(57)【要約】【課題】燃料電池を低温で始動させる場合にも燃料電池の発電を継続することのできる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜の一方の側に設けられた第１の電極層と、電解質膜の他方の側に設けられた第２の電極層と、を含む燃料電池と、燃料電池の温度に関する第１の物理量を検出する第１の検出部と、燃料電池の出力に関する第２の物理量を検出する第２の検出部と、第１の電極層がアノードとして利用されて第２の電極層がカソードとして利用される第１の動作モードと、第１の電極層がカソードとして利用されて第２の電極層がアノードとして利用される第２の動作モードと、を切り替えるための切替部と、第１の物理量と第２の物理量とが所定の条件を満足すると判断される場合に、切替部を制御して、第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替える制御部と、を備える。【選択図】図１
2008016323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に設けられた第１の電極層と、前記電解質膜の他方の側に設けられた第２の電極層と、を含む燃料電池と、
前記燃料電池の温度に関する第１の物理量を検出する第１の検出部と、
前記燃料電池の出力に関する第２の物理量を検出する第２の検出部と、
前記第１の電極層がアノードとして利用されて前記第２の電極層がカソードとして利用される第１の動作モードと、前記第１の電極層がカソードとして利用されて前記第２の電極層がアノードとして利用される第２の動作モードと、を切り替えるための切替部と、
前記第１の物理量と前記第２の物理量とが所定の条件を満足すると判断される場合に、前記切替部を制御して、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記所定の条件は、前記第１の物理量が所定の温度以下を示し、かつ、前記第２の物理量が所定の出力以下を示す場合に満足される、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記第１の物理量が所定の温度を超えることを示すまで、前記所定の条件が満足されるか否かの判断と前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの切替とを繰り返し実行する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムであって、
前記第１の電極層は、アノードとしての利用に適しており、
前記第２の電極層は、カソードとしての利用に適しており、
前記制御部は、前記第１の物理量が前記所定の温度を超えることを示したときに前記第２の動作モードが選択されている場合には、前記切替部を制御して、前記第２の動作モードから前記第１の動作モードに切り替える、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、さらに、
前記第１の電極層側に設けられた第１の内部ガス通路と、
前記第２の電極層側に設けられた第２の内部ガス通路と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とに接続され、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通る燃料ガス通路と、
前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とに接続され、前記燃料電池に供給される酸化ガスが通る酸化ガス通路と、
を備え、
前記切替部は、
前記燃料ガス通路を通る燃料ガスを前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とのうちの一方に供給すると共に、前記酸化ガス通路を通る酸化ガスを前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とのうちの他方に供給するための弁装置を備え、
前記制御部は、
前記第１の動作モードでは、前記弁装置を制御して、前記第１の内部ガス通路に燃料ガスを供給すると共に前記第２の内部ガス通路に酸化ガスを供給し、
前記第２の動作モードでは、前記弁装置を制御して、前記第１の内部ガス通路に酸化ガスを供給すると共に前記第２の内部ガス通路に燃料ガスを供給する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、さらに、
第１の出力端子と、
第２の出力端子と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とのうちの一方と、負荷装置の第１の入力端子と、を導通させると共に、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とのうちの他方と、前記負荷装置の第２の入力端子と、を導通させるためのスイッチ回路を備え、
前記制御部は、
前記第１の動作モードでは、前記スイッチ回路を制御して、前記第１の出力端子と前記第１の入力端子とを導通させると共に前記第２の出力端子と前記第２の入力端子とを導通させ、
前記第２の動作モードでは、前記スイッチ回路を制御して、前記第１の出力端子と前記第２の入力端子とを導通させると共に前記第２の出力端子と前記第１の入力端子とを導通させる、燃料電池システム。
【請求項７】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に設けられた第１の電極層と、前記電解質膜の他方の側に設けられた第２の電極層と、を含む燃料電池の運転方法であって、
（ａ）前記燃料電池の温度に関する第１の物理量を検出する工程と、
（ｂ）前記燃料電池の出力に関する第２の物理量を検出する工程と、
（ｃ）前記第１の物理量と前記第２の物理量とが所定の条件を満足すると判断される場合に、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切り替える工程であって、前記第１の動作モードでは、前記第１の電極層がアノードとして利用されて前記第２の電極層がカソードとして利用され、前記第２の動作モードでは、前記第１の電極層がカソードとして利用されて前記第２の電極層がアノードとして利用される、前記工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池を備えており、燃料電池は、アノード側に設けられたガス通路（アノード側ガス通路）と、カソード側に設けられたガス通路（カソード側ガス通路）と、を含んでいる。そして、アノード側ガス通路には、には燃料ガスが供給され、カソード側ガス通路には酸化ガスが供給される。
【０００３】
