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JP2008027805A - Fuel cell stack and water content measuring device of fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack and water content measuring device of fuel cell stack Download PDF

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JP2008027805A
JP2008027805A JP2006200924A JP2006200924A JP2008027805A JP 2008027805 A JP2008027805 A JP 2008027805A JP 2006200924 A JP2006200924 A JP 2006200924A JP 2006200924 A JP2006200924 A JP 2006200924A JP 2008027805 A JP2008027805 A JP 2008027805A
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JP
Japan
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fuel cell
capacitance
cell stack
fuel
measuring device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006200924A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Yamazaki
大輔 山崎
Nobuhiro Tomosada
伸浩 友定
Atsushi Kimura
篤史 木村
Yukihiro Shintani
幸弘 新谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2006200924A priority Critical patent/JP2008027805A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack and a water content measuring device capable of measuring the water content in each fuel cell unit of the fuel cell stack. <P>SOLUTION: The fuel cell stack generating electric power by the chemical reaction of hydrogen and oxygen includes a plurality of fuel cell units stacked; a plurality of separators formed between the fuel cell units and in fuel cell units of both ends; end plates formed in the separators of both ends; and a plurality of electrodes, in which the surface is covered with an insulating film, formed in the plurality of separators, and whose one end is drawn out to the outside of the fuel cell stack. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックに関し、特に燃料電池の特性に大きく影響を及ぼす水分量を燃料電池スタックの燃料電池セル単位で測定することが可能な燃料電池スタック及び水分量測定装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen, and in particular, it is possible to measure the amount of water that greatly affects the characteristics of the fuel cell for each fuel cell of the fuel cell stack. The present invention relates to a fuel cell stack and a water content measuring device.

従来の水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。   Prior art documents related to a fuel cell that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen are as follows.

特開2003−051318号公報JP 2003-051318 A 特開2003−036875号公報JP 2003-036875 A 特開2003−297408号公報JP 2003-297408 A 特開2005−222854号公報JP 2005-222854 A

図5は従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図5において1は電解質膜、2及び3は触媒層・拡散層である。電解質膜1の両面には触媒層・拡散層2及び触媒層・拡散層3がそれぞれ形成される。   FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional fuel cell system. In FIG. 5, 1 is an electrolyte membrane, 2 and 3 are catalyst layers and diffusion layers. A catalyst layer / diffusion layer 2 and a catalyst layer / diffusion layer 3 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 1, respectively.

図5中”FG01”に示すように燃料ガス(例えば、水素等)が触媒層・拡散層2に供給され、図5中”OG01”に示すように酸化ガス(例えば、酸素や空気等)が触媒層・拡散層3に供給される。   A fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the catalyst layer / diffusion layer 2 as indicated by “FG01” in FIG. 5, and an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is indicated by “OG01” in FIG. It is supplied to the catalyst layer / diffusion layer 3.

ここで、図5に示す従来例の動作を説明する。触媒層・拡散層2側(アノード側)では水素が水素イオン(H )になり電子(e )を放出し、一方、触媒層・拡散層3側(カソード側)では電解質膜1を伝播してきた水素イオン(H )と酸素原子が電子(e )と反応して水(HO )が生成される。 Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 5 will be described. On the catalyst layer / diffusion layer 2 side (anode side), hydrogen becomes hydrogen ions (H + ) and releases electrons (e ), while on the catalyst layer / diffusion layer 3 side (cathode side), it propagates through the electrolyte membrane 1. The generated hydrogen ions (H + ) and oxygen atoms react with electrons (e ) to generate water (H 2 O).

この時、触媒層・拡散層2(アノード側)及び触媒層・拡散層3(カソード側)間の外部負荷を接続することにより、触媒層・拡散層2側(アノード側)で発生した電子(e )を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。 At this time, electrons generated on the catalyst layer / diffusion layer 2 side (anode side) by connecting external loads between the catalyst layer / diffusion layer 2 (anode side) and the catalyst layer / diffusion layer 3 (cathode side) ( e ) can be taken out, in other words, direct current can be taken out.

また、図6及び図7はより具体的な従来の燃料電池の一例を示す断面図である。図6は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図7は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。   6 and 7 are cross-sectional views showing an example of a more specific conventional fuel cell. 6 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the electrolyte membrane of the fuel cell, and FIG. 7 is a cross-sectional view in a plane parallel to the gas flow path in the fuel cell.

図6において4は電解質膜、5はアノード側の触媒層・拡散層、6はカソード側の触媒層・拡散層、7はアノード側に形成された燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路、8はカソード側に形成された酸化ガス(酸素や空気等)のガス流路、9はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、10はカソード側に形成された導電性を有するセパレータである。   6, 4 is an electrolyte membrane, 5 is a catalyst layer / diffusion layer on the anode side, 6 is a catalyst layer / diffusion layer on the cathode side, and 7 is a gas flow path of fuel gas (for example, hydrogen) formed on the anode side. , 8 is a gas flow path of oxidizing gas (oxygen, air, etc.) formed on the cathode side, 9 is a conductive separator formed on the anode side, and 10 is a conductive separator formed on the cathode side. is there.

電解質膜4の両面には触媒層・拡散層5及び触媒層・拡散層6がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層5の上には燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路7が形成され、触媒層・拡散層6の上には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)のガス流路8が形成される。   A catalyst layer / diffusion layer 5 and a catalyst layer / diffusion layer 6 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 4, respectively. Further, a gas flow path 7 of a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 5, and an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 6. A gas flow path 8 is formed.

