CN110635155A - 水检测装置以及发电单电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及水检测装置以及发电单电池。在具有沿着电解质膜‑电极结构体(28a)流动反应气体的反应气体流路即氧化剂气体流路(48)的发电单电池(12)设置水检测装置(100A)。水检测装置(100A)具备导电构件(102)和支承构件(104)。支承构件(104)具有绝缘性，覆盖并支承导电构件(102)，并且设置有使导电构件(102)的一部分作为电极而暴露的开口部(114)。开口部(114)配置在与反应气体流路相向的位置。

Description

水检测装置以及发电单电池
技术领域
本公开涉及水检测装置以及发电单电池。
背景技术
一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的一方的面配设有阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一方的面配设有阴极电极。电解质膜-电极结构体被隔板(双极性板)夹持，由此构成发电单电池(单位燃料电池)(例如，参照日本特开2007-95573号公报)。
在发电单电池，作为一方的反应气体流路，形成沿着电解质膜-电极结构体流动氧化剂气体的氧化剂气体流路。在发电单电池，作为另一方的反应气体流路，形成沿着电解质膜-电极结构体流动燃料气体的燃料气体流路。发电单电池仅层叠规定的数量，由此例如作为车载用燃料电池堆来使用。
发明内容
发明所要解决的问题
在发电单电池中，伴随着发电反应而生成水(液态水)，另外，反应气体中的蒸汽冷凝而生成冷凝水(液态水)。液态水(水滴)在反应气体流路中滞留会引起各种的问题。例如，这样的液态水可成为使反应气体流路的气体流动恶化而使发电稳定性降低的主要原因。另外，在冰点以下，在反应气体流路内水发生冻结，可成为燃料电池堆的起动的障碍。如果能够检测在反应气体流路有无滞留的液态水，则能够以适当的定时根据需要来采取一些用于排出液态水的措施。
本发明的目的在于，提供能够检测发电单电池的反应气体流路中有无液态水的水检测装置以及发电单电池。
用于解决问题的方案
为了实现上述的目的，本发明的第一方式涉及水检测装置，其设置在具有沿着电解质膜-电极结构体流动反应气体的反应气体流路的发电单电池，其中，所述水检测装置具备：导电构件；以及支承构件，其具有绝缘性，覆盖并支承所述导电构件，并且设置有使所述导电构件的一部分作为电极而暴露的开口部，所述开口部配置在与所述反应气体流路相向的位置。
本发明的第二方式涉及发电单电池，其具备电解质膜-电极结构体，形成有沿着所述电解质膜-电极结构体流动反应气体的反应气体流路，其中，所述发电单电池具备检测所述反应气体流路的液态水的水检测装置，所述水检测装置具备：导电构件；以及支承构件，其具有绝缘性，覆盖并支承所述导电构件，并且设置有使所述导电构件的一部分作为电极而暴露的开口部，所述开口部配置在与所述反应气体流路相向的位置。
发明的效果
根据本发明的水检测装置，导电构件被绝缘性的支承构件覆盖，在支承构件，使导电构件的一部分作为电极而暴露的开口部配置在与反应气体流路相向的位置。因此，能够电检测反应气体流路中有无液态水。
参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的发电单电池的分解立体图。
图2是从氧化剂气体流路侧观察到的配置有水检测装置的第一金属隔板的图。
图3是水检测装置的主要部分放大图。
图4是水检测装置的立体图。
图5是包括水检测装置的截面在内的发电单电池的沿着图1中V-V线的剖视图。
图6是从燃料气体流路侧观察到的配置有水检测装置的第二金属隔板的图。
图7是设置有将支承构件覆盖的导电性膜的水检测装置的剖视图。
图8是从氧化剂气体流路侧观察到的配置有其他实施方式涉及的水检测装置的第一金属隔板的图。
图9是从氧化剂气体流路侧观察到的配置有另一其他实施方式涉及的水检测装置的第一金属隔板的图。
图10是其他实施方式涉及的发电单电池的包括水检测装置在内的剖视图。
具体实施方式
图1所示的本发明的一实施方式涉及的发电单电池12具备：带树脂膜的MEA 28、在带树脂膜的MEA 28的一方的面侧配置的第一金属隔板30以及在带树脂膜的MEA 28的另一方的面侧配置的第二金属隔板32。例如，在箭头符号A方向(水平方向)或者箭头符号C方向(重力方向)层叠多个发电单电池12，并且施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，来构成燃料电池堆。例如，燃料电池堆作为车载用燃料电池堆搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。
第一金属隔板30和第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。彼此相邻的发电单电池12中的一方的发电单电池12的第一金属隔板30与另一方的发电单电池12的第二金属隔板32，通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成接合隔板33。