燃料電池の発電の際には、カソードにおいて水（生成水）が生成される。生成水は、通常、カソード側ガス通路を流通する酸化ガスによってカソード側ガス通路から除去される。これにより、カソード側ガス通路に生成水が滞留し、カソード側ガス通路が生成水によって閉塞されるのが抑制される。
【０００４】
なお、特許文献１では、燃料電池を低温で始動させる場合に、燃料電池にパルス状の電流を出力させることによって、生成水がカソード側ガス通路を閉塞するのを抑制する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１１２７号公報
【特許文献２】特開２００５−４４７９５号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池を低温で始動させる場合には、すなわち、燃料電池の発電開始の際に燃料電池の周囲温度が低い場合には、生成水は凍結し得る。なお、燃料電池の発電の際には電気化学反応の進行に伴って熱が発生する。しかしながら、発生した熱量が燃料電池の暖機に充分でない場合には、生成水は凍結し得る。この生成水の凍結により、カソード側ガス通路が閉塞すると、カソードに酸化ガスを供給することが困難となってしまい、この結果、燃料電池の発電を継続することが困難となってしまう。
【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、燃料電池を低温で始動させる場合にも燃料電池の発電を継続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、本発明の装置は、燃料電池システムであって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に設けられた第１の電極層と、前記電解質膜の他方の側に設けられた第２の電極層と、を含む燃料電池と、
前記燃料電池の温度に関する第１の物理量を検出する第１の検出部と、
前記燃料電池の出力に関する第２の物理量を検出する第２の検出部と、
前記第１の電極層がアノードとして利用されて前記第２の電極層がカソードとして利用される第１の動作モードと、前記第１の電極層がカソードとして利用されて前記第２の電極層がアノードとして利用される第２の動作モードと、を切り替えるための切替部と、
前記第１の物理量と前記第２の物理量とが所定の条件を満足すると判断される場合に、前記切替部を制御して、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
この装置では、第１の物理量と第２の物理量とに基づいて、燃料電池の動作モードを切り替えることができるため、燃料電池を低温で始動させる場合にも、カソードに酸化ガスを供給することができ、この結果、燃料電池の発電を継続することができる。
【００１０】
上記の装置において、
前記所定の条件は、前記第１の物理量が所定の温度以下を示し、かつ、前記第２の物理量が所定の出力以下を示す場合に満足されることが好ましい。
【００１１】
上記の装置において、
前記制御部は、前記第１の物理量が所定の温度を超えることを示すまで、前記所定の条件が満足されるか否かの判断と前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの切替とを繰り返し実行することが好ましい。
【００１２】
こうすれば、燃料電池の発電を確実に継続することができる。
【００１３】
上記の装置において、
前記第１の電極層は、アノードとしての利用に適しており、
前記第２の電極層は、カソードとしての利用に適しており、
前記制御部は、前記第１の物理量が前記所定の温度を超えることを示したときに前記第２の動作モードが選択されている場合には、前記切替部を制御して、前記第２の動作モードから前記第１の動作モードに切り替えるようにしてもよい。
【００１４】
こうすれば、燃料電池システムは、常に、第１の動作モードで通常運転を行うことができる。
【００１５】
上記の装置において、
前記燃料電池は、さらに、
前記第１の電極層側に設けられた第１の内部ガス通路と、
前記第２の電極層側に設けられた第２の内部ガス通路と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とに接続され、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通る燃料ガス通路と、
前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とに接続され、前記燃料電池に供給される酸化ガスが通る酸化ガス通路と、
を備え、
前記切替部は、
前記燃料ガス通路を通る燃料ガスを前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とのうちの一方に供給すると共に、前記酸化ガス通路を通る酸化ガスを前記第１の内部ガス通路と前記第２の内部ガス通路とのうちの他方に供給するための弁装置を備え、
前記制御部は、
前記第１の動作モードでは、前記弁装置を制御して、前記第１の内部ガス通路に燃料ガスを供給すると共に前記第２の内部ガス通路に酸化ガスを供給し、
前記第２の動作モードでは、前記弁装置を制御して、前記第１の内部ガス通路に酸化ガスを供給すると共に前記第２の内部ガス通路に燃料ガスを供給するようにしてもよい。
【００１６】
上記の装置において、
前記燃料電池は、さらに、
第１の出力端子と、
第２の出力端子と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とのうちの一方と、負荷装置の第１の入力端子と、を導通させると共に、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子とのうちの他方と、前記負荷装置の第２の入力端子と、を導通させるためのスイッチ回路を備え、
前記制御部は、
前記第１の動作モードでは、前記スイッチ回路を制御して、前記第１の出力端子と前記第１の入力端子とを導通させると共に前記第２の出力端子と前記第２の入力端子とを導通させ、
前記第２の動作モードでは、前記スイッチ回路を制御して、前記第１の出力端子と前記第２の入力端子とを導通させると共に前記第２の出力端子と前記第１の入力端子とを導通させることが好ましい。
【００１７】
動作モードを切り替えると、燃料電池の２つの出力端子の極性（正極および負極）は反転する。しかしながら、上記の構成を採用すれば、常に、負荷装置の一方の入力端子を燃料電池の正極と接続することができると共に、負荷装置の他方の入力端子を燃料電池の負極と接続することができる。
【００１８】
