(57)【要約】【課題】燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止して安定した発電を行うこと。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１にガスを導入する第１ポート１１と、燃料電池１に導入されたガスを導出する第２ポート１２と、上記ガス流れを反転するための分岐流路１６，１９、シャットオフバルブＳＶ１〜ＳＶ４、並びに、三方弁ＴＶ１，ＴＶ２とを備える。このシステムは、ガス流れを反転することで、第２ポート１２から燃料電池１にガスを導入し、第１ポート１１からガスを導出する。このシステムは、燃料電池１からガスを導出するだけのための第３ポート１３と、そのポート１３を開閉する第５シャットオフバルブＳＶ５とを備える。第５シャットオフバルブＳＶ５はガス流れが反転するときだけ開く。【選択図】        図２
2005243291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に設けられた第１ポートと、
前記燃料電池に設けられた第２ポートと、
前記燃料電池内で前記第１ポートと前記第２ポートを接続するガス通路と、
前記燃料電池に設けられ前記ガス通路に接続された第３ポートと、
ガス源と前記第１ポートを連結する第１ガス供給流路と、
前記第１ガス供給流路を開閉する第１開閉弁と、
前記第１ポートと排出ガス口を連結する第１ガス排出流路と、
前記第１ガス排出流路を開閉する第２開閉弁と、
前記ガス源と前記第２ポートを連結する第２ガス供給流路と、
前記第２ガス供給流路を開閉する第３開閉弁と、
前記第２ポートと前記排出ガス口を連結する第２ガス排出流路と、
前記第２ガス排出流路を開閉する第４開閉弁と、
前記第３ポートと前記排出ガス口を連結する第３ガス排出流路と、
前記第３ガス排出流路を開閉する第５開閉弁と
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１ポートと前記第１ガス供給流路と前記第１ガス排出流路とに連結された前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を兼ねる第１三方弁と、
前記第２ポートと前記第２ガス供給流路と前記第２ガス排出流路とに連結された前記第３開閉弁と前記第４開閉弁を兼ねる第２三方弁と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池にガスを前記第１ポートから導入し前記第２ポートからのみ導出する第１ガス流状態と、
前記燃料電池に前記ガスを前記第２ポートから導入し前記第１ポートからのみ導出する第２ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第１ポートから導入し前記第２ポートと前記第３ポートから導出する第３ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第１ポートと前記第２ポートから導入し前記第３ポートから導出する第４ガス流状態と、
前記燃料電池にガスを前記第２ポートから導入し前記第１ポートと前記第３ポートから導出する第５ガス流状態と
を備え、前記第１ガス流状態から前記第３ガス流状態、前記第４ガス流状態及び前記第５ガス流状態を経て前記第２ガス流状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定のガスを供給して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。そして、この燃料電池に、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとを供給し、これらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。燃料電池システムは、上記した燃料電池と、その燃料電池に所定のガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスを供給する装置などを備えて構成される。
【０００３】
ここで、燃料電池は、ある条件によっては、その内部で水の凝縮（フラッディング）が起きることが知られている。このフラッディングが起きると、凝縮した水が電極触媒へのガス供給を阻害し、燃料電池に発電不良が生じて電池性能を低下させることになる。そこで、フラッディング対策に関する技術が、例えば、下記の特許文献１及び２に記載されている。
【０００４】
特許文献１及び２に記載の燃料電池システムは、燃料電池のガス流路におけるガスの流れを反転（逆転）させることで、ガス流路内に溜まっている水を一時的に排除してフラッディングを抑制している。ここで、ガス流れの反転は、配管と複数のバルブを組み合わせ、それらバルブを適宜に開閉、切り替えることにより行われる。特許文献１に記載の燃料電池システムは、ガス流れを反転させるバルブとして、燃料電池の入口及び出口のそれぞれ対応して設けられるシャットオフバルブを含み、それらが配管を介して入口、出口に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１０３４１号公報（第２−５頁、図１，３）
