的每个单电池的氧化剂气体的浓度变得均匀。因此，即使是反复操作燃料电池系统400的启动和停止，也能够抑制电池堆102整体发电性能的降低。
另外，同样地，也能够将第2实施方式的燃料电池系统作为变形例。即，在图6的用于供给燃料气体的构成要素中，能够将其制成不配置置换气体侧的构成要素的构成。另外，在图8的用于供给氧化剂气体的构成要素中，能够将其制成不配置置换气体侧的构成要素的构成。
实施例
以下说明本发明的燃料电池系统的实施例。
(实施例1)
作为本发明的实施例，具备以下所表示的燃料电池101，并制作成第1实施方式所表示的构成(也包括反应气体的流动方向的切换)的燃料电池系统100。
在此，仅表示燃料电池101的具体构成。作为燃料电池101使用高分子电解质型燃料电池。燃料电池系统100的其他的构成要素被构成为众所周知的样式。
首先，说明阳极以及阴极的制作方法。
将粒径为35nm的乙炔炭黑粉末[日本电气化学工业公司制：DENKA BLACK(注册商标)]和PTFE的水性分散体(DAIKIN公司制：D-1)进行混合，并调配成含有干燥重量20重量％PTFE的混合液。然后将该混合液涂布于碳纸(TORAY公司制：TGPH060H)上并使其浸渍，使用热风干燥机在300℃的条件下进行热处理，从而形成厚度大约为200μm的气体扩散层。
接着，作为阴极侧催化剂，使用将铂催化剂担载于粒径为30nm的KETJEN BLACK粉末(Ketjenblack International Corporation制：KetjenBlack EC)上而得到物质(含有铂50重量％)。另外，作为阳极侧催化剂，使用将铂催化剂以及钌催化剂担载于粒径为30nm的KETJEN
BLACK粉末(Ketj enblack International Corporation制：Ketjen Black EC)上而得到物质(含有铂30重量％)。
然后，将上述阴极侧催化剂混合于含有Natfion(注册商标)5重量％的分散液——全氟化碳磺酸离子交联聚合物(美国Aldrich公司制)中，并将该混合物涂布于上述气体扩散层上，通过干燥而形成厚度为10～20μm的阴极侧催化剂层。在此，由气体扩散层和阴极侧催化剂层构成了阴极。另外，将上述阳极侧催化剂混合于上述全氟化碳磺酸离子交联聚合物中，并将该混合物涂布于上述气体扩散层上，然后通过干燥而形成厚度为10～20μm的阳极侧催化剂层。在此，由气体扩散层和阳极侧催化剂层构成了阳极。于是，形成有上述各个催化剂层的各个电极中包含的铂催化剂的量为0.5mg/cm2，全氟化碳磺酸离子交联聚合物的量为1.2mg/cm2。
接着，以各个电极的各自的催化剂层接触于高分子电解质膜的形式，在高分子电解质膜[美国DuPont公司制：Nafion112(注册商标)]的一个面上配置阴极，另外一个面上配置阳极。另外，以接触于高分子电解质膜的外缘部的形式，配置由氟橡胶构成的厚度大约为200μm的密封垫圈。然后，将这些通过热压而接合，从而制得MEA。
接着，通过机械加工外形尺寸220mm×220mm、厚度3mm的石墨板，制得形成有反应气体流路以及歧管孔的导电性隔板。反应气体流路宽度为2mm、深度为2mm，并被形成为盘蛇状。另外，通过机械加工与上述相同的石墨板，制得形成有冷却水流路的导电性隔板。接着，组合这些各个导电性隔板和MEA而制得单电池。在此，导电性隔板和MEA所接触的领域是纵150mm×横150mm的范围。于是，层叠60个上述单电池来作为电池堆102，从而制得燃料电池101。
在实施例1中，使用上述燃料电池101，从而制得第1实施方式所示的构成的燃料电池系统100。
阴极侧反应气体(氧化剂气体)使用空气，阳极侧反应气体(燃料气体)使用氢，置换气体在两极上都是使用氮气。在不同种气体之间进行置换的时候，流入的气体流量无论是空气、氢还是氮都是1L/min，置换时间为2min。
然后，以图18所示的工作模式的运转周期实施燃料电池系统100的运转。即，如图18所示，在燃料电池系统100停止的状态(待机模式)下，阳极以及阴极是被维持在充满着置换气体——氮的状态下。在第一起动时间(启动模式)燃烧气体氢流向阳极，此时阴极仍旧处于由氮充满的状态。在第二起动时间(启动模式)空气流向阴极。于是，在氢流向阳极、空气流向阴极的状态下实行发电(发电模式)。在第一停止状态(停止模式)中，阴极从空气置换成氮，而氢则流向阳极。在第二停止状态(停止模式)中，阳极的氢也被置换成氮。其后，燃料电池系统回到停止状态(待机模式)。这样的周期被称作1个周期。
发电是在电流密度为0.18A/cm2、氧化剂气体利用率为55％、燃料气体利用率为75％、反应气体露点为60℃以及冷却水入口温度为60℃的条件下进行的。
于是，以发电和停止作为1个循环周期，把发电时间设定为1小时、把停止时间也设定为1小时，以此重复操作1000个循环周期。测定其后的每个单电池的电压，并将此作为发电性能的评价依据。把每个单电池的电压的测定值表示于图19中。另外，全部单电池的平均单电池电压和其标准偏差表示于表1中。
(实施例2)
使用与由上述实施例1所示的单电池堆相同的电池堆，并制得第2实施方式所示的构成(也包含反应气体的流动方向的切换)的燃料电池系统200。至于其他的操作条件，均与上述实施例1相同。
然后，以发电和停止作为1个循环周期，把发电时间设定为1小时、把停止时间也设定为1小时，以此重复操作1000个循环周期。测定其后的每个单电池的电压，并将此作为发电性能的评价依据。把每个单电池的电压的测定值表示于图19中。另外，全部单电池的平均单电池电压和其标准偏差表示于表1中。
(比较例)
制作比较方式所示的构成的燃料电池系统300。其他的操作条件与上述实施例1相同。
然后，以发电和停止作为1个循环周期，把发电时间设定为1小时、把停止时间也设定为1小时，以此重复操作1000个循环周期。测定其后的每个单电池的电压，并将此作为发电性能的评价依据。把每个单电池的电压的测定值表示于图19中。另外，全部单电池的平均单电池电压和其标准偏差表示于表1中。
[表1]
Figure G2007800056664D00371
(研究)