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、燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載する車両等の移動体、燃料電池の運転方法、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、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】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて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構成：
Ａ−２．燃料電池システムの運転開始時の処理：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
【００２０】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの構成：
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。
【００２１】
図示するように、燃料電池システムは、燃料電池１００と、水素ガスを含む燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給部２００と、酸素ガスを含む酸化ガス（空気）を燃料電池に供給するための酸化ガス供給部３００と、を備えている。また、燃料電池システムは、温度センサ４１２と、電圧計４１４と、電流計４１６と、２つのスイッチ５０１，５０２と、負荷装置５１０と、を備えている。さらに、燃料電池システムは、燃料電池システム全体の動作を制御するコントローラ４００を備えている。
【００２２】
本実施例の燃料電池システムは、２つの動作モードを有している。後述するように、第１の動作モードと第２の動作モードとでは、燃料電池のアノードとカソードとが変更される。
【００２３】
燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。図２は、図１の燃料電池１００内部の単電池構造を模式的に示す説明図である。図示するように、燃料電池１００は、積層された複数の単電池（単セル）１１０を含んでいる。そして、各単セル１１０間には、セパレータ１２０が配置されている。
【００２４】
単セル１１０は、電解質膜１１２を含んでおり、電解質膜１１２の一方の面には、第１の電極層１１４ａと第１のガス拡散層１１６ａとがこの順に設けられており、電解質膜１１２の他方の面には、第２の電極層１１４ｂと第２のガス拡散層１１６ｂとがこの順に設けられている。各セパレータ１２０は、隣接する２つの単セル１１０のうちの一方の単セルの第１のガス拡散層１１６ａに接すると共に他方の単セルの第２のガス拡散層１１６ｂに接するように、配置されている。セパレータ１２０の両面には、複数の溝が形成されており、第１のガス拡散層１１６ａとセパレータ１２０との間には、第１のガス通路１２１が形成され、第２のガス拡散層１１６ｂとセパレータ１２０との間には、第２のガス通路１２２が形成される。
【００２５】
本実施例では、各電極層１１４ａ，１１４ｂは、アノードとして利用可能であると共にカソードとして利用可能である。具体的には、第１の動作モードでは、第１の電極層１１４ａはアノードとして利用され、第２の電極層１１４ｂはカソードとして利用される。なお、このとき、第１のガス通路１２１には、燃料ガスが供給され、第２のガス通路１２２には、酸化ガスが供給される。一方、第２の動作モードでは、第１の電極層１１４ａがカソードとして利用され、第２の電極層１１４ｂはアノードとして利用される。なお、このとき、第１のガス通路１２１には、酸化ガスが供給され、第２のガス通路１２２には、燃料ガスが供給される。そして、単セル１１０では、以下に示す電気化学反応が進行する。
【００２６】
Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ-                       …（１）
（１／２）Ｏ2 ＋ ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2Ｏ    …（２）
Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ                …（３）
【００２７】
式（１）はアノードにおける反応を示しており、式（２）はカソードにおける反応を示している。そして、全体では、式（３）に示す反応が進行する。
【００２８】
なお、電解質膜１１２としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いることができる。電極層１１４ａ，１１４ｂとしては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。ガス拡散層１１６ａ，１１６ｃは、カーボンペーパなどのガス透過性および導電性を有する材料で形成される。また、セパレータ１２０は、導電性を有し、ガス透過性を有していない金属やカーボンなどで形成される。
【００２９】
燃料電池１００は、上記のように、燃料ガス供給部２００から供給される燃料ガス中の水素ガスと、酸化ガス供給部３００から供給される酸化ガス（空気）中の酸素ガスと、を利用して発電する。
【００３０】
燃料電池１００（図１）は、２つのガス供給口１０１，１０２と、２つのガス排出口１０３，１０４と、を備えている。各ガス供給口１０１，１０２には、燃料電池１００に供給される燃料ガスが通る燃料ガス通路と、燃料電池１００に供給される酸化ガスが通る酸化ガス通路と、が接続されている。各ガス排出口１０３，１０４には、燃料電池１００から排出された使用済みの燃料ガス（燃料オフガス）が通る燃料オフガス通路と、燃料電池１００から排出された使用済みの酸化ガス（酸化オフガス）が通る酸化オフガス通路と、が接続されている。第１のガス供給口１０１および第１のガス排出口１０３は、燃料電池１００内部の第１のガス通路１２１（図２）と接続されており、第２のガス供給口１０２および第２のガス排出口１０４は、燃料電池１００内部の第２のガス通路１２２（図２）と接続されている。
【００３１】
燃料ガス通路は、上流側に設けられた第１の部分通路２１１と、下流側に設けられて第１の部分通路２１１に接続された第２および第３の部分通路２１２ａ，２１２ｂと、を含んでいる。第２の部分通路２１２ａは、燃料電池１００の第１のガス供給口１０１に接続されており、第３の部分通路２１２ｂは、燃料電池１００の第２のガス供給口１０２に接続されている。また、燃料オフガス通路は、下流側に設けられた第１の部分通路２２１と、上流側に設けられて第１の部分通路２２１に接続された第２および第３の部分通路２２２ａ，２２２ｂと、を含んでいる。第２の部分通路２２２ａは、燃料電池１００の第１のガス排出口１０３に接続されており、第３の部分通路２２２ｂは、燃料電池１００の第２のガス排出口１０４に接続されている。そして、燃料オフガス通路の第１の部分通路２２１は、循環通路２３０を介して、燃料ガス通路の第１の部分通路２１１と接続されている。