例えば、ガス流路7及びガス流路8は図7中”GT11”に示すように触媒層・拡散層5及び触媒層・拡散層6上を蛇行するように形成されている。   For example, the gas flow path 7 and the gas flow path 8 are formed so as to meander over the catalyst layer / diffusion layer 5 and the catalyst layer / diffusion layer 6 as indicated by “GT11” in FIG.

さらに、ガス流路7が形成されていない触媒層・拡散層5及びガス流路7の上にはセパレータ9が形成され、ガス流路8が形成されていない触媒層・拡散層6及びガス流路8の上にはセパレータ10が形成される。   Further, a separator 9 is formed on the catalyst layer / diffusion layer 5 and the gas flow path 7 where the gas flow path 7 is not formed, and the catalyst layer / diffusion layer 6 and the gas flow where the gas flow path 8 is not formed. A separator 10 is formed on the path 8.

ここで、図6及び図7に示す従来例の動作を説明する。ガス流路7には燃料ガス(例えば、水素等)が供給され、ガス流路8には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)が供給される。例えば、図7中”IN11”に示す供給口から各ガスが供給され、図7中”OT11”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。   Here, the operation of the conventional example shown in FIGS. 6 and 7 will be described. A fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the gas channel 7, and an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied to the gas channel 8. For example, each gas is supplied from the supply port indicated by “IN11” in FIG. 7, and unreacted gas is discharged from the exhaust port indicated by “OT11” in FIG.

アノード側の触媒層・拡散層5では水素が水素イオン(H )になり電子(e )を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層6側では電解質膜4を伝播してきた水素イオン(H )と酸素原子が電子(e )と反応して水(HO )が生成される。 In the catalyst layer / diffusion layer 5 on the anode side, hydrogen becomes hydrogen ions (H + ) and emits electrons (e ), while hydrogen that has propagated through the electrolyte membrane 4 on the catalyst layer / diffusion layer 6 side on the cathode side. Ions (H + ) and oxygen atoms react with electrons (e ) to generate water (H 2 O).

この時、アノード側の触媒層・拡散層5及びカソード側の触媒層・拡散層6(具体的には、セパレータ9とセパレータ10)と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層5で発生した電子(e )を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。 At this time, by connecting an external load between the catalyst layer / diffusion layer 5 on the anode side and the catalyst layer / diffusion layer 6 on the cathode side (specifically, the separator 9 and the separator 10), the catalyst layer on the anode side It is possible to take out electrons (e ) generated in the diffusion layer 5, in other words, to take out direct current.

また、このような個々の燃料電池(以下、燃料電池セルと呼ぶ。)を複数枚積層(電気的に直列接続)したものを燃料電池スタックと呼び、燃料電池スタックにすることで取り出せる電圧を高くすることができる。   In addition, a stack of a plurality of such individual fuel cells (hereinafter referred to as fuel cell) (electrically connected in series) is called a fuel cell stack, and the voltage that can be taken out by using the fuel cell stack is increased. can do.

但し、電解質膜4を伝播してきた水素イオン(H )と酸素原子が電子(e )と反応して生成される水(HO )の水分量は燃料電池の特性に大きく影響を及ぼすものであり、「特許文献3」及び「特許文献4」には燃料電池内部の水分量を測定する手段を設けた燃料電池が記載されている。 However, the water content of water (H 2 O) generated by the reaction of hydrogen ions (H + ) and oxygen atoms that have propagated through the electrolyte membrane 4 with electrons (e ) greatly affects the characteristics of the fuel cell. However, “Patent Document 3” and “Patent Document 4” describe a fuel cell provided with means for measuring the moisture content inside the fuel cell.

具体的には、「特許文献3」では水分量を測定する手段として、燃料電池スタックの電流と電圧の特性から得られる内部抵抗値を固体電解質膜の導電率として水分量を求める例が、一方、「特許文献4」では燃料電池スタックの電流値と酸化ガスの供給量と酸化ガスの排出量から燃料電池スタック内部の水分量変化を計算から求める例がそれぞれ記載されている。   Specifically, in “Patent Document 3”, as an example of measuring the moisture content, an example in which the moisture content is obtained using the internal resistance value obtained from the current and voltage characteristics of the fuel cell stack as the electrical conductivity of the solid electrolyte membrane. “Patent Document 4” describes an example in which a change in the amount of water inside the fuel cell stack is calculated from the current value of the fuel cell stack, the supply amount of the oxidizing gas, and the discharge amount of the oxidizing gas.

しかし、実際には、燃料電池スタックの各燃料電池セル間の水分分布は均一ではなく、部分的に水分が分布していることが知られており、「特許文献3」及び「特許文献4」に記載された従来例では燃料電池スタック全体の水分量を測定することはできるものの、燃料電池スタックを構成している各燃料電池セル毎の水分量を測定することができないと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、水分量を燃料電池スタックの燃料電池セル単位で測定することが可能な燃料電池スタック及び水分量測定装置を実現することにある。
However, in practice, it is known that the moisture distribution between the fuel cells of the fuel cell stack is not uniform, and the moisture is partially distributed. "Patent Document 3" and "Patent Document 4" In the conventional example described in (2), the moisture content of the entire fuel cell stack can be measured, but the moisture content of each fuel cell constituting the fuel cell stack cannot be measured. there were.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a fuel cell stack and a water content measuring device capable of measuring the water content in units of fuel cells of the fuel cell stack.

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックにおいて、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells, a plurality of separators formed between the fuel cells and the fuel cells at both ends, an end plate formed at each of the separators at both ends, and a plurality of the separators The surface of the fuel cell stack is formed with a plurality of electrodes, one end of which is drawn out of the fuel cell stack, so that the water content can be measured in units of fuel cells of the fuel cell stack. Become.