在发电单电池12的长边方向即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的端缘部)，沿着层叠方向(箭头符号A方向)相互连通地设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b在铅垂方向(箭头符号C方向)排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单电池12的长边方向即水平方向的另一端缘部(箭头符号B2方向侧的端缘部)，沿着层叠方向相互连通地设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b在铅垂方向排列设置。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体出口连通孔34b和燃料气体入口连通孔38a与燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式，根据所要求的规格适当设定即可。
带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a以及在电解质膜-电极结构体28a的外周部设置的框形状的树脂膜46。电解质膜-电极结构体28a具有电解质膜40以及夹持电解质膜40的阴极电极44和阳极电极42。
电解质膜40例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阴极电极44、阳极电极42夹持。电解质膜40除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
如图5所示，阴极电极44具有与电解质膜40的一方的面接合的第一电极催化剂层44a以及层叠于第一电极催化剂层44a的第一气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的另一方的面接合的第二电极催化剂层42a以及层叠于第二电极催化剂层42a的第二气体扩散层42b。第一气体扩散层44b和第二气体扩散层42b具有导电性。
如图1所示，在树脂膜46的箭头符号B1方向侧的端缘部，设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B2方向侧的端缘部，设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2所示，第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA 28的面30a(以下称为“表面30a”)，例如设置沿着箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48具有多条流路槽48b，所述多条流路槽48b形成于沿着箭头符号B方向延伸的多条流路形成用凸部48a之间。通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28鼓出成形流路形成用凸部48a。图示例的流路槽48b形成为沿着箭头符号B方向延伸的波形状。也可以是，流路槽48b是沿着箭头符号B方向延伸的直线状槽。
在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间，设置具有多个压花50a的入口缓冲部50A。在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间，设置具有多个压花50b的出口缓冲部50B。在俯视观察(层叠方向观察)时，压花50a、50b形成为圆形。也可以是，在俯视观察(层叠方向观察)时，压花50a、50b形成为长圆形或者线状。
在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形第一密封线51。也可以是，在第一密封线51的凸部前端面，通过印刷或者涂布等来固定树脂件。树脂件例如使用聚酯纤维。也可以是，树脂件设置在树脂膜46侧。
第一密封线51具有：凸起密封件51a(以下称为“内侧凸起部51a”)，其包围氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A以及出口缓冲部50B；凸起密封件52(以下称为“外侧凸起部52”)，其比内侧凸起部51a靠外侧设置并且沿着第一金属隔板30的外周延伸；以及多个凸起密封件53(以下称为“连通孔凸起部53”)，其将多个连通孔(氧化剂气体入口连通孔34a等)个别地包围。外侧凸起部52从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA 28突出并且围绕该表面30a的外周缘部。
多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA28突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。
