JP2007207560A - 燃料電池及び燃料電池の水分量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能な燃料電池及び水分量計測装置を実現する。
【解決手段】 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おいて、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、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、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、第１及び第２の触媒層・拡散層上であって各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、第１及び第２の触媒層・拡散層、各ガス流路、電極群上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータとを設ける。
【選択図】 図１

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に関し、特に測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能な燃料電池及び水分量計測装置に関する。

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。

特開２００３−０５１３１８号公報 特開２００３−２９７４０１号公報 特開２００３−２９７４０８号公報 特開２００４−１４６２３６号公報 特開２００４−１４６２６７号公報 特開２００５−０７９０７６号公報 特開２００５−２２２８５４号公報

図７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７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。

図７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７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。

ここで、図７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（Ｈ_２Ｏ ）が生成される。

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。

また、図８及び図９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８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９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。

図８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。

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。

例えば、ガス流路７及びガス流路８は図９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。

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。

ここで、図８及び図９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９中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図９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。

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（Ｈ_２Ｏ ）が生成される。

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。

また、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（Ｈ_２Ｏ ）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、本願出願人の出願に係る「特願２００５−２８５３６８」には燃料電池内部の水分量を計測する（静電容量を計測する）電極を設けた燃料電池が記載されている。

図１０は本願出願人の出願に係る「特願２００５−２８５３６８」に記載された発明の具体例を示す断面図である。

図１０において１１は電解質膜、１２はアノード側の触媒層・拡散層、１３はカソード側の触媒層・拡散層、１４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、１５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、１６はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１７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。

また、１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４及び２５は表面を図１０中”ＩＬ２１”に示すような絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極である。

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がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層１２の上の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路１４が形成され、触媒層・拡散層１３の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路１５が形成される。

例えば、ガス流路１４及びガス流路１５は図９中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層１２及び触媒層・拡散層１３上を蛇行するように形成されている。

また、触媒層・拡散層１２上であって、ガス流路１４の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極２０及び２４がそれぞれ形成され、触媒層・拡散層１３上であって、ガス流路１５の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極２１及び２５がそれぞれ形成される。

そして、ガス流路１４、電極２０及び２４がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層１２、並びに、ガス流路１４、電極２０及び２４の上にはセパレータ１６が形成され、セパレータ１６内であってガス流路１４に接する面の一部に静電容量を計測するための電極１８及び２２がそれぞれ形成される。

同様に、ガス流路１５、電極２１及び２５がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層１３、並びに、ガス流路１５、電極２１及び２５の上にはセパレータ１７が形成され、セパレータ１７内であってガス流路１５に接する面の一部に静電容量を計測するための電極１９及び２３がそれぞれ形成される。

ここで、図１０に示す具体例の動作を説明する。ガス流路１４には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路１５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９中”ＩＮ１１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図９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。

アノード側の触媒層・拡散層１２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１３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（Ｈ_２Ｏ ）が生成される。

この時、アノード側の触媒層・拡散層１２及びカソード側の触媒層・拡散層１３（具体的には、セパレータ１６とセパレータ１７）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１２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。

このような燃料電池の動作状態において、図１０中”ＥＦ２１”に示すように通過する電気力線を用いて電極１８と電極２２との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極１８と電極２２との間のガス流路１４、触媒層・拡散層１２及び電解質膜１１の水分量を計測することができる。

同様に、図１０中”ＥＦ２２”に示すように通過する電気力線を用いて電極２０と電極２４との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２０と電極２４との間の触媒層・拡散層１２、電解質膜１１及び触媒層・拡散層１３の水分量を計測することができる。

この結果、計測手段（図示せず。）で、図１０中”ＥＦ２１”（或いは、図１０中”ＥＦ２２”）に示すように通過する電気力線を用いて電極１８と電極２２（或いは、電極２０と電極２４）との間の静電容量を計測することにより、当該電気力線が通過する部分（例えば、ガス流路、触媒層・拡散層及び電解質膜等）における水分量を計算すること可能になる。

しかし、図１０に示す具体例では、隣接する静電容量を計測するための電極間の距離が長く、電極面積が大きいため、電極間に発生する電気力線が生じる範囲が広くなり、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが困難であるといった問題点があった。

言い換えれば、隣接する静電容量を計測するための電極間の距離が長く、電極面積が大きいため、電極間に発生する電気力線が測定対象部分以外の部分にも通過してしまうとい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、測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能な燃料電池及び水分量計測装置を実現することにある。