請求項2記載の発明は、
請求項1記載の発明である燃料電池スタックにおいて、
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第1及び第2の触媒層・拡散層と、前記第1の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第2の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
The invention according to claim 2
In the fuel cell stack according to claim 1,
The fuel battery cell is
An electrolyte membrane; first and second catalyst layers / diffusion layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane; a gas flow path for fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer; By comprising the gas flow path of the oxidizing gas formed in the catalyst layer / diffusion layer, it becomes possible to measure the water content in units of fuel cells of the fuel cell stack.

請求項3記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、前記電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求める静電容量測定装置とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
The invention described in claim 3
In a moisture measuring device for a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells, a plurality of separators formed between the fuel cells and the fuel cells at both ends, an end plate formed at each of the separators at both ends, and a plurality of the separators A plurality of electrodes each having a surface covered with an insulating film and having one end drawn out of the fuel cell stack, and the electrostatic capacitance of the insulating film measured in advance by sequentially measuring the capacitance between the electrodes. By providing the capacitance measuring device that obtains the value corrected by the capacity, it becomes possible to measure the water content in units of fuel cells of the fuel cell stack.

請求項4記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、前記電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し補正値の差分を計算する静電容量測定装置とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
The invention according to claim 4
In a moisture measuring device for a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells, a plurality of separators formed between the fuel cells and the fuel cells at both ends, an end plate formed at each of the separators at both ends, and a plurality of the separators A plurality of electrodes each having a surface covered with an insulating film and having one end drawn out of the fuel cell stack and the electrostatic capacitance of the insulating film measured in advance by simultaneously measuring the capacitance between the electrodes. By providing the capacitance measuring device that corrects by the capacity and calculates the difference between the correction values, it becomes possible to measure the water content in units of fuel cells of the fuel cell stack.

請求項5記載の発明は、
請求項3若しくは請求項4記載の発明である燃料電池スタックの水分量測定装置において、
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第1及び第2の触媒層・拡散層と、前記第1の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第2の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
The invention according to claim 5
In the water content measuring apparatus for a fuel cell stack according to claim 3 or claim 4,
The fuel battery cell is
An electrolyte membrane; first and second catalyst layers / diffusion layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane; a gas flow path for fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer; By comprising the gas flow path of the oxidizing gas formed in the catalyst layer / diffusion layer, it becomes possible to measure the water content in units of fuel cells of the fuel cell stack.

本発明によれば次のような効果がある。
請求項1,2,3及び請求項5の発明によれば、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求めることにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
The present invention has the following effects.
According to the first, second, third and fifth aspects of the present invention, an electrode whose surface is covered with an insulating film is formed in the separator of the fuel cell stack, and one end of the electrode is drawn out of the fuel cell stack. It is possible to measure the amount of water in units of fuel cells of the fuel cell stack by sequentially measuring the capacitance between the electrodes and obtaining a value corrected with the capacitance of the insulating film measured in advance. become.

また、請求項1,2,4及び請求項5の発明によれば、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し、補正値の差分を計算することにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。   According to the first, second, fourth and fifth aspects of the present invention, an electrode whose surface is covered with an insulating film is formed in the separator of the fuel cell stack, and one end of the electrode is placed outside the fuel cell stack. At the same time, the capacitance between the electrodes is simultaneously measured and corrected with the previously measured capacitance of the insulating film, and by calculating the difference between the correction values, moisture in each fuel cell of the fuel cell stack is calculated. It becomes possible to measure the quantity.

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る燃料電池スタックの一実施例を示す断面図である。図1は燃料電池スタックの電解質膜に対して垂直な面における断面図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a fuel cell stack according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the electrolyte membrane of the fuel cell stack.

図1において、11,14及び17は電解質膜、12,15及び18はカソード側の触媒層・拡散層、13,16及び19はアノード側の触媒層・拡散層、20,22及び24はカソード側に形成された酸化ガス(酸素や空気等)のガス流路、21,23及び25はアノード側に形成された燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路、26,27,28及び29は導電性を有するセパレータ、30,31,32及び33は絶縁膜、34,35,36及び37は電極、38及び39は各セルの両端に設けられ燃料電池スタックのプラス極の電極とマイナス極の電極として機能するエンドプレートである。   In FIG. 1, 11, 14 and 17 are electrolyte membranes, 12, 15 and 18 are cathode-side catalyst layers / diffusion layers, 13, 16 and 19 are anode-side catalyst layers / diffusion layers, and 20, 22 and 24 are cathodes. Gas flow paths for oxidizing gas (oxygen, air, etc.) formed on the side, 21, 23 and 25 are gas flow paths for fuel gas (for example, hydrogen, etc.) formed on the anode side, 26, 27, 28 and 29 Is an electrically conductive separator, 30, 31, 32 and 33 are insulating films, 34, 35, 36 and 37 are electrodes, 38 and 39 are provided at both ends of each cell, and the positive and negative electrodes of the fuel cell stack. It is an end plate which functions as an electrode.

また、11,12,13,20,21,26及び27は第1の燃料電池セルを、14,15,16,22,23,27及び28は第2の燃料電池セルを、17,18,19,24,25,28及び29は第3の燃料電池セルをそれぞれ構成する。   11, 12, 13, 20, 21, 26, and 27 are first fuel cells, 14, 15, 16, 22, 23, 27, and 28 are second fuel cells, 17, 18, 19, 24, 25, 28 and 29 constitute a third fuel cell, respectively.