【００３２】
酸化ガス通路は、上流側に設けられた第１の部分通路３１１と、下流側に設けられて第１の部分通路３１１に接続された第２および第３の部分通路３１２ａ，３１２ｂと、を含んでいる。第２の部分通路３１２ａは、燃料電池１００の第２のガス供給口１０２に接続されており、第３の部分通路３１２ｂは、燃料電池１００の第１のガス供給口１０１に接続されている。また、酸化オフガス通路は、下流側に設けられた第１の部分通路３２１と、上流側に設けられて第１の部分通路３２１に接続された第２および第３の部分通路３２２ａ，３２２ｂと、を含んでいる。第２の部分通路３２２ａは、燃料電池１００の第２のガス排出口１０４に接続されており、第３の部分通路３２２ｂは、燃料電池１００の第１のガス排出口１０３に接続されている。
【００３３】
燃料ガス供給部２００（図１）は、水素タンク２０２と、減圧弁２０４と、４つの遮断弁２０６ａ，２０６ｂ，２０８ａ，２０８ｂと、を備えている。水素タンク２０２は、燃料ガス通路の第１の部分通路２１１に接続されており、減圧弁２０４は、第１の部分通路２１１に設けられている。より具体的には、減圧弁２０４は、第１の部分通路２１１と循環通路２３０との接続点よりも上流側に設けられている。第１の遮断弁２０６ａは、燃料ガス通路の第２の部分通路２１２ａに設けられており、第２の遮断弁２０６ｂは、第３の部分通路２１２ｂに設けられている。第３の遮断弁２０８ａは、燃料オフガス通路の第２の部分通路２２２ａに設けられており、第４の遮断弁２０８ｂは、第３の部分通路２２２ｂに設けられている。
【００３４】
水素タンク２０２は、水素ガスを含む燃料ガスを比較的高い圧力で貯蔵している。減圧弁２０４は、水素タンク２０２から供給された燃料ガスを所定の圧力に減圧する。第１の動作モードでは、第１および第３の遮断弁２０６ａ，２０８ａは開状態に設定され、第２および第４の遮断弁２０６ｂ，２０８ｂは閉状態に設定される。一方、第２の動作モードでは、第１および第３の遮断弁２０６ａ，２０８ａは閉状態に設定され、第２および第４の遮断弁２０６ｂ，２０８ｂは開状態に設定される。すなわち、第１の動作モードでは、燃料ガスは、燃料ガス通路の２つの部分通路２１１，２１２ａを通り、燃料オフガスは、燃料オフガス通路の２つの部分通路２２１，２２２ａを通る。一方、第２の動作モードでは、燃料ガスは、燃料ガス通路の２つの部分通路２１１，２１２ｂを通り、燃料オフガスは、燃料オフガス通路の２つの部分通路２２１，２２２ｂを通る。
【００３５】
燃料ガス供給部２００は、さらに、循環ポンプ２５０と、第５の遮断弁２６０と、を備えている。循環ポンプ２５０は、循環通路２３０に設けられており、第５の遮断弁２６０は、燃料オフガス通路の第１の部分通路２２１に設けられている。より具体的には、第５の遮断弁２６０は、燃料オフガス通路の第１の部分通路２２１と循環通路２３０との接続点よりも下流側に設けられている。循環ポンプ２５０は、電気化学反応に使用されなかった水素ガスを含む燃料オフガスを、燃料ガスとして燃料ガス通路内に戻す機能を有している。ただし、燃料オフガスを循環させると、燃料ガス中の水素ガス濃度は次第に低下する。このため、本実施例では、第５の遮断弁２６０を間欠的に開状態に設定することにより、水素ガス濃度の低い燃料オフガスを燃料電池１００から排出する。
【００３６】
酸化ガス供給部３００は、エアコンプレッサ３０２と、４つの遮断弁３０４ａ，３０４ｂ，３０６ａ，３０６ｂと、を備えている。エアコンプレッサ３０２は、酸化ガス通路の第１の部分通路３１１に接続されている。第１の遮断弁３０４ａは、酸化ガス通路の第２の部分通路３１２ａに設けられており、第２の遮断弁３０４ｂは、第３の部分通路３１２ｂに設けられている。第３の遮断弁３０６ａは、酸化オフガス通路の第２の部分通路３２２ａに設けられており、第４の遮断弁３０６ｂは、第３の部分通路３２２ｂに設けられている。
【００３７】
エアコンプレッサ３０２は、酸素ガスを含む酸化ガス（空気）を比較的高い圧力で送出する。第１の動作モードでは、第１および第３の遮断弁３０４ａ，３０６ａは開状態に設定され、第２および第４の遮断弁３０４ｂ，３０６ｂは閉状態に設定される。一方、第２の動作モードでは、第１および第３の遮断弁３０４ａ，３０６ａは閉状態に設定され、第２および第４の遮断弁３０４ｂ，３０６ｂは開状態に設定される。すなわち、第１の動作モードでは、酸化ガスは、酸化ガス通路の２つの部分通路３１１，３１２ａを通り、酸化オフガスは、酸化オフガス通路の２つの部分通路３２１，３２２ａを通る。一方、第２の動作モードでは、酸化ガスは、酸化ガス通路の２つの部分通路３１１，３１２ｂを通り、酸化オフガスは、酸化オフガス通路の２つの部分通路３２１，３２２ｂを通る。
【００３８】
燃料電池１００は、さらに、２つの出力端子１９１，１９２を備えている。第１の出力端子１９１は、燃料電池１００の一端に配置された単セル１１０の第１の電極層１１４ａと電気的に接続されており、第２の出力端子１９２は、燃料電池１００の他端に配置された単セル１１０の第２の電極層１１４ｂと電気的に接続されている。
【００３９】
第１のスイッチ５０１は、３つの端子を有している。第１のスイッチ５０１の第１の端子ｔａは、燃料電池１００の第１の出力端子１９１と電気的に接続されており、第２の端子ｔｂは、第２の出力端子１９２と電気的に接続されている。そして、第１のスイッチ５０１の第３の端子ｔｃは、負荷装置５１０の第１の入力端子５１１に接続されている。第２のスイッチ５０２も、３つの端子を有している。第２のスイッチ５０２の第１の端子ｔａは、燃料電池１００の第２の出力端子１９２と電気的に接続されており、第２の端子ｔｂは、第１の出力端子１９１と電気的に接続されている。そして、第２のスイッチ５０２の第３の端子ｔｃは、負荷装置５１０の第２の入力端子５１２に接続されている。２つのスイッチ５０１，５０２は、それぞれ、第１の動作モードでは、２つの端子ｔａ，ｔｃが導通するように設定され、第２の動作モードでは、２つの端子ｔｂ，ｔｃが導通するように設定される。
【００４０】
温度センサ４１２は、燃料電池１００の内部の温度Ｔを検出する。電圧計４１４は、燃料電池１００に含まれる複数の単セル１１０のうちの１つの単セルの出力電圧（セル電圧）Ｖを検出する。電流計４１６は、燃料電池１００の出力電流Ｉを検出する。
【００４１】
負荷装置５１０は、燃料電池１００から出力された直流電力を利用する第１種の補機や、該直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータや、変換後の交流電流を利用するモータおよび第２種の補機などを含んでいる。
【００４２】
コントローラ４００は、燃料電池システムの運転開始時に、温度センサ４１２の検出結果と、電圧計４１４の検出結果と、に基づいて、燃料電池システムの動作モードを変更可能である。