【特許文献２】特開２００２−１５８０２３号公報（第２−８頁、図１，３、５，７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した特許文献１及び２に記載の燃料電池システムは、ガス流れを反転した瞬間に燃料電池内のガス流れが止まるので、その瞬間に燃料電池でフラッディングが発生して電圧低下を生じさせるおそれがあった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止して安定した発電を可能とする燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の燃料電池システムは、燃料電池に設けられた第１ポートと、燃料電池に設けられた第２ポートと、燃料電池内で第１ポートと第２ポートを接続するガス通路と、燃料電池に設けられガス通路に接続された第３ポートと、ガス源と第１ポートを連結する第１ガス供給流路と、第１ガス供給流路を開閉する第１開閉弁と、第１ポートと排出ガス口を連結する第１ガス排出流路と、第１ガス排出流路を開閉する第２開閉弁と、ガス源と第２ポートを連結する第２ガス供給流路と、第２ガス供給流路を開閉する第３開閉弁と、第２ポートと排出ガス口を連結する第２ガス排出流路と、第２ガス排出流路を開閉する第４開閉弁と、第３ポートと排出ガス口を連結する第３ガス排出流路と、第３ガス排出流路を開閉する第５開閉弁とを備えたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、第１開閉弁及び第４開閉弁を開いて第２開閉弁及び第３開閉弁を閉じることにより、ガス源からのガスが第１ガス供給流路を流れて第１ポートから燃料電池に導入される。導入されたガスは、燃料電池内のガス通路を通る間に発電に使用される。発電に使用された後のガスは、燃料電池から第２ポートを通じて導出され、第２ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出される。ここで、燃料電池に供給されるガスの流れを反転するために第１開閉弁及び第４開閉弁を閉じて第２開閉弁及び第４開閉弁を開くことにより、ガス源からのガスが第２ガス供給流路を流れて第２ポートから燃料電池に導入される。導入されたガスは、燃料電池内のガス通路を通る間に発電に使用される。発電に使用された後のガスは、燃料電池から第１ポートを通じて導出され、第１ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出される。そして、このガス流れが反転するときに、第５開閉弁を開閉することにより、第３ポートからも燃料電池内のガス通路を通るガスが導出され、第３ガス排出流路を流れて排出ガス口から排出されるので、ガス流れが反転した瞬間に、燃料電池内のガス通路でガス流れが止まることがない。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明の燃料電池システムは、請求項１に記載の発明の燃料電池システムにおいて、第１ポートと第１ガス供給流路と第１ガス排出流路とに連結された第１開閉弁と第２開閉弁を兼ねる第１三方弁と、第２ポートと第２ガス供給流路と第２ガス排出流路とに連結された第３開閉弁と第４開閉弁を兼ねる第２三方弁とを備えたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の燃料電池システムの作用に加え、第１三方弁が第１開閉弁と第２開閉弁を兼ねるので、構成部品数が減る。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明の燃料電池システムは、請求項１又は２に記載の発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池にガスを第１ポートから導入し第２ポートからのみ導出する第１ガス流状態と、燃料電池にガスを第２ポートから導入し第１ポートからのみ導出する第２ガス流状態と、燃料電池にガスを第１ポートから導入し第２ポートと第３ポートから導出する第３ガス流状態と、燃料電池にガスを第１ポートと第２ポートから導入し第３ポートから導出する第４ガス流状態と、燃料電池にガスを第２ポートから導入し第１ポートと第３ポートから導出する第５ガス流状態とを備え、第１ガス流状態から第３ガス流状態、第４ガス流状態及び第５ガス流状態を経て第２ガス流状態に切り替えることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の燃料電池システムの作用に加え、ガス流状態が切り替えられることにより、燃料電池に第１ポートからガスが導入し第２ポートからのみ導出し、次に燃料電池に第１ポートからガスが導入し第２ポートと第３ポートから導出し、次に燃料電池に第１ポートと第２ポートからガスが導入し第３ポートから導出し、次に燃料電池に第２ポートからガスが導入し第１ポートと第３ポートから導出し、最後に燃料電池に第２ポートからガスが導入し第１ポートからのみ導出する。