電解質膜11の両面には触媒層・拡散層12及び触媒層・拡散層13が、電解質膜14の両面には触媒層・拡散層15及び触媒層・拡散層16が、電解質膜17の両面には触媒層・拡散層18及び触媒層・拡散層19がそれぞれ形成される。   The catalyst layer / diffusion layer 12 and the catalyst layer / diffusion layer 13 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 11, and the catalyst layer / diffusion layer 15 and the catalyst layer / diffusion layer 16 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 17. A catalyst layer / diffusion layer 18 and a catalyst layer / diffusion layer 19 are respectively formed.

また、触媒層・拡散層12の上には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)のガス流路20が形成され、触媒層・拡散層13の上には燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路21が形成される。   A gas flow path 20 for oxidizing gas (for example, oxygen or air) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 12, and a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 13. A gas flow path 21 is formed.

同様に、触媒層・拡散層15の上には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)のガス流路22が形成され、触媒層・拡散層16の上には燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路23が形成される。   Similarly, a gas flow path 22 of an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 15, and a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 16. Gas flow path 23 is formed.

さらに、触媒層・拡散層18の上には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)のガス流路24が形成され、触媒層・拡散層19の上には燃料ガス(例えば、水素等)のガス流路25が形成される。   Further, a gas flow path 24 of an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 18, and a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 19. A gas flow path 25 is formed.

例えば、ガス流路20,21,22,23,24及びガス流路25は図7中”GT11”に示すように各々の触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている。   For example, the gas flow paths 20, 21, 22, 23, 24 and the gas flow path 25 are formed so as to meander over the respective catalyst layers / diffusion layers as indicated by “GT 11” in FIG. 7.

そして、ガス流路20及びガス流路20が形成されていない触媒層・拡散層12の上にはセパレータ26が形成され、セパレータ26の上にはエンドプレート38が形成される。   The separator 26 is formed on the gas flow path 20 and the catalyst layer / diffusion layer 12 where the gas flow path 20 is not formed, and the end plate 38 is formed on the separator 26.

同様に、ガス流路25及びガス流路25が形成されていない触媒層・拡散層19の上にはセパレータ29が形成され、セパレータ29の上にはエンドプレート39が形成される。   Similarly, a separator 29 is formed on the gas flow path 25 and the catalyst layer / diffusion layer 19 where the gas flow path 25 is not formed, and an end plate 39 is formed on the separator 29.

また、ガス流路21及びガス流路21が形成されていない触媒層・拡散層13と、ガス流路22及びガス流路22が形成されていない触媒層・拡散層15との間にはセパレータ27が形成され、ガス流路23及びガス流路23が形成されていない触媒層・拡散層16と、ガス流路24及びガス流路24が形成されていない触媒層・拡散層18との間にはセパレータ28が形成される。   A separator is provided between the catalyst layer / diffusion layer 13 in which the gas channel 21 and the gas channel 21 are not formed and the catalyst layer / diffusion layer 15 in which the gas channel 22 and the gas channel 22 are not formed. 27 between the catalyst layer / diffusion layer 16 in which the gas channel 23 and the gas channel 23 are not formed and the catalyst layer / diffusion layer 18 in which the gas channel 24 and the gas channel 24 are not formed. Is formed with a separator 28.

最後に、セパレータ26内には表面を絶縁膜30で覆われた電極34が形成され、電極34の一端は燃料電池スタックの外部に引き出される。   Finally, an electrode 34 whose surface is covered with an insulating film 30 is formed in the separator 26, and one end of the electrode 34 is drawn out of the fuel cell stack.

同様に、セパレータ27内には表面を絶縁膜31で覆われた電極35が、セパレータ28内には表面を絶縁膜32で覆われた電極36が、セパレータ29内には表面を絶縁膜33で覆われた電極37がそれぞれ形成され、電極35,36及び電極37の一端は燃料電池スタックの外部にそれぞれ引き出される。   Similarly, an electrode 35 whose surface is covered with an insulating film 31 is formed in the separator 27, an electrode 36 whose surface is covered with an insulating film 32 is formed in the separator 28, and a surface which is covered with an insulating film 33 is formed in the separator 29. The covered electrodes 37 are formed, and the electrodes 35 and 36 and one end of the electrode 37 are drawn out of the fuel cell stack.

ここで、図1に示す実施例の動作を図2、図3及び図4を用いて説明する。図2は電極34〜電極37から見た電気的な等価回路を示す回路図、図3及び図4は電極34〜電極37を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。   Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a circuit diagram showing an electrical equivalent circuit viewed from the electrodes 34 to 37, and FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams for explaining a capacitance measuring method using the electrodes 34 to 37. FIG.

第1の燃料電池セルにおいて、ガス流路20には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)が供給され、ガス流路21には燃料ガス(例えば、水素等)が供給される。例えば、図7中”IN11”に示す供給口から各ガスが供給され、図7中”OT11”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。   In the first fuel cell, an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied to the gas passage 20, and a fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the gas passage 21. For example, each gas is supplied from the supply port indicated by “IN11” in FIG. 7, and unreacted gas is discharged from the exhaust port indicated by “OT11” in FIG.

アノード側の触媒層・拡散層13では水素が水素イオン(H )になり電子(e )を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層12側では電解質膜11を伝播してきた水素イオン(H )と酸素原子が電子(e )と反応して水(HO )が生成される。 In the catalyst layer / diffusion layer 13 on the anode side, hydrogen becomes hydrogen ions (H + ) and emits electrons (e ), while hydrogen that has propagated through the electrolyte membrane 11 on the catalyst layer / diffusion layer 12 side on the cathode side. Ions (H + ) and oxygen atoms react with electrons (e ) to generate water (H 2 O).