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において、
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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路、前記電極群上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータとを備えたことにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

請求項２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において、
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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群とを備えたことにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

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の水分量計測装置において、
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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路、前記電極群上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記複数の電極により静電容量を計測し水分量を計算する計測手段とを備えたことにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

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の水分量計測装置において、
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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、前記複数の電極により静電容量を計測し水分量を計算する計測手段とを備えたことにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

請求項５記載の発明は、
請求項３若しくは請求項４記載の発明である水分量計測装置において、
前記計測手段が、
測定対象部分に効率的に電気力線を通過するように前記電極群を構成する各電極を適宜選択して静電容量を計測し水分量を計算することにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

請求項６記載の発明は、
請求項３若しくは請求項４記載の発明である水分量計測装置において、
前記計測手段が、
測定対象部分に複数の電気力線が通過するように前記電極群を構成する各電極を適宜選択して前記複数の電気力線に対応する静電容量を計測し水分量の面内分布を計算することにより、測定対象部分の水分量の面内分布を計算することが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４及び請求項５の発明によれば、表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群をガス流路の間若しくはガス流路に接する面の一部に形成し、測定対象部分にのみ効率的に電気力線を通過するように、電極群を構成する各電極を適宜選択することにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

また、請求項６の発明によれば、ガス流路等の測定対象部分に複数の電気力線が通過するように電極群を構成する各電極を適宜選択して、複数の電気力線に対応する静電容量分布の計測することにより、ガス流路等の測定対象部分の水分量の面内分布を計算することが可能になる。

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の一実施例を示す断面図であり、図１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である。

図１において、２６は電解質膜、２７はアノード側の触媒層・拡散層、２８はカソード側の触媒層・拡散層、２９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、３０はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路である。

また、３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３及び５４は表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群である。さらに、３１はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、３２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。

電解質膜２６の両面には触媒層・拡散層２７及び触媒層・拡散層２８がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層２７の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２９が形成され、触媒層・拡散層２８の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路３０が形成される。

例えば、ガス流路２９及びガス流路３０は図９中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層２７及び触媒層・拡散層２８上を蛇行するように形成されている。

また、触媒層・拡散層２７上であって、ガス流路２９の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群３３，３７，４１，４５，４９及び５３がそれぞれ形成され、触媒層・拡散層２８上であって、ガス流路３０の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群３４，３８，４２，４６，５０及び５４がそれぞれ形成される。

そして、ガス流路２９、電極群３３，３７，４１，４５，４９及び５３がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層２７、並びに、ガス流路２９、電極群３３，３７，４１，４５，４９及び５３の上にはセパレータ３１が形成され、セパレータ３１内であってガス流路２９に接する面の一部に静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群３５，３９，４３，４７及び５１がそれぞれ形成される。

同様に、ガス流路３０、電極群３４，３８，４２，４６，５０及び５４がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層２８、並びに、ガス流路３０、電極群３４，３８，４２，４６，５０及び５４の上にはセパレータ３２が形成され、セパレータ３２内であってガス流路３０に接する面の一部に静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群３６，４０，４４，４８及び５２がそれぞれ形成される。

ここで、図１に示す実施例の動作を図２及び図３を用いて説明する。図２は図１に示す実施例の電極群部分を拡大した断面図、図３は電極群を構成する一の電極の詳細な構造を説明する説明図である。

図２において、２６，２７，２８，２９，３０，３１及び３２は図１と同一符号を付してあり、５５，５６，５７，５８，５９及び６０はガス流路２９に接する面の一部に形成された電極群を構成する各電極、６１，６２，６３，６４，６５及び６６はガス流路２９の間に形成された電極群を構成する各電極である。

また、図３において、３１及び５５は図２と同一符号を付してあり、６７は電極５５をセパレータ３１から電気的に絶縁するための絶縁膜である。

ガス流路２９には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路３０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９中”ＩＮ１１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図９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。

アノード側の触媒層・拡散層２７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２８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（Ｈ_２Ｏ ）が生成される。

この時、アノード側の触媒層・拡散層２７及びカソード側の触媒層・拡散層２８（具体的には、セパレータ３１とセパレータ３２）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２７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。