このようにして燃料電池に対するガス流れの反転が行われ、その反転時に燃料電池内のガス通路から第３ポートを通じてガスの一部が排出される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１開閉弁、第２開閉弁、第３開閉弁、第４開閉弁及び第５開閉弁を適宜切り替えることにより、燃料電池に供給されるガスの流れを反転させることができ、その反転時のフラッディング発生を防止することができ、これにより安定した発電を行うことができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料電池システムの構成を簡略化することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池に供給されるガス流れを反転するときのフラッディング発生を防止することができ、これにより安定した発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の燃料電池システムを具体化した第１実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に燃料電池システムの概略構成図を示す。この燃料電池システムは、燃料電池１と、その燃料電池１に対し、燃料ガス源３１から改質器２を介して水素を含有する燃料ガスを供給する第１配管３と、同じく燃料電池１に対し、酸化剤ガス源３２から酸素を含有する酸化剤ガスを供給する第２配管４とを備える。燃料電池１は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その電解質膜の両面に設けられた一対の電極であるアノード及びカソードとを備える。この燃料電池システムは、燃料電池１に燃料ガスと酸化剤ガスを供給してこれらのガスを電気化学的に反応させることにより、発電と発熱を行うようになっている。
【００１９】
図２に、燃料電池１と、その燃料電池１に所定のガスとしての酸化剤ガスを供給する第２配管４とに係る構成を概略図により示す。燃料電池１は、酸化剤ガスを導入し、燃料電池１で使用された後の酸化剤ガスを導出するために使用される第１ポート１１と、同じく酸化剤ガスを導入し、燃料電池１で使用された後の酸化剤ガスを導出するために使用される第２ポート１２と、燃料電池１に導入された後の酸化剤ガスを導出するだけのために使用される第３ポート１３とを備える。
【００２０】
第２配管４は、その上流側流路１４が分岐部１５で二つに分かれ、その一方の第１分岐流路１６が、燃料電池１の第１ポート１１と、下流側流路１７に通じる合流部１８につながる。分岐部１５で分かれた他方の第２分岐流路１９は、燃料電池１の第２ポート１２と合流部１８につながる。合流部１８には、燃料電池１の第３ポート１３がつながる。下流側流路１７には排出ガス口２０が設けられる。
【００２１】
ここで、第１分岐流路１６の途中には、その上流側から順に第１シャットバルブＳＶ１、第１三方弁ＴＶ１、第２シャットバルブＳＶ２が設けられる。第１三方弁ＴＶ１は、その第１切替ポート２１ａが第１シャットバルブＳＶ１の出力ポート２２ａに通じ、第２切替ポート２１ｂが燃料電池１の第１ポート１１に通じ、第３切替ポート２１ｃが第２シャットバルブＳＶ２の入力ポート２３ａに通じる。第１シャットバルブＳＶ１の入力ポート２２ｂは、分岐部１５に通じ、第２シャットバルブＳＶ２の出力ポート２３ｂは、合流部１８に通じる。
【００２２】
また、第２分岐流路１９の途中には、その上流側から順に第３シャットバルブＳＶ３、第２三方弁ＴＶ２、第４シャットバルブＳＶ４が設けられる。第２三方弁ＴＶ２は、その第１切替ポート２４ａが第３シャットバルブＳＶ３の出力ポート２５ａに通じ、第２切替ポート２４ｂが燃料電池１の第２ポート１２に通じ、第３切替ポート２４ｃが第４シャットバルブＳＶ４の入力ポート２６ａに通じる。第３シャットバルブＳＶ３の入力ポート２５ｂは、分岐部１５に通じ、第４シャットバルブＳＶ４の出力ポート２６ｂは、合流部１８に通じる。燃料電池１の第３ポート１３には、本発明の第５開閉弁としての第５シャットバルブＳＶ５が設けられる。各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ５及び各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２は、電磁石により駆動されるものである。この実施形態では、上記した第１三方弁ＴＶ１により、本発明の第１開閉弁と第２開閉弁を兼ねた第１三方弁が構成される。また、上記した第２三方弁ＴＶ２により、本発明の第３開閉弁と第４開閉弁を兼ねた第２三方弁が構成される。
【００２３】
この実施形態では、上記した上流側流路１４と、分岐部１５から第１ポート１１までの第１分岐流路１６とにより本発明の第１ガス供給流路が構成される。また、第１ポート１１から合流部１８までの第１分岐流路１６と、下流側流路１７とにより本発明の第１ガス排出流路が構成される。一方、上記した上流側流路１４と、分岐部１５から第２ポート１２までの第２分岐流路１９とにより本発明の第２ガス供給流路が構成される。また、第２ポート１２から合流部１８までの第２分岐流路１９と、下流側流路１７とにより本発明の第２ガス排出流路が構成される。更に、第３ポート１３から排出ガス口２０までの合流部１８及び下流側流路１７により本発明の第３ガス排出流路が構成される。そして、各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ４、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２及び各分岐流路１６，１９により酸化剤ガスの流れを第１ポート１１へ導くことにより、その第１ポート１１から酸化剤ガスを燃料電池１に導入し、第２ポート１２から酸化剤ガスを導出するようになっている。