【００４３】
第１の動作モードが選択される場合には、コントローラ４００は、８つの遮断弁２０６ａ，２０６ｂ，３０４ａ，３０４ｂ，２０８ａ，２０８ｂ，３０６ａ，３０６ｂを制御して、第１のガス供給口１０１に燃料ガスを供給し、第２のガス供給口１０２に酸化ガスを供給する。このとき、第１の電極層１１４ａはアノードとして機能し、第２の電極層１１４ｂはカソードとして機能する。そして、燃料電池１００の第１の出力端子１９１は負極として機能し、第２の出力端子１９２は正極として機能する。また、コントローラ４００は、２つのスイッチ５０１，５０２を制御して、負極として機能する第１の出力端子１９１と負荷装置５１０の第１の入力端子５１１とを導通させると共に、正極として機能する第２の出力端子１９２と負荷装置５１０の第２の入力端子５１２とを導通させる。
【００４４】
一方、第２の動作モードが選択される場合には、コントローラ４００は、８つの遮断弁２０６ａ，２０６ｂ，３０４ａ，３０４ｂ，２０８ａ，２０８ｂ，３０６ａ，３０６ｂを制御して、第１のガス供給口１０１に酸化ガスを供給し、第２のガス供給口１０２に燃料ガスを供給する。このとき、第１の電極層１１４ａはカソードとして機能し、第２の電極層１１４ｂはアノードとして機能する。そして、燃料電池１００の第１の出力端子１９１は正極として機能し、第２の出力端子１９２は負極として機能する。また、コントローラ４００は、２つのスイッチ５０１，５０２を制御して、正極として機能する第１の出力端子１９１と負荷装置５１０の第２の入力端子５１２とを導通させると共に、負極として機能する第２の出力端子１９２と負荷装置５１０の第１の入力端子５１１とを導通させる。
【００４５】
上記のように、動作モードを切り替えると、燃料電池の２つの出力端子１９１，１９２の極性（すなわち正極および負極）は反転する。しかしながら、上記のように、動作モードの切替に伴って２つのスイッチ５０１，５０２を切り替えることにより、常に、負荷装置の第１の入力端子５１１を燃料電池の負極と接続することができると共に、負荷装置の第２の入力端子５１２を燃料電池の正極と接続することができる。
【００４６】
なお、上記の説明から分かるように、本実施例における第１のガス通路１２１と第２のガス通路１２２とが、それぞれ、本発明における第１の内部ガス通路と第２の内部ガス通路とに相当する。そして、本実施例における４つの遮断弁２０６ａ，２０６ｂ，３０４ａ，３０４ｂが本発明における弁装置に相当する。また、本実施例における２つのスイッチ５０１，５０２が本発明におけるスイッチ回路に相当する。
【００４７】
Ａ−２．燃料電池システムの運転開始時の処理：
図３は、燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。なお、本実施例では、燃料電池システムの運転開始直後には、燃料電池システムは、常に、第１の動作モードで動作する。また、本実施例では、図３の処理期間中には、コントローラ４００は、電流計４１６の検出結果をモニタして、燃料電池１００の出力電流が一定となるように負荷装置５１０の負荷を調整する。
【００４８】
ステップＳ１０２では、コントローラ４００は、温度センサ４１２から検出結果を取得して、該検出結果に基づいて、燃料電池１００の内部温度Ｔが所定値Ｔｓ以下であるか否かを判断する。なお、所定値Ｔｓは、生成水が凍結し得る温度に設定され、例えば、０℃に設定される。
【００４９】
ステップＳ１０２において、温度Ｔが所定値Ｔｓよりも高いと判断される場合には、生成水は第２のガス通路１２２および第２のガス拡散層１１６ｂ内で凍結しないため、燃料電池１００は発電を継続することができる。このため、図３の処理は終了する。そして、燃料電池システムは、第１の動作モードで通常運転を行う。
【００５０】
一方、ステップＳ１０２において、温度Ｔが所定値Ｔｓ以下であると判断される場合には、生成水は第２のガス通路１２２および第２のガス拡散層１１６ｂ内で凍結し得る。このとき、ステップＳ１０４に進む。
【００５１】
ステップＳ１０４では、コントローラ４００は、電圧計４１４から検出結果を取得して、該検出結果に基づいて、セル電圧Ｖが所定値Ｖｓ以下であるか否かを判断する。なお、所定値Ｖｓは、例えば、約０．２Ｖに設定される。
【００５２】
ステップＳ１０４において、セル電圧Ｖが所定値Ｖｓよりも高いと判断される場合には、生成水は第２のガス通路１２２および第２のガス拡散層１１６ｂ内で凍結し得るが、燃料電池は発電を継続しているため、ステップＳ１０２に戻る。
【００５３】
一方、ステップＳ１０４において、セル電圧Ｖが所定値Ｖｓ以下であると判断される場合には、生成水が第２のガス通路１２２および第２のガス拡散層１１６ｂ内で凍結して、酸化ガスが第２の電極層１１４ｂに充分に供給されていないと推定される。この場合には、燃料電池の発電を継続することは困難である。具体的には、仮に燃料電池が発電を継続すると、生成水の凍結により第２のガス通路１２２および第２のガス拡散層１１６ｂの気孔が閉塞して、酸化ガスが第２の電極層１１４ｂに供給されず、発電不能な状態となり得る。このとき、ステップＳ１０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１０６では、コントローラ４００は、燃料電池システムの動作モードを第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えることによって、アノードとカソードとを変更する。具体的には、燃料ガスに関し、第１および第３の遮断弁２０６ａ，２０８ａが閉状態に変更されると共に、第２および第４の遮断弁２０６ｂ，２０８ｂが開状態に変更される。また、酸化ガスに関し、第１および第３の遮断弁３０４ａ，３０６ａが閉状態に変更されると共に、第２および第４の遮断弁３０４ｂ，３０６ｂが開状態に変更される。さらに、負荷装置５１０の第１の入力端子５１１と燃料電池１００の第２の出力端子１９２とが導通するように、第１のスイッチ５０１の状態が変更されると共に、負荷装置５１０の第２の入力端子５１２と燃料電池１００の第１の出力端子１９１とが導通するように、第２のスイッチ５０２の状態が変更される。
【００５５】
このように、本実施例では、内部温度Ｔが所定値Ｔｓ以下であり、かつ、セル電圧Ｖが所定値Ｖｓ以下である場合に、動作モードが切り替えられる。これにより、以下に説明するように、燃料電池は、発電を継続することができる。そして、燃料電池システムは、第２の動作モードで通常運転を行う。
【００５６】
図４は、セル電圧の測定結果を示す説明図である。なお、図４の測定結果は、実験用の燃料電池を用いて得られたものである。図４（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池の周囲温度を−２０℃で維持し、単セルから出力される電流密度を０．０３Ａ／ｃｍ2で保持したときのセル電圧の変化を示している。図４（Ａ）は、動作モードの切替前におけるセル電圧の変化を示しており、図４（Ｂ）は、動作モードの切替後におけるセル電圧の変化を示している。なお、図４（Ｂ）の時刻ｔ１は、図４（Ａ）の時刻ｔ１と同じ時刻を示している。