图19是表示各个燃料电池系统的在电池堆102中的每个单电池的单电池电压的图表。图19中的单电池序号是表示从电池堆102的A侧朝着B侧的顺序的单电池序号。表1是表示实施例1、实施例2以及比较例的燃料电池系统的全部单电池的平均单电池电压以及其标准偏差的表格。参照图19以及表1比较研究实施例1、实施例2以及比较例的燃料电池系统的发电性能。
如图19所示，在比较例的燃料电池系统300中，相对于气体流入方向，在距离反应气体入口121、141较近的单电池(图10以及图12中的A侧)和在距离反应气体入口121、141较远的单电池上，出现了较大的单电池电压的差异。这被认为是因为气体的流入方向是从反应气体供给歧管的A端朝着B端的一个方向，所以在电池堆102内的气体置换是不均匀的。
另外，在实施例1的燃料电池系统100以及实施例2的燃料电池系统200中，在接近于反应气体入口121A、141A的单电池(图2以及图4的A侧、图6以及图8中的A侧)和在距离反应气体入口121A、141A较远的单电池(图2以及图4的B侧、图6以及图8中的B侧)上，未出现较大的单电池电压的差异。这被认为是因为切换反应气体以及置换气体的气体流入方向，所以能够使在电池堆102内的单电池之间的气体置换均一化。另外，如表1所示，能够较高地维持平均单电池电压，并且单电池电压的标准偏差也变小、偏差也得到抑制。因此，就能够抑制电池堆102的发电性能的降低。
另外，在实施例2的燃料电池系统200中，在接近于反应气体入口121A、141A的单电池(图6以及图8的A侧)和在距离反应气体入口121A、141A较远的单电池(图6以及图8中的B侧)上，未出现较大的单电池电压的差异。这被认为是因为，在实施例2的燃料电池系统200中，由于多次切换反应气体以及置换气体的气体流入方向，在能够在缩短电池堆102内的气体的置换时间的同时，还能够降低由于残存气体所造成的影响。另外，如表1所示，能够更高地维持平均单电池电压，并且单电池电压的标准偏差也变小、偏差也得到抑制。因此，就能够进一步抑制电池堆102的发电性能的降低。
另外，在第1实施方式以及第2实施方式的燃料电池系统中，虽然在用于供给燃料气体的构成要素和用于供给氧化剂气体的构成要素的双方上均配置有反应气体入口选择装置，但是在用于供给燃料气体的构成要素和用于供给氧化剂气体的构成要素的随便哪一个上配置反应气体入口选择装置也是可以的。
另外，在第1实施方式以及第2实施方式的燃料电池系统中，虽然在燃料气体供给歧管106以及氧化剂气体供给歧管108上，将两处反应气体入口配置于电池堆102的两端，但是通过将燃料气体供给歧管106以及氧化剂气体供给歧管108做成U字形，即使是将反应气体入口配置于电池堆102的单端上也会获得同样的效果。
再则，如图2以及图4、图6以及图8所示，第1实施方式的燃料电池系统100以及第2实施方式的燃料电池系统200，采用了另行具备配置于燃料气体供给装置120侧的置换气体供给装置130和配置于氧化剂气体供给装置140侧的置换气体供给装置150的构成。但是，本发明的燃料电池系统并不限定于该构成。例如，本发明的燃料电池系统也可以做成如下构成：燃料气体供给装置120和氧化剂气体供给装置140共有1个置换气体供给装置。
由上述说明，对于本领域技术人员来说本发明的多处改良或者其他的实施方式想必都已经明了。因此，上述说明应仅视作例示，是为了向本领域技术人员提示实行本发明的最佳方式而做出的。只要不脱离本发明的精神，实质性地变更其构造以及/或者机能的细节也是可以的。
产业上利用的可能性
本发明的燃料电池系统作为即使是反复操作启动和停止也能够抑制电池堆整体发电性能的降低的燃料电池系统是有用的，其通过使在电池堆内的各个单电池之间的气体的置换状态均一化而达到上述效果。

Claims (25)

1.一种燃料电池系统，其特征在于：
具备燃料电池、燃料气体供给装置、燃料气体入口选择装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述燃料气体供给歧管的一端的第一燃料气体入口；以及，
与该第一燃料气体入口连通其一端的所述燃料气体供给歧管的另一端相连通的第二燃料气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述燃料气体供给装置供给所述燃料气体，
所述燃料气体入口选择装置将从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体选择性地向第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口供给。
2.如权利要求1所记载的燃料电池系统，其特征在于：
还具备控制装置，
所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，使得从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
3.如权利要求1所记载的燃料电池系统，其特征在于： 
具备：
置换气体供给装置，供给用于置换所述燃料气体的置换气体；和
选择性气体供给装置，选择性地供给从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体，
所述燃料气体入口选择装置被构成为，将从所述选择性气体供给装置所供给的燃料气体或者置换气体，选择性地供给给第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口。
4.如权利要求3所记载的燃料电池系统，其特征在于：
还具备控制装置，
所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，使得从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换，
具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，