以下，将多个连通孔凸起部53中的、包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53a”，将包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53b”。在连通孔凸起部53a与氧化剂气体流路48之间，配置有上述的入口缓冲部50A(多个压花50a)。在连通孔凸起部53b与氧化剂气体流路48之间，配置有上述的出口缓冲部50B(多个压花50b)。在第一金属隔板30设置将连通孔凸起部53a、53b的内侧(连通孔34a、34b侧)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部80、82。
在包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部53a设置桥部80。桥部80具有相互隔着间隔地配置的多个通道80a。多个通道80a以与连通孔凸起部53a交叉的方式，通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形。各个通道80a的一端部向氧化剂气体入口连通孔34a开口。在各个通道80a的另一端部设置开口部80b。由此，氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48经由桥部80连通。
在包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部53b设置桥部82。桥部82具有相互隔着间隔地配置的多个通道82a。多个通道82a以与连通孔凸起部53b交叉的方式，通过冲压成型朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形。各个通道82a的一端部向氧化剂气体出口连通孔34b开口。在各个通道82a的另一端部设置开口部82b。由此，氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48经由桥部82连通。
如图1和图6所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28的面32a(以下称为“表面32a”)，例如形成在箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。如图6所示，燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58具有多条流路槽58b，所述多条流路槽58b形成于沿着箭头符号B方向延伸的多条流路形成用凸部58a之间。流路形成用凸部58a通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28鼓出成形。图示例的流路槽58b形成为沿着箭头符号B方向延伸的波形状。也可以是，流路槽58b是沿着箭头符号B方向延伸的直线状槽。
在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间，设置具有多个压花60a的入口缓冲部60A。另外，在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间，设置具有多个压花60b的出口缓冲部60B。在俯视观察(层叠方向观察)时，压花60a、60b形成为圆形。也可以是，在俯视观察(层叠方向观察)时，压花60a、60b形成为长圆形或者线状。
在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28鼓出成形第二密封线61。也可以是，在第二密封线61的凸部前端面，通过印刷或者涂布等来固定树脂件。该树脂件例如使用聚酯纤维。也可以是，该树脂件设置在树脂膜46侧。
第二密封线61具有：将燃料气体流路58、入口缓冲部60A以及出口缓冲部60B包围的凸起密封件(以下称为“内侧凸起部61a”)；比内侧凸起部61a靠外侧设置并且沿着第二金属隔板32的外周延伸的凸起密封件(以下称为“外侧凸起部62”)；以及将多个连通孔(连通孔38a等)独立地包围的多个凸起密封件(以下称为“连通孔凸起部63”)。外侧凸起部62从第二金属隔板32的表面32a突出并且围绕该表面32a的外周缘部。
多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。
以下，将多个连通孔凸起部63中的、包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63a”，将包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63b”。在连通孔凸起部63a与燃料气体流路58之间，配置上述的入口缓冲部60A(多个压花60a)。在连通孔凸起部63b与燃料气体流路58之间，配置上述的出口缓冲部60B(多个压花60b)。在第二金属隔板32设置将连通孔凸起部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)和外侧(燃料气体流路58侧)连通的桥部90、92。