この時、アノード側の触媒層・拡散層13及びカソード側の触媒層・拡散層12(具体的には、セパレータ27とセパレータ26)と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層13で発生した電子(e )を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。 At this time, the catalyst layer on the anode side is connected by connecting external loads between the catalyst layer / diffusion layer 13 on the anode side and the catalyst layer / diffusion layer 12 on the cathode side (specifically, the separator 27 and the separator 26). It is possible to extract electrons (e ) generated in the diffusion layer 13, in other words, to extract a direct current.

同様に、第2の燃料電池セルにおいて、ガス流路22には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)が供給され、ガス流路23には燃料ガス(例えば、水素等)が供給され、第3の燃料電池セルにおいて、ガス流路24には酸化ガス(例えば、酸素や空気等)が供給され、ガス流路25には燃料ガス(例えば、水素等)が供給される。例えば、図7中”IN11”に示す供給口から各ガスが供給され、図7中”OT11”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。   Similarly, in the second fuel cell, an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied to the gas passage 22, and a fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the gas passage 23. In the fuel cell of No. 3, an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied to the gas channel 24, and a fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the gas channel 25. For example, each gas is supplied from the supply port indicated by “IN11” in FIG. 7, and unreacted gas is discharged from the exhaust port indicated by “OT11” in FIG.

第1の燃料電池セルにおける前述の化学反応は、第2の燃料電池セルでも、第3の燃料電池セルでも生じるので、アノード側の触媒層・拡散層19及びカソード側の触媒層・拡散層12(具体的には、エンドプレート39とエンドプレート38)と間の外部負荷を接続することにより、燃料電池スタック(第1〜第3の燃料電池セルが直列接続されたもの)から直流電流を取り出すことが可能になる。   Since the above-described chemical reaction in the first fuel cell occurs in both the second fuel cell and the third fuel cell, the catalyst layer / diffusion layer 19 on the anode side and the catalyst layer / diffusion layer 12 on the cathode side. (Specifically, by connecting an external load between the end plate 39 and the end plate 38, a direct current is taken out from the fuel cell stack (the first to third fuel cells are connected in series). It becomes possible.

このような燃料電池の動作状態において、電極34,35,36及び電極37を用いて静電容量を静電容量測定装置で測定することにより、電極34,35,36及び電極37間の電解質膜、触媒層・拡散層及びガス流路の水分量を静電容量として測定することができる。   In such an operating state of the fuel cell, the electrolyte membrane between the electrodes 34, 35, 36 and the electrode 37 is measured by measuring the capacitance with the capacitance measuring device using the electrodes 34, 35, 36 and the electrode 37. The moisture content of the catalyst layer / diffusion layer and gas flow path can be measured as capacitance.

すなわち、電極34,35,36及び電極37から見た電気的な等価回路は図2に示すようになる。   That is, an electrical equivalent circuit viewed from the electrodes 34, 35, 36 and the electrode 37 is as shown in FIG.

図2中”ED21”、”ED22”、”ED23”及び”ED24”は電極34,35,36及び37を示し、図2中”CP21”、”CP22”、”CP23”及び”CP24”は絶縁膜30,31,32及び33の静電容量である。   In FIG. 2, “ED21”, “ED22”, “ED23”, and “ED24” indicate electrodes 34, 35, 36, and 37. In FIG. 2, “CP21”, “CP22”, “CP23”, and “CP24” are insulated. The capacitance of the films 30, 31, 32 and 33.

また、図2中”CP25”は電解質膜11(第1の燃料電池セルに相当)の静電容量である。同様に、図2中”CP26”は電解質膜14(第2の燃料電池セルに相当)の静電容量であり、図2中”CP27”は電解質膜17(第3の燃料電池セルに相当)の静電容量である。   Further, “CP25” in FIG. 2 is a capacitance of the electrolyte membrane 11 (corresponding to the first fuel cell). Similarly, “CP26” in FIG. 2 is the capacitance of the electrolyte membrane 14 (corresponding to the second fuel cell), and “CP27” in FIG. 2 is the electrolyte membrane 17 (corresponding to the third fuel cell). The capacitance of

すなわち、図2に示す等価回路では、図2中”ED21”に示す電極は静電容量”CP21”の一端に接続され、静電容量”CP21”の他端は静電容量”CP25”の一端に接続される。また、図2中”ED22”に示す電極は静電容量”CP22”の一端に接続され、静電容量”CP22”の他端は静電容量”CP25”の他端及び静電容量”CP26”の一端にそれぞれ接続される。   That is, in the equivalent circuit shown in FIG. 2, the electrode indicated by “ED21” in FIG. 2 is connected to one end of the capacitance “CP21”, and the other end of the capacitance “CP21” is one end of the capacitance “CP25”. Connected to. 2 is connected to one end of the capacitance “CP22”, and the other end of the capacitance “CP22” is connected to the other end of the capacitance “CP25” and the capacitance “CP26”. Are connected to one end of each.

図2中”ED23”に示す電極は静電容量”CP23”の一端に接続され、静電容量”CP23”の他端は静電容量”CP26”の他端及び静電容量”CP27”の一端にそれぞれ接続される。最後に、図2中”ED24”に示す電極は静電容量”CP27”の他端に接続される。   The electrode indicated by “ED23” in FIG. 2 is connected to one end of the capacitance “CP23”, and the other end of the capacitance “CP23” is the other end of the capacitance “CP26” and one end of the capacitance “CP27”. Connected to each. Finally, the electrode indicated by “ED24” in FIG. 2 is connected to the other end of the capacitance “CP27”.

ここで、各燃料電池セルの静電容量の測定方法を説明する。図3において”CP21”,”CP22”、”CP23”、”CP24”、”CP25”、”CP26”及び”CP27”は図2と同一符号を付してあり、41は静電容量(水分量に相当)を測定する静電容量測定装置である。   Here, a method for measuring the capacitance of each fuel cell will be described. In FIG. 3, “CP21”, “CP22”, “CP23”, “CP24”, “CP25”, “CP26” and “CP27” are assigned the same reference numerals as in FIG. It is a capacitance measuring device that measures the same.