一方、各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ４、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２及び各分岐流路１６，１９により酸化剤ガスの流れを上記と逆方向へ反転することにより、第２ポート１２から酸化剤ガスを燃料電池１に導入し、第１ポート１１から酸化剤ガスを導出するようになっている。加えて、各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ４、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２及び各分岐流路１６，１９により酸化剤ガスの流れを更に反転することにより、第１ポート１１から酸化剤ガスを燃料電池１に導入し、第２ポート１２から酸化剤ガスを導出するようになっている。そして、第５シャットバルブＳＶ５は、酸化剤ガスの流れが反転するときにだけ開くようになっている。
【００２４】
図２に示すように、各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ５と、第１及び第２の三方弁ＴＶ１，ＴＶ２は、コントローラ３０に対して電気的に接続される。コントローラ３０は、酸化剤ガスの流れを正方向から逆方向へ、逆方向から正方向へそれぞれ反転するために、所定の制御プログラムに基づいて各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ５と各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２をそれぞれ制御する。すなわち、コントローラ３０は、図２に太線矢印で示す正方向へ酸化剤ガスを流すために、第１及び第４のシャットバルブＳＶ１，ＳＶ４を開き、第２及び第３のシャットバルブＳＶ２，ＳＶ３を閉じ、第１三方弁ＴＶ１の第１切替ポート２１ａと第２切替ポート２１ｂとの間を開き、第２三方弁ＴＶ２の第２切替ポート２４ｂと第３切替ポート２４ｃとの間を開くようになっている。一方、コントローラ３０は、図２に破線矢印で示す逆方向へ酸化剤ガスを流すために、第２及び第３のシャットバルブＳＶ２，ＳＶ３を開き、第１及び第４のシャットバルブＳＶ１，ＳＶ４を閉じ、第１三方弁ＴＶ１の第２切替ポート２１ｂと第３切替ポート２１ｃとの間を開き、第２三方弁ＴＶ２の第１切替ポート２４ａと第２切替ポート２４ｂとの間を開くようになっている。また、コントローラ３０は、酸化剤ガスの流れを逆転させる際に、第５シャットバルブＳＶ５を開くようになっている。
【００２５】
この実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１に酸化剤ガスを第１ポート１１から導入し第２ポート１２からのみ導出する第１ガス流状態と、燃料電池１に酸化剤ガスを第２ポート１２から導入し第１ポート１１からのみ導出する第２ガス流状態と、燃料電池１に酸化剤ガスを第１ポート１１から導入し第２ポート１２と第３ポート１３から導出する第３ガス流状態と、燃料電池１に酸化剤ガスを第１ポート１１と第２ポート１２から導入し第３ポート１３から導出する第４ガス流状態と、燃料電池１に酸化剤ガスを第２ポート１２から導入し第１ポート１１と第３ポート１３から導出する第５ガス流状態とが設定可能である。そして、コントローラ３０は、上記した第１ガス流状態から第３ガス流状態、第４ガス流状態及び第５ガス流状態を経て第２ガス流状態に切り替えるために、各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ５と各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２をそれぞれ制御するようになっている。
【００２６】
図３に示すように、燃料電池１は、互いに積層されたセパレータ５、高分子電解質膜６及び電極７（アノード及びカソード）を備える。セパレータ５には、電極７の形状と大きさに合わせた電池内ガス通路８が設けられる。電池内ガス流路８には、前述した第１ポート１１、第２ポート１２及び第３ポート１３が設けられる。
【００２７】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、ガス流状態が、第１ガス流状態から第３ガス流状態、第４ガス流状態及び第５ガス流状態を経て第２ガス流状態に切り替えることにより、燃料電池１に第１ポート１１から酸化剤ガスが導入し第２ポート１２からのみ導出する。次に、燃料電池１に第１ポート１１から酸化剤ガスが導入し、第２ポート１２と第３ポート１３から導出する。次に、燃料電池１に第１ポート１１と第２ポート１２から酸化剤ガスが導入し、第３ポート１３から導出する。次に、燃料電池１に第２ポート１２から酸化剤ガスが導入し、第１ポート１１と第３ポート１３から導出する。最後に、燃料電池１に第２ポート１２から酸化剤ガスが導入し、第１ポート１１からのみ導出する。このようにして燃料電池１に対する酸化剤ガス流れの反転が行われ、その反転時に電池内ガス通路８から第３ポート１３を通じて酸化剤ガスの一部が排出される。
【００２８】