在包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部63a设置桥部90。桥部90具有相互隔着间隔地配置的多个通道90a。多个通道90a以与连通孔凸起部63a交叉的方式，通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形。各个通道90a的一端部向燃料气体入口连通孔38a开口。在各个通道90a的另一端部设置有开口部90b。由此，燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58经由桥部90连通。
在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63b设置桥部92。桥部92具有相互隔着间隔地配置的多个通道92a。多个通道92a以与连通孔凸起部63b交叉的方式，通过冲压成型朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形。各个通道92a的一端部向燃料气体出口连通孔38b开口。在各个通道92a的另一端部设置有开口部92b。由此，燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58经由桥部92连通。
如图1所示，在相互接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路66。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状重合来形成冷却介质流路66。第一金属隔板30与第二金属隔板32通过对外周和连通孔的周围进行焊接来被接合。也可以是，代替焊接，通过钎焊来被接合。
发电单电池12还有具备水检测装置100A、100B。在本实施方式涉及的发电单电池12中，设置检测氧化剂气体流路48中有无液态水W的水检测装置100A、检测燃料气体流路58中有无液态水W的水检测装置100B。水检测装置100A被夹持在电解质膜-电极结构体28a与第一金属隔板30之间。水检测装置100B被夹持在电解质膜-电极结构体28a与第二金属隔板32之间。水检测装置100A与水检测装置100B配置于在反应气体的流动方向(箭头符号B方向)上相互偏移的位置。也可以是，水检测装置100A与水检测装置100B仅设置任一方。
水检测装置100A构成为薄壁的膜状。因此，第一金属隔板30或者电解质膜-电极结构体28a仅弯曲与水检测装置100A的厚度相当的量，在没有配置水检测装置100A的部位，电解质膜-电极结构体28a与第一金属隔板30相互接触。同样地，第二金属隔板32或者电解质膜-电极结构体28a仅弯曲与水检测装置100B的厚度相当的量，在没有配置水检测装置100B的部位，电解质膜-电极结构体28a与第二金属隔板32相互接触。
如图2所示，水检测装置100A配置在氧化剂气体流路48的容易积蓄反应生成水的下游区域(氧化剂气体流路48中的靠近氧化剂气体出口连通孔34b的一侧)。而且，也可以是，水检测装置100A配置在氧化剂气体流路48的上游区域(氧化剂气体流路48中的靠近氧化剂气体入口连通孔34a的一侧)、或者上游区域与下游区域之间。
如图2和图4所示，水检测装置100A具备作为配线材料的导电构件102、以及作为覆盖材料的支承构件104。导电构件102和支承构件104构成水检测装置100A的主体部101。主体部101构成为薄壁的带状(膜状)。主体部101的一端部配置在与第一金属隔板30不重叠的位置，并在该一端部设置连接端子106。水检测装置100A经由连接端子106来与电压施加装置108和电流测量装置109连接。
导电构件102形成为带状(线状)，由金属(例如，铜、银、金、白金、铝等)构成。也可以是，导电构件102由其他导电材料(例如，碳)构成。在水检测装置100A设置两个导电构件102。以下，将一方的导电构件102称为“第一导电构件102a”，将另一方的导电构件102称为“第二导电构件102b”。第一导电构件102a与第二导电构件102b相互平行地延伸。导电构件102例如通过印刷、镀附、涂布覆膜、溅射等来形成。在利用水检测装置100A检测有无液态水W时，由电压施加装置108向第一导电构件102a与第二导电构件102b之间施加电压。
支承构件104由具有绝缘性的材料构成。作为支承构件104的结构材料，例如能够举出聚酰亚胺、PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、或者m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃等。
支承构件104构成为沿着相对于氧化剂气体流路48的延伸方向而交叉的方向(箭头符号C方向)(铅垂方向)延伸的带状。支承构件104在本实施方式中沿着相对于氧化剂气体流路48的延伸方向而正交的方向延伸，但也可以是，在其他方式中，沿着相对于氧化剂气体流路48的延伸方向而倾斜的方向延伸。在从厚度方向观察时支承构件104不限于直线状，也可以是在延伸方向中的任一部位处具有弯曲的形状。支承构件104覆盖并支承导电构件102。如图4和图5所示，支承构件104具有一对绝缘性片(基片110和盖片112)。基片110与盖片112在厚度方向重叠，借助粘接剂或者熔接来相互接合。在基片110与盖片112之间，夹持导电构件102。也可以是，基片110与盖片112一体成形。