また、図3中”SW31”、”SW32”、”SW33”及び”SW34”に示すスイッチは電極34,35,36及び電極37を適宜選択して静電容量測定装置41の入力端子に接続する。   In addition, the switches indicated by “SW31”, “SW32”, “SW33”, and “SW34” in FIG. 3 appropriately select the electrodes 34, 35, 36, and the electrode 37 and connect them to the input terminal of the capacitance measuring device 41. .

図3中”SW31”に示すスイッチで静電容量”CP21”の一端(電極34)を選択し、図3中”SW32”に示すスイッチで静電容量”CP22”の一端(電極35)を選択した場合、静電容量測定装置41では静電容量”CP21”、”CP25”及び”CP22”が直列接続された静電容量値が測定される。   The switch indicated by “SW31” in FIG. 3 selects one end (electrode 34) of the capacitance “CP21”, and the switch indicated by “SW32” in FIG. 3 selects one end (electrode 35) of the capacitance “CP22”. In this case, the capacitance measuring device 41 measures the capacitance value in which the capacitances “CP21”, “CP25”, and “CP22” are connected in series.

そして、絶縁膜の静電容量”CP21”や”CP22”を予め測定(例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする)しておき、静電容量測定装置41で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第1の燃料電池セルの静電容量”CP25”とする。   Then, the capacitance “CP21” or “CP22” of the insulating film is measured in advance (for example, the capacitance between the electrode and the separator on which the electrode is formed is measured to obtain the capacitance of the insulating film. The value obtained by subtracting the capacitance of the insulating film measured in advance from the capacitance value measured by the capacitance measuring device 41 is used as the capacitance of the first fuel cell. It is assumed that “CP25”.

同様に、図3中”SW32”に示すスイッチで静電容量”CP22”の一端(電極35)を選択し、図3中”SW33”に示すスイッチで静電容量”CP23”の一端(電極36)を選択した場合、静電容量測定装置41では静電容量”CP22”、”CP26”及び”CP23”が直列接続された静電容量値が測定される。   Similarly, one end (electrode 35) of the capacitance “CP22” is selected by the switch indicated by “SW32” in FIG. 3, and one end (electrode 36) of the capacitance “CP23” is selected by the switch indicated by “SW33” in FIG. ) Is selected, the capacitance measuring device 41 measures the capacitance value in which the capacitances “CP22”, “CP26” and “CP23” are connected in series.

そして、絶縁膜の静電容量”CP22”や”CP23”を予め測定(例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする)しておき、静電容量測定装置41で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第2の燃料電池セルの静電容量”CP26”とする。   Then, the capacitance “CP22” or “CP23” of the insulating film is measured in advance (for example, the capacitance between the electrode and the separator on which the electrode is formed is measured to obtain the capacitance of the insulating film. The value obtained by subtracting the capacitance of the insulating film measured in advance from the capacitance value measured by the capacitance measuring device 41 is used as the capacitance of the second fuel cell. It is assumed that “CP26”.

最後に、図3中”SW33”に示すスイッチで静電容量”CP23”の一端(電極36)を選択し、図3中”SW34”に示すスイッチで静電容量”CP24”の一端(電極37)を選択した場合、静電容量測定装置41では静電容量”CP23”、”CP27”及び”CP24”が直列接続された静電容量値が測定される。   Finally, one end (electrode 36) of the capacitance “CP23” is selected by a switch indicated by “SW33” in FIG. 3, and one end (electrode 37) of the capacitance “CP24” is selected by a switch indicated by “SW34” in FIG. ) Is selected, the capacitance measuring device 41 measures the capacitance value in which the capacitances “CP23”, “CP27”, and “CP24” are connected in series.

そして、絶縁膜の静電容量”CP23”や”CP24”を予め測定(例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする)しておき、静電容量測定装置41で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第3の燃料電池セルの静電容量”CP27”とする。   Then, the capacitance “CP23” or “CP24” of the insulating film is measured in advance (for example, the capacitance between the electrode and the separator on which the electrode is formed is measured to obtain the capacitance of the insulating film. The value obtained by subtracting the capacitance of the insulating film measured in advance from the capacitance value measured by the capacitance measuring device 41 is used as the capacitance of the third fuel cell. It is assumed that “CP27”.

この結果、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求めることにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。   As a result, an electrode whose surface is covered with an insulating film is formed in the separator of the fuel cell stack, and one end of the electrode is drawn out of the fuel cell stack, and the capacitance between the electrodes is sequentially measured in advance. By obtaining a value corrected by the capacitance of the insulating film, the water content can be measured in units of fuel cells of the fuel cell stack.

ここで、各燃料電池セルの静電容量の他の測定方法を説明する。図4において”ED21”、”ED22”、”ED23”、”ED24”、”CP21”,”CP22”、”CP23”、”CP24”、”CP25”,”CP26”及び”CP27”は図2と同一符号を付してあり、42,43及び44は静電容量(水分量に相当)を測定する静電容量測定装置である。   Here, another method for measuring the capacitance of each fuel cell will be described. In FIG. 4, “ED21”, “ED22”, “ED23”, “ED24”, “CP21”, “CP22”, “CP23”, “CP24”, “CP25”, “CP26” and “CP27” are the same as those in FIG. The same reference numerals are attached, and 42, 43 and 44 are capacitance measuring devices for measuring capacitance (corresponding to the amount of water).