所述控制装置控制所述选择性气体供给装置，由此，在所述启动模式中供给所述燃料气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述燃料气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体，
而且，所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
5.如权利要求4所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。 
6.如权利要求4所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述启动模式或者所述停止模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行多次切换。
7.如权利要求2所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述燃料气体入口选择装置具备：拥有第一至第三端口并能够选择性地将所述第三端口连接于所述第一端口或者所述第二端口的三通阀、把所述第一端口连接于所述第一燃料气体入口的第一气体配管、把所述第二端口连接于所述第二燃料气体入口的第二气体配管，
所述第三端口连接于，用于供给来自于选择性气体供给装置的气体的气体配管。
8.如权利要求2所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述燃料气体入口选择装置具备：T形管接头、将该T形管接头的第一端连接于所述第一燃料气体入口的第一气体配管、配置于该第一气体配管的路径中的开闭阀、将所述T形管接头的第二端连接于所述第二燃料气体入口的第二气体配管、配置于该第二气体配管的路径中的开闭阀，
所述T形管接头的第三端连接于，用于供给来自于选择性气体供给装置的气体的气体配管。
9.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备燃料电池、燃料气体供给装置、置换气体供给装置、选择性气体供给装置、燃料气体入口选择装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成； 
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述燃料气体供给歧管的一端的第一燃料气体入口；以及，
与该第一燃料气体入口连通其一端的所述燃料气体供给歧管的另一端相连通的第二燃料气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述燃料气体供给装置供给所述燃料气体，
所述置换气体供给装置供给用于置换所述燃料气体的置换气体，
所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体，
所述燃料气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的燃料气体或者置换气体选择性地供给给第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口，
所述燃料电池系统的运转方法包括：
控制所述选择性气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式中供给所述燃料气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述燃料气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体；
控制所述燃料气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。 
10.一种燃料电池系统，其特征在于：
具备燃料电池、氧化剂气体供给装置、选择性气体供给装置、氧化剂气体入口选择装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述氧化剂气体供给歧管的一端的第一氧化剂气体入口；以及，
与该第一氧化剂气体入口连通其一端的所述氧化剂气体供给歧管的另一端相连通的第二氧化剂气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述氧化剂气体供给装置供给所述氧化剂气体，
所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体，
所述氧化剂气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体选择性地向第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口供给。
11.如权利要求10所记载的燃料电池系统，其特征在于：
还具备控制装置，
所述控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，使得从所述氧 化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
12.如权利要求10所记载的燃料电池系统，其特征在于：
具备：
置换气体供给装置，供给用于置换所述氧化剂气体的置换气体；和
选择性气体供给装置，选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体，
所述氧化剂气体入口选择装置被构成为，将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体或者置换气体，选择性地供给给第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口。
13.如权利要求12所记载的燃料电池系统，其特征在于：
还具备控制装置，
所述控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，使得从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换，