在支承构件104设置使导电构件102的一部分作为电极而暴露的开口部114。具体来说，支承构件104具有使第一导电构件102a的一部分作为第一电极E1而暴露的第一开口部114a、以及使第二导电构件102b的一部分作为第二电极E2而暴露的第二开口部114b。开口部114设置于盖片112。开口部114在厚度方向贯通盖片112。开口部114的形状如图4所示例如是圆形。开口部114的形状也可以是椭圆形、三角形、四角形等多边形状。
如图3和图5所示，开口部114配置在与氧化剂气体流路48(流路槽48b)相向的位置。也可以是，开口部114的位置是比流路槽48b的宽度方向(箭头符号C方向)的中央靠铅垂下方。
如图5所示，在开口部114中，导电构件102的表面被具有耐腐蚀性的保护层118覆盖。保护层118由贵金属(例如，金、白金等)形成，例如，通过镀附、溅射来形成。保护层118是与导电构件102同样具有导电性的构件，因此可以被认为是导电构件102的一部分。支承构件104中的开口部114的两侧(在支承构件104的延伸方向，开口部114的两侧)被夹持在流路形成用凸部48a与电解质膜-电极结构体28a之间。在隔着主体部101与氧化剂气体流路48(流路槽48b)相向的位置处，主体部101与电解质膜-电极结构体28a借助粘接剂120相互接合。也可以不设置粘接剂120。
如图2和图4所示，水检测装置100A还具备相对于第一金属隔板30进行定位的定位部124。定位部124固定于支承构件104。定位部124与第一金属隔板30(和第二金属隔板32)的外周缘部抵接。如图4所示，定位部124从支承构件104向支承构件104的厚度方向(箭头符号A方向)的两侧突出。也可以是，定位部124与支承构件104一体成形。也可以是，定位部124是与支承构件104分体的结构，是与支承构件104接合的构件。定位部124的形状不限定于本实施方式的形状。
在图6中，在第二金属隔板32配置的水检测装置100B，与在第一金属隔板30配置的水检测装置100A(图2至图5)同样地构成。即，水检测装置100B具备导电构件102(第一导电构件102a和第二导电构件102b)、支承构件104、连接端子106以及定位部124。在水检测装置100B中，在支承构件104设置的第一开口部114a和第二开口部114b配置在与燃料气体流路58(流路槽58b)相向的位置。
水检测装置100B配置在燃料气体流路58的容易积蓄反应生成水的下游区域(燃料气体流路58中的靠近燃料气体出口连通孔38b的一侧)。而且，也可以是，水检测装置100B配置在燃料气体流路58的上游区域(燃料气体流路58中的靠近燃料气体入口连通孔38a的一侧)、或者上游区域与下游区域之间。
这样构成的发电单电池12以如下方式进行动作。
首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体、例如空气。向燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
如图2所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部80和入口缓冲部50A被导入至第一金属隔板30的氧化剂气体流路48。而且，如图1所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头符号B方向移动，被供给至电解质膜-电极结构体28a的阴极电极44。
另一方面，如图6所示，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a经由桥部90和入口缓冲部60A被导入至第二金属隔板32的燃料气体流路58。而且，如图1所示，燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头符号B方向移动，被供给至电解质膜-电极结构体28a的阳极电极42。
因此，在各个电解质膜-电极结构体28a中，被供给至阴极电极44的氧化剂气体与被供给至阳极电极42的燃料气体在第一电极催化剂层44a和第二电极催化剂层42a内因电化学反应被消耗，来进行发电。
然后，如图2所示，被供给至阴极电极44并被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48经由桥部82向氧化剂气体出口连通孔34b流动。而且，如图1所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头符号A方向排出。同样地，如图6所示，被供给至阳极电极42并被消耗的燃料气体从燃料气体流路58经由桥部92向燃料气体出口连通孔38b流动。而且，如图1所示，沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A方向排出。