このような燃料電池の動作状態において、図２中”ＥＦ３１”に示すように通過する電気力線を用いて電極５５と電極６０との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極５５と電極６０との間のガス流路２９、触媒層・拡散層２７及び電解質膜２６の水分量を計測することができる。

同様に、図２中”ＥＦ３２”に示すように通過する電気力線を用いて電極５６と電極５９との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極５６と電極５９との間のガス流路２９及び触媒層・拡散層２７の水分量を計測することができる。

さらに、図２中”ＥＦ３３”に示すように通過する電気力線を用いて電極５７と電極５８との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極５７と電極５８との間のガス流路２９の水分量を計測することができる。

すなわち、電極群を構成する各電極を適宜選択、言い換えれば、測定対象部分にのみ効率的に電気力線を通過させることにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

この結果、表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群をガス流路の間及びガス流路に接する面の一部に形成し、測定対象部分にのみ効率的に電気力線を通過するように、電極群を構成する各電極を適宜選択することにより、必要とする測定対象部分の静電容量を感度良く計測することが可能になる。

なお、図１に示す実施例では、表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群をガス流路の間及びガス流路に接する面の一部に形成しているが、ガス流路の間、若しくは、ガス流路に接する面の一部の何れか一方に当該電極群を形成するものであっても構わない。

また、図２等においては、６つの電極（例えば、電極５５〜電極６０等）で構成された電極群を例示しているが、勿論、この数に限定される訳ではなく、電極群を構成する電極の個数は２個以上の任意の個数であって構わない。

また、図１に示す実施例では、電極群を構成する各電極を適宜選択してガス流路、触媒層・拡散層及び電解質膜等の水分量を計測しているが、電極群を構成する各電極の選択を組み合わせることにより、ガス流路等の測定対象部分の水分量の面内分布を計測することも可能である。

すなわち、ガス流路等の測定対象部分に複数の電気力線が通過するように電極群を構成する各電極を適宜選択して、複数の電気力線に対応する静電容量分布の計測することにより、ガス流路等の測定対象部分の水分量の面内分布を計算することが可能になる。

図４、図５及び図６は電極群を構成する各電極と電気力線との関係を説明する説明図であり、図４、図５及び図６において、２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５及び６６は図２と同一符号を付してある。

ここで、図４〜図６を用いてガス流路等の水分量の面内分布を計測する動作を説明する。但し、燃料電池の基本的な動作に関しては図１に示す実施例と同様であるのでその説明は省略する。

図４中”ＥＦ５１”、”ＥＦ５２”、”ＥＦ５３”、”ＥＦ５４”及び”ＥＦ５５”にそれぞれ示すように通過する電気力線を用いて、電極５５と電極５６との間、電極５６と電極５７との間、電極５７と電極５８との間、電極５８と電極５９との間及び電極５９と電極６０との間のそれぞれの静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、ガス流路２９内の静電容量の分布、言い換えれば、ガス流路２９内の水分量の面内分布を計測することができる。

続いて、図５中”ＥＦ７１”に示すように通過する電気力線を用いて、電極５５と電極５８との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、ガス流路２９及び触媒層・拡散層２７の水分量を計測することができる。

この時、計測される静電容量は、ガス流路２９の容量、触媒層・拡散層２７の容量とガス流路２９の容量という３つの容量の直列接続とみなすことができるので、先に計測したガス流路２９の静電容量分布を用いて触媒層・拡散層２７の静電容量値を算出することができる。

同様にして、図５中”ＥＦ７２”及び”ＥＦ７３”にそれぞれ示すように通過する電気力線を用いて、電極５６と電極５９との間及び電極５７と電極６０との間のそれぞれの静電容量を計測手段（図示せず。）で計測し、先に計測したガス流路２９の静電容量分布を用いてそれぞれの触媒層・拡散層２７の静電容量値を算出することにより、触媒層・拡散層２７内の静電容量の分布、言い換えれば、触媒層・拡散層２７内の水分量の面内分布を計測することができる。

また、図６中”ＥＦ９１”に示すように通過する電気力線を用いて、電極５５と電極６０との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、ガス流路２９、触媒層・拡散層２７及び電解質膜２６の水分量を計測することができる。

そして、この時、計測される静電容量は、ガス流路２９の容量、触媒層・拡散層２７の容量、電解質膜２６の容量、触媒層・拡散層２７の容量とガス流路２９の容量という５つの容量の直列接続とみなすことができるので、先に計測したガス流路２９の静電容量分布及び触媒層・拡散層２７の静電容量分布を用いて電解質膜２６の静電容量値を算出することができる。