具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，
所述控制装置控制所述选择性气体供给装置，由此，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体，
而且，所述控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。 
14.如权利要求13所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为，在所述发电模式和所述停止模式之间进行切换时，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
15.如权利要求13所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为，在所述启动模式或者所述停止模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行多次切换。
16.如权利要求11所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述氧化剂气体入口选择装置具备：拥有第一至第三端口并能够选择性地将所述第三端口连接于所述第一端口或者所述第二端口的三通阀、把所述第一端口连接于所述第一氧化剂气体入口的第一气体配管、把所述第二端口连接于所述第二氧化剂气体入口的第二气体配管，
所述第三端口连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
17.如权利要求11所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述氧化剂气体入口选择装置具备：T形管接头、将该T形管接头的第一端连接于所述第一氧化剂气体入口的第一气体配管、配置于该第一气体配管的路径中的开闭阀、将所述T形管接头的第二端连接于所述第二氧化剂气体入口的第二气体配管、配置于该第二气体配管的路径中的开闭阀，
所述T形管接头的第三端连接于，用于供给来自于所述选择性气体供给装置的气体的气体配管。
18.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备燃料电池、氧化剂气体供给装置、置换气 体供给装置、选择性气体供给装置、氧化剂气体入口选择装置、控制装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高子分电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述氧化剂气体供给歧管的一端的第一氧化剂气体入口；以及，
与该第一氧化剂气体入口连通其一端的所述氧化剂气体供给歧管的另一端相连通的第二氧化剂气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述氧化剂气体供给装置供给所述氧化剂气体，
所述置换气体供给装置供给用于置换所述氧化剂气体的置换气体，
所述选择性气体供给装置选择性地供给从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体或者从所述置换气体供给装置所供给的置换气体，
所述氧化剂气体入口选择装置将从所述选择性气体供给装置所供给的氧化剂气体或者置换气体选择性地向第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口供给，
所述燃料电池系统的运转方法包括：
控制所述选择性气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移 的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式中供给所述氧化剂气体并清除所述电池堆内的气体，在所述发电模式中供给所述氧化剂气体，并且在所述停止模式中供给所述置换气体从而用该置换气体来置换所述电池堆内的气体；
控制所述氧化剂气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式、所述发电模式以及所述停止模式的任意2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述选择性气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
19.一种燃料电池，其特征在于：
具备：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和第一电极以及第二电极，该第一电极以及第二电极分别由以夹持所述高分子电解质膜的形式而形成的阳极以及阴极中的一方的电极以及另一方的电极构成，
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式分别形成的第一反应气体供给歧管、第一反应气体排出歧管、第二反应气体供给歧管以及第二反应气体排出歧管；
将燃料气体以及氧化剂气体中的应该供给给阳极以及阴极当中的所述一方的电极上的反应气体即第一反应气体，从第一反应气体供给歧管引导至第一电极并从那里向第一反应气体排出歧管引导的第一反应气体流路；
将燃料气体以及氧化剂气体中的应该供给给阳极以及阴极当中的所述另一方的电极上的反应气体即第二反应气体，从第二反应气体供给歧管引导至第二电极并从那里向第二反应气体排出歧管引导的第二反应气体流路；
连通于所述第一反应气体供给歧管的一端的一方的第一反应气体入口；以及，
与该一方的第一反应气体入口连通其一端的所述第一反应气体供 给歧管的另一端相连通的另一方的第一反应气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述一方的第一反应气体入口与所述另一方的第一反应气体入口之间进行切换。
20.如权利要求2所记载的燃料电池系统，其特征在于：