【００５７】
図４（Ａ）の時刻ｔ０において、燃料電池は、第１の動作モードで発電を開始する。このとき、単セルの第１の電極層には燃料ガスが供給され、第２の電極層には酸化ガスが供給される。セル電圧は、当初０．７Ｖ以上であるが、次第に低下している。図４（Ａ）の時刻ｔ１では、セル電圧は約０．２Ｖまで低下している。これは、生成水が凍結して、第２の電極層に酸化ガスが次第に供給され難くなっていることに起因する。なお、通常、燃料電池は、発電の際に発熱するが、発生した熱量が燃料電池の暖機に充分でない場合には、より具体的には、発生した熱量によって燃料電池の内部温度が所定値（例えば０℃）より高くならない場合には、生成水は凍結する。
【００５８】
図４（Ａ）において、仮に燃料電池の発電を継続すると、セル電圧はさらに低下する。このとき、酸化ガスは第２の電極層に供給されず、発電不能な状態となる。
【００５９】
しかしながら、図４（Ａ），（Ｂ）の時刻ｔ１では、動作モードが切り替えられている。そして、時刻ｔ１以降では、燃料電池は、第２の動作モードで発電を開始する。このとき、単セルの第１の電極層には酸化ガスが供給され、第２の電極層には燃料ガスが供給される。この結果、時刻ｔ１において、セル電圧が約０．２Ｖまで低下したにも拘わらず、時刻ｔ１より後では、図４（Ｂ）に示すように、セル電圧は再度０．７Ｖ以上となっている。
【００６０】
なお、図４（Ａ），（Ｂ）では、セル電圧は、０．７Ｖ以上で維持された後、次第に低下しているが、燃料電池の内部温度が所定値（例えば０℃）より高くなる場合には、セル電圧は低下せず、燃料電池は発電を継続することができる。
【００６１】
ところで、前述したように、時刻ｔ１では、酸化ガスを第２の電極層に供給するのが困難な状態となっている。しかしながら、図４（Ｂ）の測定結果から分かるように、時刻ｔ１において動作モードを切り替えた後には、燃料ガスを第２の電極層に供給することが可能となっている。これは、燃料ガス（具体的には水素ガス）の拡散係数が、酸化ガス（具体的には酸素ガス）の拡散係数よりも充分に大きいためである。すなわち、生成水の凍結に起因して第２の電極層側のガス通路およびガス拡散層に酸化ガスを流通させることが困難な場合にも、該ガス通路およびガス拡散層に燃料ガスを容易に流通させることができる。このため、動作モードを切り替えることにより、燃料電池は、発電を継続することができる。
【００６２】
図５は、単セル内部の現象を模式的に示す説明図である。図５（Ａ）は、発電開始前の単セル内部の様子を示している。図中、電解質膜Ｍの左方の第１の電極層Ｅ１と右方の第２の電極層Ｅ２とには、それぞれ水分子（図中、丸印で示す）が含まれている。ただし、便宜上、第１の電極層Ｅ１中の水分子の数は、第２の電極層Ｅ２中の水分子の数よりも多く描かれている。
【００６３】
図５（Ｂ）は、発電開始直後の単セル内部の様子を示している。なお、図５（Ｂ）では、第１の電極層Ｅ１は、アノードとして利用されており、第２の電極層Ｅ２は、カソードとして利用されている。発電期間中には、水素イオンＨ+ は、電解質膜Ｍ内部をアノード（第１の電極層Ｅ１）からカソード（第２の電極層Ｅ２）に向かって移動する。水素イオンが電解質膜Ｍ内部を移動するときには、水素イオンと共に水分子も移動する。なお、この水分子は、随伴水と呼ばれており、１個の水素イオンの移動に伴って、３〜４個の水分子が移動すると考えられている。
【００６４】
図５（Ｃ）は、発電開始から所定期間経過後の単セル内部の様子を示している。図示するように、水素イオンＨ+ の移動に伴って、カソード（第２の電極層Ｅ２）の水分子の数が増大していると共に、アノード（第１の電極層Ｅ１）の水分子の数が減少している。なお、カソード（第２の電極層Ｅ２）では、生成水が生成される。図５（Ｃ）の状態では、燃料電池が発電を開始してから、比較的短い時間だけ経過している。このため、燃料電池の発電に伴って発生した熱量は燃料電池の暖機に充分でなく、水（随伴水および生成水）が凍結する。このとき、酸化ガスがカソード（第２の電極層Ｅ２）に充分に供給されず、発電を継続することが困難となってしまう。すなわち、仮に、このままの状態で発電を継続する場合には、燃料電池は発電不能な状態となってしまう。
【００６５】
図５（Ｄ）は、動作モードの切替直後の単セル内部の様子を示している。なお、図５（Ｄ）では、第１の電極層Ｅ１は、カソードとして利用されており、第２の電極層Ｅ２は、アノードとして利用されている。前述したように、発電期間中には、水素イオンＨ+ と水分子（随伴水）とが、電解質膜Ｍ内部をアノード（第２の電極層Ｅ２）からカソード（第１の電極層Ｅ１）に向かって移動する。
【００６６】
なお、前述したように、燃料ガス（水素ガス）の拡散係数は酸化ガス（酸素ガス）の拡散係数よりも充分に大きい。動作モードの切替直後では、第２の電極層Ｅ２に対する酸化ガスの供給は比較的困難であるが、第２の電極層Ｅ２に対する燃料ガスの供給は比較的容易である。このため、動作モードの切替直後には、第１の電極層Ｅ１に酸化ガスを充分に供給することができると共に、第２の電極層Ｅ２に燃料ガスを充分に供給することができ、この結果、燃料電池は発電を継続することができる。
【００６７】
図５（Ｅ）は、動作モードの切替から所定期間経過後の単セル内部の様子を示している。図示するように、水素イオンＨ+ の移動に伴って、カソード（第１の電極層Ｅ１）の水分子の数が増大していると共に、アノード（第２の電極層Ｅ２）の水分子の数が減少している。図５（Ｅ）の状態では、燃料電池が発電を開始してから、比較的長い時間が経過している。このため、燃料電池の発電に伴って発生した熱量は燃料電池の暖機に充分であり、水（随伴水および生成水）が凍結せず、燃料電池は発電を継続することができる。
【００６８】
このように、本実施例では、動作モードを切り替えることによって、低温始動時における発電可能な期間を長期化することができるため、この間の発熱により、燃料電池内部の温度を上昇させることができる。この結果、燃料電池内部の温度を上昇させるためのヒータを設けずに済む。あるいは、該ヒータの利用頻度を低減させることができる。
【００６９】
なお、本実施例では、図３に示すように、動作モードの切替を１回だけ行うことによって燃料電池の暖機に充分な熱量が得られる場合を想定しているが、仮に燃料電池の暖機に充分な熱量が得られない場合には、後述するように、動作モードの切替を繰り返し行うようにしてもよい。この場合には、図５（Ｅ）の状態から図５（Ｂ）の状態に遷移する。そして、図５（Ｂ）の状態では、アノード（第１の電極層Ｅ１）に燃料ガスが充分に供給されると共に、カソード（第２の電極層Ｅ２）に酸化ガスが充分に供給されるため、さらに発電が継続されて燃料電池の暖機が行われる。