另外，被供给至冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入至在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66之后，向箭头符号B方向流动。该冷却介质将电解质膜-电极结构体28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
如图3所示，在氧化剂气体流路48存在液态水W的情况下，在第一开口部114a和第二开口部114b处分别暴露的第一电极E1与第二电极E2经由液态水W而电导通。因此，当在第一导电构件102a与第二导电构件102b之间施加电压时，在电极E1、E2之间流动微小的电流。由电流测量装置109测量微小的电流。基于此时的电流值，能够检测出氧化剂气体流路48中有无液态水W。
施加电压可以是直流电压、交流电压中的任一种。施加电压也可以是脉冲电压。施加电压例如是0.1V～1.0V。通过将施加电压设定得比较小，由此能够将电压对阴极电极44的第一电极催化剂层44a的影响抑制为最小限度，防止第一电极催化剂层44a发生劣化。而且，利用图6所示的水检测装置100B也能够与上述同样地检测燃料气体流路58中有无液态水W。
本实施方式涉及的发电单电池12起到以下的效果。而且，在以下中，代表性地说明了在第一金属隔板30侧配置的水检测装置100A的效果，关于在第二金属隔板32侧配置的水检测装置100B，也能够获得与水检测装置100A同样的效果。
根据该水检测装置100A，如图3等所示，导电构件102被绝缘性的支承构件104覆盖，在支承构件104，使导电构件102的一部分作为电极而暴露的开口部114配置在与反应气体流路(氧化剂气体流路48)相向的位置。因此，能够电检测(日文：電気的に検出する)反应气体流路(氧化剂气体流路48)中有无液态水W。
导电构件102具有相互独立的第一导电构件102a和第二导电构件102b，开口部114具有使第一导电构件102a的一部分作为第一电极E1而暴露的第一开口部114a、以及使第二导电构件102b的一部分作为第二电极E2而暴露的第二开口部114b。而且，在第一导电构件102a与第二导电构件102b之间施加电压。能够利用该结构使电极间距离固定，从而能够获得稳定的检测精度。
如图5所示，支承构件104中的开口部114的两侧被夹持在流路形成用凸部48a与电解质膜-电极结构体28a之间，该流路形成用凸部48a在隔板(第一金属隔板30)中朝向电解质膜-电极结构体28a突出并且沿着反应气体流路(氧化剂气体流路48)延伸。能够利用该结构将开口部114稳定地保持在规定位置。
如图2所示，水检测装置100A具备相对于隔板进行定位的定位部124。由此，在组装发电单电池12时，能够将水检测装置100A的开口部114的位置简单并且正确地定位在期望位置(与反应气体流路相向的位置)。
如图7所示，也可以是，支承构件104被导电性膜128覆盖。在支承构件104中的被夹持在电解质膜-电极结构体28a与第一金属隔板30(或者第二金属隔板32)之间的部分，导电性膜128覆盖支承构件104的整周(厚度方向的两面和宽度方向的两侧面)。导电性膜128没有堵塞开口部114(参照图4等)。这样支承构件104被导电性膜128覆盖，由此能够确保在配置了水检测装置100A的部位的、电解质膜-电极结构体28a与第一金属隔板30(或者第二金属隔板32)之间的导电性。
图8所示的水检测装置100C被夹持在电解质膜-电极结构体28a(图1)与第一金属隔板30之间，在构成为带状的支承构件130的延伸方向的两端部分别设置连接端子106a、106b。支承构件130的两端部从第一金属隔板30分别向铅垂下方和铅垂上方突出。在支承构件130的内部配置的一对导电构件102(102a、102b)与下方的连接端子106a连接。在支承构件130的内部配置的其他一对导电构件102(102c、102d)与上方的连接端子106b连接。
在支承构件130设置有使一对导电构件102a、102b各自的一部分暴露的开口部114。在支承构件130设置有使其他一对导电构件102c、102d各自的一部分暴露的开口部114。该水检测装置100C也可以被夹持在电解质膜-电极结构体28a与第二金属隔板32(图1)之间。
根据该水检测装置100C，能够检测氧化剂气体流路48中的不同的两个部位有无液态水W，因此能够提高对液态水W的检测精度。而且，也可以是，在图8中如虚拟线所示，下方侧的导电构件102a、102b与上方侧的导电构件102c、102d借助导通部132来电连接。由此，即使是导电构件102中的任一个断开(日文：断線)的情况下，也能够使用没有断开侧的导电构件102来检测有无液态水W。
图9所示的水检测装置100D被夹持在电解质膜-电极结构体28a(图1)与第一金属隔板30之间，仅设置有一个导电构件102。在覆盖导电构件102的支承构件140，设置有使导电构件102的一部分作为电极而暴露的开口部114。将导电构件102的电极作为第一电极E1，将第一金属隔板30作为第二电极E2，在第一电极E1与第二电极E2之间施加电压。利用该水检测装置100D也能够与图2等所示的水检测装置100A同样地检测反应气体流路中有无液态水W。