この場合には、１本の電気力線しか選択できないので、電解質膜２６内の静電容量の分布、言い換えれば、電解質膜２６内の水分量の面内分布を計測することはできない。

但し、ガス流路２９間に形成された電極群を構成する電極６１，６２，６３，６４，６５及び６６を用いることにより、電解質膜２６内の水分量の面内分布を計測することができる。

すなわち、図４中”ＥＦ６１”、”ＥＦ６２”、”ＥＦ６３”、”ＥＦ６４”及び”ＥＦ６５”にそれぞれ示すように通過する電気力線を用いて、電極６１と電極６２との間、電極６２と電極６３との間、電極６３と電極６４との間、電極６４と電極６５との間及び電極６５と電極６６との間のそれぞれの静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、触媒層・拡散層２７内の静電容量の分布、言い換えれば、触媒層・拡散層２７内の水分量の面内分布を計測することができる。

続いて、図５中”ＥＦ８１”に示すように通過する電気力線を用いて、電極６１と電極６４との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、触媒層・拡散層２７及び電解質膜２６の水分量を計測することができる。

この時、計測される静電容量は、触媒層・拡散層２７の容量、電解質膜２６の容量と触媒層・拡散層２７の容量という３つの容量の直列接続とみなすことができるので、先に計測した触媒層・拡散層２７の静電容量分布を用いて電解質膜２６の静電容量値を算出することができる。

同様にして、図５中”ＥＦ８２”及び”ＥＦ８３”にそれぞれ示すように通過する電気力線を用いて、電極６２と電極６５との間及び電極６３と電極６６との間のそれぞれの静電容量を計測手段（図示せず。）で計測し、先に計測した触媒層・拡散層２７の静電容量分布を用いてそれぞれの電解質膜２６の静電容量値を算出することにより、電解質膜２６内の静電容量の分布、言い換えれば、電解質膜２６内の水分量の面内分布を計測することができる。

さらに、ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極と、ガス流路に接する面の一部に形成され表面を絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための複数の電極とを相互に組み合わせて選択することにより、より細かい静電容量の分布（水分量の面内分布）を計測することが可能になる。

本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。 実施例の電極群部分を拡大した断面図である。 電極群を構成する一の電極の詳細な構造を説明する説明図である。 電極群を構成する各電極と電気力線との関係を説明する説明図である。 電極群を構成する各電極と電気力線との関係を説明する説明図である。 電極群を構成する各電極と電気力線との関係を説明する説明図である。 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。 従来の燃料電池の一例を示す断面図である。 従来の燃料電池の一例を示す断面図である。 具体例を示す断面図である。

符号の説明

１，４，１１，２６ 電解質膜
２，３，５，６，１２，１３，２７，２８ 触媒層・拡散層
７，８，１４，１５，２９，３０ ガス流路
９，１０，１６，１７，３１，３２ セパレータ
１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５ 電極
３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４ 電極群
５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６ 電極
６７ 絶縁膜

Claims (6)

1. 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おいて、
   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、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路、前記電極群上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと
   を備えたことを特徴とする燃料電池。
2. 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おいて、
   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、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
   前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と
   を備えたことを特徴とする燃料電池。
3. 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の水分量計測装置において、
   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、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路、前記電極群上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
   前記複数の電極により静電容量を計測し水分量を計算する計測手段と
   を備えたことを特徴とする水分量計測装置。
4. 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の水分量計測装置において、
   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、
   前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
   前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測するための複数の電極で構成された電極群と、
   前記複数の電極により静電容量を計測し水分量を計算する計測手段と
   を備えたことを特徴とする水分量計測装置。
5. 前記計測手段が、
   測定対象部分に効率的に電気力線を通過するように前記電極群を構成する各電極を適宜選択して静電容量を計測し水分量を計算することを特徴とする
   請求項３若しくは請求項４記載の水分量計測装置。
6. 前記計測手段が、
   測定対象部分に複数の電気力線が通過するように前記電極群を構成する各電極を適宜選択して前記複数の電気力線に対応する静電容量を計測し水分量の面内分布を計算することを特徴とする
   請求項３若しくは請求項４記載の水分量計測装置。
   

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