【００７０】
以上説明したように、本実施例では、温度センサ４１２の検出結果と電圧計４１４の検出結果とに基づいて、燃料電池システムの動作モードを切り替えることができるため、燃料電池１００を低温で始動させる場合にも、カソードに酸化ガスを供給することができ、この結果、燃料電池の発電を継続することが可能となる。
【００７１】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。なお、ステップＳ２０２，Ｓ２０６の処理は、第１実施例（図３）のステップＳ１０２，Ｓ１０６の処理と同じである。
【００７２】
本実施例では、第１実施例（図１）と同様の燃料電池システムが採用されている。ただし、本実施例では、コントローラ４００は、燃料電池システムの運転開始時に、温度センサ４１２の検出結果と、電流計４１６の検出結果と、に基づいて、燃料電池システムの動作モードを変更可能である。また、本実施例では、図６の処理期間中には、コントローラ４００は、電圧計４１４の検出結果をモニタし、単セルの出力電圧が一定となるように、負荷装置５１０の負荷を調整する。
【００７３】
ステップＳ２０４では、コントローラ４００は、電流計４１６から検出結果を取得して、該検出結果に基づいて、燃料電池１００の出力電流Ｉが所定値Ｉｓ以下であるか否かを判断する。なお、所定値Ｉｓは、例えば、約４０Ａに設定される。
【００７４】
ステップＳ２０４において、電流Ｉが所定値Ｉｓよりも高いと判断される場合には、生成水は凍結し得るが、燃料電池は発電を継続しているため、ステップＳ２０２に戻る。
【００７５】
一方、ステップＳ２０４において、電流Ｉが所定値Ｉｓ以下であると判断される場合には、生成水が凍結して、酸化ガスが第２の電極層１１４ｂに充分に供給されていないと推定される。この場合には、燃料電池は、燃料電池は発電を継続することが困難である。このとき、ステップＳ２０６に進む。
【００７６】
本実施例のように、温度センサ４１２の検出結果と電流計４１６の検出結果とに基づいて燃料電池システムの動作モードを切り替える場合にも、第１実施例と同様に、燃料電池の発電を継続することができる。
【００７７】
Ｃ．第３実施例：
第１および第２実施例では、動作モードの切替は１回だけ実行されているが、本実施例では、動作モードの切替を複数回実行することができるように工夫している。
【００７８】
なお、本実施例では、第２実施例と同様に、コントローラ４００は、温度センサ４１２の検出結果と電流計４１６の検出結果とに基づいて、燃料電池システムの動作モードを切り替える。
【００７９】
図７は、第３実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。図７のステップＳ３０２〜３０６の処理は、図６のステップＳ２０２〜２０６の処理と同じである。なお、ステップＳ３０６の処理が実行された後には、燃料電池システムの動作モードは、第２の動作モードに設定されている。
【００８０】
ステップＳ３１２では、ステップＳ３０２と同様に、コントローラ４００は、再度、温度センサ４１２から検出結果を取得して、該検出結果に基づいて、燃料電池１００の内部温度Ｔが所定値Ｔｓ以下であるか否かを判断する。
【００８１】
ステップＳ３１２において、温度Ｔが所定値Ｔｓよりも高いと判断される場合には、図７の処理は終了する。そして、燃料電池システムは、第２の動作モードで通常運転を行う。一方、温度Ｔが所定値Ｔｓ以下であると判断される場合には、ステップＳ３１４に進む。
【００８２】
ステップＳ３１４では、ステップＳ３０４と同様に、コントローラ４００は、電流計４１６から検出結果を取得して、該検出結果に基づいて、燃料電池１００の出力電流Ｉが所定値Ｉｓ以下であるか否かを判断する。ステップＳ３１４において、電流Ｉが所定値Ｉｓよりも高いと判断される場合には、ステップＳ３１２に戻る。一方、電流Ｉが所定値Ｉｓ以下であると判断される場合には、ステップＳ３１６に進む。
【００８３】
ステップＳ３１６では、コントローラ４００は、燃料電池システムの動作モードを第２の動作モードから第１の動作モードに切り替えることによって、アノードとカソードとを変更する。具体的には、燃料ガスに関し、第１および第３の遮断弁２０６ａ，２０８ａが開状態に変更されると共に、第２および第４の遮断弁２０６ｂ，２０８ｂが閉状態に変更される。また、酸化ガスに関し、第１および第３の遮断弁３０４ａ，３０６ａが開状態に変更されると共に、第２および第４の遮断弁３０４ｂ，３０６ｂが閉状態に変更される。さらに、負荷装置５１０の第１の入力端子５１１と燃料電池１００の第１の出力端子１９１とが導通するように、第１のスイッチ５０１の状態が変更されると共に、負荷装置５１０の第２の入力端子５１２と燃料電池１００の第２の出力端子１９２とが導通するように、第２のスイッチ５０２の状態が変更される。
【００８４】
そして、ステップＳ３１６の処理が終了すると、ステップＳ３０２に戻る。
【００８５】
本実施例では、図７の処理の終了直前に、ステップＳ３０６の処理が実行された場合には、燃料電池システムは、第２の動作モードで通常運転を実行し、ステップＳ３１６の処理が実行された場合には、燃料電池システムは、第１の動作モードで通常運転を実行する。
【００８６】
本実施例のように、動作モードの切替を繰り返し行えば、仮に１回の動作モードの切替によって燃料電池の発電を継続することが困難な場合にも、燃料電池の発電を確実に継続することができる。
【００８７】
Ｄ．第４実施例：
第１ないし第３実施例では、燃料電池システムは、第１の動作モードと第２の動作モードとの双方で通常運転を実行可能である。しかしながら、実際には、燃料電池１００が極性を有している場合もある。例えば、燃料電池の第１の電極層１１４ａの触媒の量が第２の電極層１１４ｂの触媒の量よりも多く、第１の電極層１１４ａがアノードに適しており、第２の電極層１１４ｂがカソードに適している場合がある。また、燃料電池の第１の電極層１１４ａの触媒の種類が第２の電極層１１４ｂの触媒の種類と異なり、第１の電極層１１４ａがアノードに適しており、第２の電極層１１４ｂがカソードに適している場合がある。燃料電池がその極性に適した状態で使用されない場合には、燃料電池は効率よく発電を行うことができない。そこで、本実施例では、燃料電池システムが、常に、第１の動作モードで通常運転を実行することができるように工夫している。
【００８８】
なお、本実施例では、第２実施例と同様に、コントローラ４００は、温度センサ４１２の検出結果と電流計４１６の検出結果とに基づいて、燃料電池システムの動作モードを切り替える。
【００８９】
図８は、第４実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。図８は、図７とほぼ同じであるが、ステップＳ３１８が追加されている。
【００９０】