而且，也可以是，将与第一金属隔板30接触的电解质膜-电极结构体28a的第一气体扩散层44b(参照图3)作为第二电极E2。也可以是，水检测装置100D被夹持在电解质膜-电极结构体28a与第二金属隔板32之间。该情况下，第二金属隔板32(或者第二气体扩散层42b)用作为第二电极E2。
如图10所示，也可以是，水检测装置100A应用于将在气体扩散层设置的凹部作为反应气体流路的发电单电池12A。具体来说，在阴极电极144的第一气体扩散层144a，设置由凹部形成的氧化剂气体流路146。在阳极电极148的第二气体扩散层148a，设置由凹部形成的燃料气体流路150。电解质膜-电极结构体152被平坦的一对隔板(第一金属隔板154和第二金属隔板156)夹持。水检测装置100A被夹持在第一金属隔板154与电解质膜-电极结构体152之间。
在支承构件104设置的开口部114配置在与氧化剂气体流路146相向的位置。即使在这样的发电单电池12A中应用水检测装置100A的情况下，也能够检测反应气体流路中有无液态水W。而且，也可以是，水检测装置100A被夹持在第二金属隔板156与电解质膜-电极结构体152之间，在支承构件104设置的开口部114配置在与燃料气体流路150相向的位置。
本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种的改变。

Claims (12)

1.一种水检测装置(10A～10D)，其设置在具有沿着电解质膜-电极结构体(28a、152)流动反应气体的反应气体流路(48、58、146、150)的发电单电池(12、12A)，其中，所述水检测装置(10A～10D)具备：
导电构件(102)；以及
支承构件(104、130)，其具有绝缘性，覆盖并支承所述导电构件，并且设置有使所述导电构件的一部分作为电极而暴露的开口部(114)，
所述开口部配置在与所述反应气体流路相向的位置。
2.根据权利要求1所述的水检测装置，其特征在于，
所述导电构件具有相互独立的第一导电构件(102a)和第二导电构件(102b)，
所述开口部具有使所述第一导电构件的一部分作为第一电极(E1)而暴露的第一开口部(114a)、以及使所述第二导电构件的一部分作为第二电极(E2)而暴露的第二开口部(114b)，
在所述第一导电构件与所述第二导电构件之间施加电压。
3.根据权利要求1所述的水检测装置，其特征在于，
将所述导电构件的所述电极作为第一电极(E1)，将与所述电解质膜-电极结构体抵接的隔板(30、32、154、156)或者与所述隔板抵接的所述电解质膜-电极结构体的气体扩散层(42b、44b)作为第二电极(E2)，在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压。
4.根据权利要求1所述的水检测装置，其特征在于，
在与所述电解质膜-电极结构体抵接的隔板(30、32、154、156)与所述电解质膜-电极结构体之间形成所述反应气体流路，
所述水检测装置被夹持在所述电解质膜-电极结构体与所述隔板之间。
5.根据权利要求4所述的水检测装置，其特征在于，
所述支承构件中的所述开口部的两侧被夹持在流路形成用凸部(48a、58a)与所述电解质膜-电极结构体之间，所述流路形成用凸部(48a、58a)在所述隔板中朝向所述电解质膜-电极结构体突出并且沿着所述反应气体流路延伸。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的水检测装置，其特征在于，
具备相对于隔板进行定位的定位部(124)，所述隔板与所述电解质膜-电极结构体抵接。
7.根据权利要求6所述的水检测装置，其特征在于，
所述定位部与所述隔板的外周缘部抵接。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的水检测装置，其特征在于，
所述支承构件构成为沿着相对于所述反应气体流路的延伸方向而交叉的方向延伸的带状。
9.根据权利要求1至5中的任一项所述的水检测装置，其特征在于，
所述支承构件构成为带状，
在所述支承构件的两端部分别设置连接端子(106a、106b)。
10.根据权利要求1至5中的任一项所述的水检测装置，其特征在于，
所述电解质膜-电极结构体与所述支承构件，借助粘接剂(120)或者熔接相互接合。
11.根据权利要求1至5中的任一项所述的水检测装置，其特征在于，
所述支承构件被导电性膜覆盖。
12.一种发电单电池(12、12A)，其具备电解质膜-电极结构体(28a、152)，形成有沿着所述电解质膜-电极结构体流动反应气体的反应气体流路(48、58、146、150)，其中，
所述发电单电池(12、12A)具备检测所述反应气体流路的液态水的水检测装置(10A～10D)，
所述水检测装置具备：
导电构件(102)；以及
支承构件(104、130)，其具有绝缘性，覆盖并支承所述导电构件，并且设置有使所述导电构件的一部分作为电极而暴露的开口部(114)，
所述开口部配置在与所述反应气体流路相向的位置。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191231

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