上記したガス流状態の切替えにより、酸化剤ガスが正方向へ流れるときは、そのガスが第１ポート１１から燃料電池１に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池１から第２ポート１２のみを通じて導出される。ここで、燃料電池１に供給される酸化剤ガスの流れを各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ４、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２、及び各分岐流路１６，１９により反転することにより、そのガスが第２ポート１２から燃料電池１に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池１から第１ポート１１のみを通じて導出される。そして、この酸化剤ガスの流れが反転するときに、第５のシャットバルブＳＶ５が開くことにより、燃料電池１から第３ポート１３を通じてガスが排出される。このため、酸化剤ガスの流れが反転したときに、燃料電池１の中で酸化剤ガスの流れが止まることがない。この結果、燃料電池１に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときのフラッディング発生を防止することができ、これにより燃料電池１で安定した発電を行うことができる。
【００２９】
また、この実施形態では、コントローラ３０が各シャットバルブＳＶ１〜ＳＶ５及び各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２を制御するので、燃料電池１に対する酸化剤ガスの供給と、その酸化剤ガスの流れの反転とが自動に行われる。このため、燃料電池１におけるフラッディングの発生防止と発電の安定化とを無人で達成することができる。
【００３０】
また、この実施形態では、第１ポート１１に対する酸化剤ガスの導入及び導出に対応して第１三方弁ＴＶ１を、第２ポート１２に対する酸化剤ガスの導入及び導出に対応して第２三方弁ＴＶ２をそれぞれ設けている。従って、第１ポート１１に対応して、二つのシャットバルブが第１三方弁ＴＶ１を兼ね、第２ポート１２に対応して、二つのシャットバルブが第２三方弁ＴＶ２を兼ねることになるので、燃料電池システムの構成部品数が減ることになる。この意味で、燃料電池システムの構成を簡略化することができる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第２実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
尚、以下に説明する第２〜第３の実施形態において、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００３３】
図４に示すように、この実施形態では、燃料電池１における第３ポート１３を省略し、第１、第４及び第５のシャットバルブＳＶ１，ＳＶ４，ＳＶ５を省略した点で第１実施形態と構成が異なる。また、この実施形態では、第１三方弁ＴＶ１が第１ポート１１に直結して設けられ、第２三方弁ＴＶ２が第２ポート１２に直結して設けられる点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、第１三方弁ＴＶ１の第２切替ポート２１ｂが第１ポート１１に直接的に接続され、第２三方弁ＴＶ２の第２切替ポート２４ｂが第２ポート１２に直接的に接続される。図５に燃料電池１の構成と、その第１ポート１１及び第２ポート１２と各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２との関係を示す。
【００３４】
図４に示すように、コントローラ３０は、酸化剤ガスの流れを反転するために、所定の制御プログラムに基づいて第２及び第３のシャットバルブＳＶ２，ＳＶ３と第１及び第２の三方弁ＴＶ１，ＴＶ２をそれぞれ制御する。コントローラ３０は、図４に太線矢印で示す正方向へ酸化剤ガスを流すために、第２及び第３のシャットバルブＳＶ２，ＳＶ３を閉じ、第１三方弁ＴＶ１の第１切替ポート２１ａと第２切替ポート２１ｂとの間を開き、第２三方弁ＴＶ２の第２切替ポート２４ｂと第３切替ポート２４ｃとの間を開くようになっている。一方、コントローラ３０は、図４に破線矢印で示す逆方向へ酸化剤ガス流れを反転するために、第２及び第３のシャットバルブＳＶ２，ＳＶ３を開き、第１三方弁ＴＶ１の第２切替ポート２１ｂと第３切替ポート２１ｃとの間を開き、第２三方弁ＴＶ２の第１切替ポート２４ａと第２切替ポート２４ｂとの間を開くようになっている。
【００３５】