具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式；
所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述燃料气体供给装置，使得在所述启动模式以及所述发电模式中供给所述燃料气体，而且在所述停止模式中停止所述燃料气体的供给，
而且，所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述启动模式和所述发电模式的2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述燃料气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
21.如权利要求20所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述燃料气体入口选择装置，从而在所述启动模式中，将从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行多次切换。
22.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备燃料电池、燃料气体供给装置、燃料气体入口选择装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的 燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述燃料气体供给歧管的一端的第一燃料气体入口；以及，
与该第一燃料气体入口连通其一端的所述燃料气体供给歧管的另一端相连通的第二燃料气体入口，
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述燃料气体供给装置供给所述燃料气体，
所述燃料气体入口选择装置将从所述燃料气体供给装置所供给的燃料气体选择性地向第一燃料气体入口或者第二燃料气体入口供给，
燃料电池系统的运转方法包括：
控制所述燃料气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式以及所述发电模式中供给所述燃料气体，并且在所述停止模式中停止所述燃料气体的供给；
控制所述燃料气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式和所述发电模式的2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述燃料气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一燃料气体入口和所述第二燃料气体入口之间进行切换。
23.如权利要求11所记载的燃料电池系统，其特征在于：
具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，
所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述氧化剂气体供给装置，从而在所述启动模式以及所述发电模式中供给所述氧化剂气体， 而且在所述停止模式中停止所述氧化剂气体的供给，
而且，所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，从而在所述启动模式和所述发电模式的2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述氧化剂气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。
24.如权利要求23所记载的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为，由该控制装置控制所述氧化剂气体入口选择装置，从而在所述启动模式中，将从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行多次切换。
25.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备燃料电池、氧化剂气体供给装置、氧化剂气体入口选择装置、控制装置，
所述燃料电池具有：
多个单电池，每个所述单电池具有高分子电解质膜和以夹持该高分子电解质膜的形式形成的阳极以及阴极；
电池堆，该电池堆由层叠所述单电池而构成；
在该电池堆中分别以沿着该电池堆的层叠方向延伸的形式形成的燃料气体供给歧管、燃料气体排出歧管、氧化剂气体供给歧管以及氧化剂气体排出歧管；
将燃料气体从燃料气体供给歧管向阳极引导并从那里向燃料气体排出歧管引导的燃料气体流路；
将氧化剂气体从氧化剂气体供给歧管向阴极引导并从那里向氧化剂气体排出歧管引导的氧化剂气体流路；
连通于所述氧化剂气体供给歧管的一端的第一氧化剂气体入口；以及，
与该第一氧化剂气体入口连通其一端的所述氧化剂气体供给歧管的另一端相连通的第二氧化剂气体入口， 
所述燃料电池被构成为，在所述单电池中使所述燃料气体与氧化剂气体发生反应并进行发电，
所述氧化剂气体供给装置供给所述氧化剂气体，
所述氧化剂气体入口选择装置将从所述氧化剂气体供给装置所供给的氧化剂气体选择性地向第一氧化剂气体入口或者第二氧化剂气体入口供给，
燃料电池系统的运转方法包括：
控制所述氧化剂气体供给装置的步骤，该步骤具有进行所述发电并向外部负载提供电力的发电模式、从停止状态向所述发电模式转移的启动模式、从所述发电模式向所述停止状态转移的停止模式，由此，在所述启动模式以及所述发电模式中供给所述氧化剂气体，并且在所述停止模式中停止所述氧化剂气体的供给；
控制所述氧化剂气体入口选择装置的步骤，由此，在所述启动模式和所述发电模式的2个模式之间进行切换时，或者在任意的模式中，将从所述氧化剂气体供给装置所供给的气体的供给方向，在所述第一氧化剂气体入口和所述第二氧化剂气体入口之间进行切换。 
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