図4中”ED21”及び”ED22”に示す電極間には静電容量測定装置42が接続され、図4中”ED21”及び”ED23”に示す電極間には静電容量測定装置43が接続される。さらに、図4中”ED21”及び”ED24”に示す電極間には静電容量測定装置44が接続される。   A capacitance measuring device 42 is connected between the electrodes indicated by “ED21” and “ED22” in FIG. 4, and a capacitance measuring device 43 is connected between the electrodes indicated by “ED21” and “ED23” in FIG. Is done. Further, a capacitance measuring device 44 is connected between the electrodes indicated by “ED21” and “ED24” in FIG.

静電容量測定装置42,43及び44はそれぞれ同時に電極間の静電容量を測定する。静電容量測定装置42では図4中”ED21”及び”ED22”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”CP21”、”CP25”及び”CP22”が直列接続された静電容量値が測定される。   Capacitance measuring devices 42, 43 and 44 simultaneously measure the capacitance between the electrodes. Since the capacitance measuring device 42 measures the capacitance between the electrodes indicated by “ED21” and “ED22” in FIG. 4, the capacitances “CP21”, “CP25” and “CP22” are connected in series. The capacitance value is measured.

また、静電容量測定装置43では図4中”ED21”及び”ED23”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”CP21”、”CP25”、”CP26”及び”CP23”が直列接続された静電容量値が測定される。   Further, since the capacitance measuring device 43 measures the capacitance between the electrodes indicated by “ED21” and “ED23” in FIG. 4, the capacitances “CP21”, “CP25”, “CP26” and “CP23” are measured. Are measured in series.

さらに、静電容量測定装置44では図4中”ED21”及び”ED24”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”CP21”、”CP25”、”CP26”、”CP27”及び”CP24”が直列接続された静電容量値が測定される。   Further, since the capacitance measuring device 44 measures the capacitance between the electrodes indicated by “ED21” and “ED24” in FIG. 4, the capacitances “CP21”, “CP25”, “CP26”, “CP27”. And the capacitance value in which “CP24” is connected in series is measured.

そして、絶縁膜の静電容量”CP21”〜”CP24”を予め測定(例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする)しておき、静電容量測定装置42〜44で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正すると共に補正値の差分を計算することにより、第1、第2及び第3の燃料電池セルの静電容量”CP25”、”CP26”及び”CP27”を分離することができる。   Then, the capacitances “CP21” to “CP24” of the insulating film are measured in advance (for example, the capacitance between the electrode and the separator on which the electrode is formed is measured to obtain the capacitance of the insulating film. And subtracting the capacitance of the insulating film measured in advance from the capacitance values measured by the capacitance measuring devices 42 to 44 and calculating the difference between the correction values. The capacitances “CP25”, “CP26” and “CP27” of the first, second and third fuel cells can be separated.

例えば、静電容量測定装置43における補正値(静電容量”CP25”及び”CP26”が直列接続された静電容量値)と、静電容量測定装置42における補正値(静電容量”CP25”の静電容量値)との差分を計算することにより、第2の燃料電池セルの静電容量”CP26”が分離される。   For example, the correction value in the capacitance measuring device 43 (capacitance value in which capacitances “CP25” and “CP26” are connected in series) and the correction value in the capacitance measuring device 42 (capacitance “CP25”). The electrostatic capacity “CP26” of the second fuel cell is separated by calculating the difference from the electrostatic capacity value of the second fuel cell.

同様に、例えば、静電容量測定装置44における補正値(静電容量”CP25”、"CP26"及び”CP27”が直列接続された静電容量値)と、静電容量測定装置43における補正値(静電容量”CP25”及び”CP26”が直列接続された静電容量値)との差分を計算することにより、第3の燃料電池セルの静電容量”CP27”が分離される。   Similarly, for example, correction values in the capacitance measuring device 44 (capacitance values in which the capacitances “CP25”, “CP26”, and “CP27” are connected in series) and correction values in the capacitance measuring device 43 are used. The capacitance “CP27” of the third fuel cell is separated by calculating the difference from (capacitance value in which the capacitances “CP25” and “CP26” are connected in series).

この結果、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し、補正値の差分を計算することにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。   As a result, an electrode whose surface is covered with an insulating film is formed in the separator of the fuel cell stack, and one end of the electrode is drawn out of the fuel cell stack, and the capacitance between the electrodes is simultaneously measured and measured in advance. It is possible to measure the amount of water in units of fuel cells of the fuel cell stack by correcting with the capacitance of the insulating film and calculating the difference between the correction values.

なお、図1に示す実施例においては説明の簡単のために3つの燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを構成しているが、勿論、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックを構成しても構わない。   In the embodiment shown in FIG. 1, a fuel cell stack in which three fuel cells are stacked is configured for simplicity of description. Of course, a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cells. It doesn't matter.

この場合には、燃料電池スタックの両端や各燃料電池セル間に形成されるセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成し、当該電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すことにより、図1に示す実施例の説明と同様に燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することができる。   In this case, an electrode whose surface is covered with an insulating film is formed in the separator formed between both ends of the fuel cell stack or between each fuel cell, and one end of the electrode is drawn out of the fuel cell stack. Thus, the moisture content can be measured in units of fuel cells of the fuel cell stack in the same manner as in the description of the embodiment shown in FIG.

また、図1に示す実施例の説明においては、各ガス流路が触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている旨例示しているが、勿論、ガス流路の構造はこの構造に限定されるものではない。   Further, in the description of the embodiment shown in FIG. 1, it is exemplified that each gas flow path is formed so as to meander on the catalyst layer / diffusion layer. Of course, the structure of the gas flow path is this structure. It is not limited to.