具体的には、第３実施例（図７）では、ステップＳ３１２において、燃料電池１００の内部温度Ｔが所定値Ｔｓより高いと判断される場合には、図７の処理は終了し、第２の動作モードで通常運転が実行される。一方、本実施例（図８）では、ステップＳ３１２において、燃料電池の温度Ｔが所定値Ｔｓより高い場合には、ステップＳ３１８に進む。
【００９１】
ステップＳ３１８では、コントローラ４００は、ステップＳ３０６と同様に、燃料電池システムの動作モードを第２の動作モードから第１の動作モードに切り替えることによって、アノードとカソードとを変更する。
【００９２】
本実施例を採用すれば、燃料電池システムは、常に、第１の動作モードで通常運転を行うことができるため、燃料電池をその極性に適した状態で使用することができ、この結果、燃料電池は効率よく発電を行うことができる。
【００９３】
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において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。
【００９４】
（１）上記実施例では、燃料電池システムの運転開始直後には、動作モードは、第１の動作モードに設定されているが、これに代えて、第２の動作モードに設定されてもよい。
【００９５】
（２）上記実施例では、燃料ガスを２つのガス通路１２１，１２２のうちの一方に供給し、酸化ガスを２つのガス通路１２１，１２２のうちの他方に供給するために、４つの遮断弁２０６ａ，２０６ｂが利用されている。しかしながら、これに代えて、燃料ガス通路の３つの部分通路２１１，２１２ａ，２１２ｂの接続点に配置された三方弁と、酸化ガス通路の３つの部分通路３１１，３１２ａ，３１２ｂの接続点に配置された三方弁と、が利用されてもよい。あるいは、燃料ガス通路の第２の部分通路２１２ａと酸化ガス通路の第３の部分通路３１２ｂとの接続点に配置された三方弁と、燃料ガス通路の第３の部分通路２１２ｂと酸化ガス通路の第２の部分通路３１２ａとの接続点に配置された三方弁と、が利用されてもよい。
【００９６】
一般には、切替部は、燃料ガス通路を通る燃料ガスを第１の内部ガス通路と第２の内部ガス通路とのうちの一方に供給すると共に、酸化ガス通路を通る酸化ガスを第１の内部ガス通路と第２の内部ガス通路とのうちの他方に供給するための弁装置を含んでいればよい。
【００９７】
（３）上記実施例では、温度センサ４１２は、燃料電池１００の内部の温度を検出しているが、これに代えて、燃料電池１００の周囲の温度を検出するようにしてもよい。このようにしても、燃料電池１００の内部で水が凍結するか否かを判断することができる。
【００９８】
一般には、燃料電池の温度に関する第１の物理量を検出する第１の検出部が利用されればよい。
【００９９】
（４）第１実施例では、電圧計４１４は、燃料電池１００に含まれる複数の単セルのうちの１つの単セルの出力電圧を検出しているが、これに代えて、複数の単セルを含む燃料電池１００の出力電圧を検出するようにしてもよい。
【０１００】
また、第３および第４実施例では、第２実施例と同様に、動作モードは、温度センサ４１２の検出結果と電流計４１６の検出結果とに基づいて切り替えられているが、第１実施例と同様に、動作モードは、電流計４１６の検出結果に代えて電圧計４１４の検出結果に基づいて、切り替えられるようにしてもよい。
【０１０１】
一般には、燃料電池の出力に関する第２の物理量を検出する第２の検出部が利用されればよい。
【０１０２】
（５）上記実施例（図３，図６，図７，図８）では、温度センサの検出結果と、電圧計（または電流計）の検出結果と、をこの順序で利用しているが、電圧計（または電流計）の検出結果と、温度センサの検出結果と、をこの順序で利用するようにしてもよい。一般には、第１の物理量と第２の物理量とが所定の条件を満足する場合に、動作モードの切替が実行されればよい。
【０１０３】
（６）上記実施例では、動作モードの切替の際に、２つのスイッチ５０１，５０２が切り替えられているが、燃料電池に接続される負荷装置が極性を有していない場合には、２つのスイッチ５０１，５０２は省略可能である。
【０１０４】
（７）上記実施例では、固体高分子型の燃料電池が利用されているが、他のタイプの燃料電池が利用されてもよい。また、上記実施例では、図２に示す構造を有する燃料電池が利用されているが、他の種々の構造を有する燃料電池が利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【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】図１の燃料電池１００内部の単電池構造を模式的に示す説明図である。
【図３】燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。
【図４】セル電圧の測定結果を示す説明図である。
【図５】単セル内部の現象を模式的に示す説明図である。
【図６】第２実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。
【図７】第３実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。
【図８】第４実施例における燃料電池システムの運転開始時の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１００…燃料電池
１０１，１０２…ガス供給口
１０３，１０４…ガス排出口
１１０…単セル
１１２…電解質膜
１１４ａ，１１４ｂ…電極層
１１６ａ，１１６ｃ…ガス拡散層
１２０…セパレータ
１２１，１２２…ガス通路
１９１，１９２…出力端子
２００…燃料ガス供給部
２０２…水素タンク
２０４…減圧弁
２０６ａ，２０６ｂ，２０８ａ，２０８ｂ…遮断弁
２１１，２１２ａ，２１２ｂ…部分通路
２２１，２２２ａ，２２２ｂ…部分通路
２３０…循環通路
２５０…循環ポンプ
２６０…遮断弁
３００…酸化ガス供給部
３０２…エアコンプレッサ
３０４ａ，３０４ｂ，３０６ａ，３０６ｂ…遮断弁
３１１，３１２ａ，３１２ｂ…部分通路
３２１，３２２ａ，３２２ｂ…部分通路
４００…コントローラ
４１２…温度センサ
４１４…電圧計
４１６…電流計
５０１，５０２…スイッチ
５１０…負荷装置
５１１，５１２…入力端子
Ｅ１…第１の電極層
Ｅ２…第２の電極層
Ｍ…電解質膜
【図１】
2008016323.tif 000003
【図２】
2008016323.tif 000004
【図３】
2008016323.tif 000005
【図４】
2008016323.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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