以上説明したこの実施形態の燃料電池システムによれば、酸化剤ガスが正方向へ流れるときは、そのガスが第１ポート１１から燃料電池１に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池１から第２ポート１２を通じて導出される。ここで、燃料電池１に供給される酸化剤ガスの流れを各シャットバルブＳＶ２，ＳＶ３、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２及び各分岐流路１６，１９により反転することにより、そのガスが第２ポート１２から燃料電池１に導入されて発電が行われる。発電に使用された後の酸化剤ガスは、燃料電池１から第１ポート１１を通じて導出される。ここでは、第１三方弁ＴＶ１が第１ポート１１に直結して設けられ、第２三方弁ＴＶ２が第２ポート１２に直結して設けられるので、酸化剤ガスの流れが反転したときに、第１ポート１１と第１三方弁ＴＶ１との間、第２ポート１２と第２三方弁ＴＶ２との間に発電に使用されない酸化剤ガスが排出されることがない。図６には、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２を、各分岐流路１６，１９を介して第１ポート１１、第２ポート１２にそれぞれ接続した場合を対比例として示す。つまり、図６に示す燃料電池システムでは、酸化剤ガスの流れが反転したときに、第１ポート１１と第１三方弁ＴＶ１との間の分岐流路１６、第２ポート１２と第２三方弁ＴＶ２との間の分岐流路１９に発電に使用されない酸化剤ガスが排出される。これに対し、図４に示す燃料電池システムでは、この酸化剤ガスの排出がなくなる。このため、燃料電池１に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときに、発電に使用されない酸化剤ガスの排出を防止することができ、これによって酸化剤ガスの利用効率を向上させることができる。
【００３６】
また、この実施形態では、コントローラ３０が各シャットバルブＳＶ２，ＳＶ３及び各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２を制御するので、燃料電池１に対する酸化剤ガスの供給と酸化剤ガス流れの反転が自動に行われる。このため、燃料電池１におけるフラッディングの発生防止と酸化剤ガスの利用効率向上とを無人で達成することができる。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、この発明の燃料電池システムを具体化した第３実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図７に示すように、この実施形態では、第１三方弁ＴＶ１が第１ポート１１に直結して設けられ、第２三方弁ＴＶ２が第２ポート１２に直結して設けられる点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、第１三方弁ＴＶ１の第２切替ポート２１ｂが第１ポート１１に直接的に接続され、第２三方弁ＴＶ２の第２切替ポート２４ｂが第２ポート１２に直接的に接続される。
【００３９】
従って、この実施形態では、第１実施形態の作用効果に加え、第１及び第２の三方弁ＴＶ１，ＴＶ２がそれぞれ第１ポート１１、第２ポート１２に直結して設けられるので、ガス流れが反転したときに、第１ポート１１と第１三方弁ＴＶ１との間、第２ポート１２と第２三方弁ＴＶ２との間に発電に使用されない酸化剤ガスが排出されることがない。このため、燃料電池１に供給される酸化剤ガスの流れを反転するときに発電に使用されない酸化剤ガスの排出を防止することができ、これによって酸化剤ガスの利用効率を向上させることができる。
【００４０】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４１】
（１）前記各実施形態では、酸化剤ガスの流れの反転について説明したが、燃料ガスの流れの反転についても、前記各実施形態と同様の構成を採用することができる。
【００４２】
（２）前記各実施形態では、第１ポート１１に対するガスの導入及び導出を制御するために第１三方弁ＴＶ１を設け、第２ポート１２に対するガスの導入及び導出を制御するために第２三方弁ＴＶ２を設けた。これに対し、第１ポートに対するガス導入を制御するための開閉弁、第１ポートに対するガス導出を制御するための開閉弁をそれぞれ設け、第２ポートに対するガス導入を制御するための開閉弁、第２ポートに対するガス導出を制御するための開閉弁をそれぞれ設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】燃料電池と配管に係る構成を示す概略図。
【図３】燃料電池の構成等を示す概略図。
【図４】第２実施形態に係り、燃料電池と配管に係る構成を示す概略図。
【図５】燃料電池の構成等を示す概略図。
【図６】図４との対比例を示す概略図。
【図７】第３実施形態に係り、燃料電池と配管に係る構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４４】
１    燃料電池
３    第１配管（第１ガス供給流路）
４    第２配管
８    電池内ガス通路
１１    第１ポート
１２    第２ポート
１３    第３ポート
１６    第１分岐流路（第１ガス供給流路、第１ガス排出流路）
１７    下流側流路（第３ガス排出流路）
１９    第２分岐流路（第２ガス供給流路、第２ガス排出流路）
２０    排出ガス口
３１    燃料ガス源
３２    酸化剤ガス源
ＴＶ１    第１三方弁（第１開閉弁、第２開閉弁）
ＴＶ２    第２三方弁（第３開閉弁、第４開閉弁）
ＳＶ５    第５シャットバルブ（第５開閉弁）
【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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