また、図1に示す実施例の説明においては、各電極はセパレータ内でガス流路に交差する方向に形成されているが、勿論、これに限定される訳ではなく、ガス流路に平行な方向であってもそれ以外であっても構わない。   In the description of the embodiment shown in FIG. 1, each electrode is formed in the separator in a direction intersecting the gas flow path. However, the present invention is not limited to this and is parallel to the gas flow path. It may be in the direction or in other directions.

また、図3及び図4に示す静電容量の測定方法では、静電容量測定装置で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正する旨記載しているが、静電容量測定装置に予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を設定しておき、静電容量測定装置内で補正演算を行わせても勿論構わない。   In addition, in the capacitance measuring method shown in FIGS. 3 and 4, correction is performed by subtracting the capacitance of the insulating film measured in advance from the capacitance value measured by the capacitance measuring device. Although described, it is of course possible to set the capacitance of the insulating film that has been measured in advance in the capacitance measuring device, and to perform correction calculation in the capacitance measuring device.

また、図4に示す静電容量の測定方法では、説明の簡単のために複数台の静電容量測定装置を用いて電極の間の静電容量を同時に測定しているが、複数個の入力端子を有する1台の静電容量測定装置により電極の間の静電容量を同時に測定しても構わない。   In the capacitance measuring method shown in FIG. 4, the capacitance between the electrodes is simultaneously measured using a plurality of capacitance measuring devices for simplicity of explanation. You may measure the electrostatic capacitance between electrodes simultaneously with one electrostatic capacitance measuring apparatus which has a terminal.

また、図4に示す静電容量の測定方法では、補正値の差分を計算して各燃料電池セルの静電容量を分離する旨記載しているが、各静電容量測定装置の補正値を差分の演算を静電容量測定装置の任意の一台、複数個の入力端子を有する1台の静電容量測定装置、或いは、別個の演算制御装置で行わせても勿論構わない。   In addition, in the capacitance measuring method shown in FIG. 4, it is described that the difference between the correction values is calculated to separate the capacitance of each fuel cell, but the correction value of each capacitance measuring device is Of course, the difference calculation may be performed by any one of the capacitance measurement devices, one capacitance measurement device having a plurality of input terminals, or a separate calculation control device.

本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Example of the fuel cell which concerns on this invention. 電極から見た電気的な等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the electrical equivalent circuit seen from the electrode. 電極を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the measuring method of the electrostatic capacitance using an electrode. 電極を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the measuring method of the electrostatic capacitance using an electrode. 従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。It is a block diagram showing an example of a conventional fuel cell system. 燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図である。It is sectional drawing in a surface perpendicular | vertical with respect to the electrolyte membrane of a fuel cell. 燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。It is sectional drawing in the surface parallel to the gas flow path in a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

1,4,11,14,17 電解質膜
2,3,5,6,12,13,15,16,18,19 触媒層・拡散層
7,8,20,21,22,23,24,25 ガス流路
9,10,26,27,28,29 セパレータ
30,31,32,33 絶縁膜
34,35,36,37 電極
38,39 エンドプレート
1, 4, 11, 14, 17 Electrolyte membrane 2, 3, 5, 6, 12, 13, 15, 16, 18, 19 Catalyst layer / diffusion layer 7, 8, 20, 21, 22, 23, 24, 25 Gas flow path 9, 10, 26, 27, 28, 29 Separator 30, 31, 32, 33 Insulating film 34, 35, 36, 37 Electrode 38, 39 End plate

Claims (5)

水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックにおいて、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と
を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
In a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells; and
A plurality of separators respectively formed between the fuel cells and the fuel cells at both ends;
End plates respectively formed on the separators at both ends;
A fuel cell stack, comprising: a plurality of electrodes each having a surface covered with an insulating film and having one end drawn out of the fuel cell stack.
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第1及び第2の触媒層・拡散層と、
前記第1の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第2の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことを特徴とする
請求項1記載の燃料電池スタック。
The fuel battery cell is
An electrolyte membrane;
First and second catalyst layers / diffusion layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane;
A gas flow path of fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer;
2. The fuel cell stack according to claim 1, comprising a gas flow path of an oxidizing gas formed in the second catalyst layer / diffusion layer.
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、
前記電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求める静電容量測定装置と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。
In a moisture measuring device for a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells; and
A plurality of separators respectively formed between the fuel cells and in the fuel cells at both ends;
End plates respectively formed on the separators at both ends;
A plurality of electrodes each having a surface covered with an insulating film formed in each of the separators and having one end drawn out of the fuel cell stack;
A moisture content measuring device comprising: a capacitance measuring device that sequentially measures the capacitance between the electrodes and obtains a value corrected by the capacitance of the insulating film measured in advance.
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、
前記電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し補正値の差分を計算する静電容量測定装置と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。
In a moisture measuring device for a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
A plurality of stacked fuel cells; and
A plurality of separators respectively formed between the fuel cells and in the fuel cells at both ends;
End plates respectively formed on the separators at both ends;
A plurality of electrodes each having a surface covered with an insulating film formed in each of the separators and having one end drawn out of the fuel cell stack;
Moisture content characterized by comprising a capacitance measuring device that simultaneously measures the capacitance between the electrodes, corrects it with the capacitance of the insulating film measured in advance, and calculates the difference between the correction values measuring device.
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第1及び第2の触媒層・拡散層と、
前記第1の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第2の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことを特徴とする
請求項3若しくは請求項4記載の水分量測定装置。
The fuel battery cell is
An electrolyte membrane;
First and second catalyst layers / diffusion layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane;
A gas flow path of fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer;
The moisture content measuring apparatus according to claim 3 or 4, comprising a gas flow path of an oxidizing gas formed in the second catalyst layer / diffusion layer.
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