JP2008027807A - Fuel cell and moisture content measuring device of fuel cell - Google Patents

Fuel cell and moisture content measuring device of fuel cell Download PDF

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伸浩 友定
Daisuke Yamazaki
大輔 山崎
Atsushi Kimura
篤史 木村
Yukihiro Shintani
幸弘 新谷
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and a moisture content measuring device capable of measuring the moisture content of the fuel cell in condensation generation in a gas flow passage and even in a discharge process of generated water to the outside of the fuel cell. <P>SOLUTION: In the fuel cell to carry out power generation by chemically reacting hydrogen and oxygen, an electrolyte membrane, first and second catalyst layers/diffusion layers formed on both faces of the electrolyte membrane, a gas flow passage of the fuel gas formed in the first catalyst layer/diffusion layer, the gas flow passage of an oxidation gas formed in the second catalyst layer/diffusion layer, an insulating member respectively formed on faces which are inner walls of the respective gas flow passages and which do not contact with the first or the second catalyst layer/diffusion layer, a plurality of electrodes which are formed in the insulating member and which measures an electrostatic capacity, and first and second separators are installed which are respectively formed on the first and the second catalyst layers/diffusion layers, and the respective gas flow passages. <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に関し、特にガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能な燃料電池及び水分量測定装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen, and in particular, measures the moisture content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell and a water content measuring apparatus that can perform the above operation.

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２００４−１４６２６７号公報JP 2004-146267 A 特開２００４−２４１２３６号公報JP 2004-241236 A 特表２００５−５２６３６５号公報JP 2005-526365 A

図６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６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. 6 is a block diagram showing an example of a conventional fuel cell system. In FIG. 6, 1 is an electrolyte membrane, 2 and 3 are catalyst layers / 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６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６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。   As shown by “FG01” in FIG. 6, a fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the catalyst layer / diffusion layer 2, and as shown by “OG01” in FIG. 6, an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied. It is supplied to the catalyst layer / diffusion layer 3.

ここで、図６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（Ｈ２Ｏ ）が生成される。 Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 6 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.

但し、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− ）と反応して生成される水（Ｈ２Ｏ ）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、当該水分量を測定することが重要になる。 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 1 with electrons (e − ) greatly affects the characteristics of the fuel cell. It is important to measure the amount of water.

図７及び図８は従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。図７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８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。   7 and 8 are cross-sectional views showing an example of a fuel cell capable of measuring a conventional water content as a capacitance. FIG. 7 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the electrolyte membrane of the fuel cell, and FIG. 8 is a cross-sectional view in a plane parallel to the gas flow path in the fuel cell.

図７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。   7, 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.

また、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９及び２０は各ガス流路内であってセパレータ９、若しくは、セパレータ１０に接する面に図７中”ＩＬ１１”に示すような絶縁膜が形成され静電容量を測定するための電極である。   Further, reference numerals 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, and 20 are shown in “IL11” in FIG. 7 on the surface in contact with the separator 9 or the separator 10 in each gas flow path. This is an electrode for measuring the electrostatic capacitance on which a simple insulating film is formed.

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８中”ＧＴ２１”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 channel 7 and the gas channel 8 are formed so as to meander over the catalyst layer / diffusion layer 5 and the catalyst layer / diffusion layer 6 as indicated by “GT21” in FIG.

また、ガス流路７内であってセパレータ９に接する面の一部に静電容量を測定するための電極１１，１３，１５，１７及び１９がそれぞれ形成され、ガス流路８内であってセパレータ１０に接する面の一部に静電容量を測定するための電極１２，１４，１６，１８及び２０がそれぞれ形成される。   Electrodes 11, 13, 15, 17, and 19 for measuring electrostatic capacitance are formed on a part of the surface in the gas flow path 7 and in contact with the separator 9, respectively. Electrodes 12, 14, 16, 18, and 20 for measuring capacitance are formed on a part of the surface in contact with the separator 10.

但し、各電極１１〜２０は、セパレータ９、若しくは、セパレータ１０に接する面に図７中”ＩＬ１１”に示すような絶縁膜が形成されている。   However, each of the electrodes 11 to 20 is formed with an insulating film as indicated by “IL11” in FIG. 7 on the surface in contact with the separator 9 or the separator 10.

例えば、電極１１，１３，１５，１７及び１９は図８中”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”、”ＥＤ２４”及び”ＥＤ２５”に示すように図８中”ＧＴ２１”に示すガス流路内に直線状に形成されている。   For example, the electrodes 11, 13, 15, 17 and 19 are gas passages indicated by “GT21” in FIG. 8 as indicated by “ED21”, “ED22”, “ED23”, “ED24” and “ED25” in FIG. It is formed in a straight line inside.

同様に、例えば、電極１２，１４，１６，１８及び２０は図８中”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”、”ＥＤ２４”及び”ＥＤ２５”に示すように図８中”ＧＴ２１”に示すガス流路内に直線状に形成されている。   Similarly, for example, the electrodes 12, 14, 16, 18 and 20 are indicated by “GT21” in FIG. 8 as indicated by “ED21”, “ED22”, “ED23”, “ED24” and “ED25” in FIG. It is formed linearly in the gas flow path.

そして、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。   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７及び図８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８中”ＩＮ２１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図８中”ＯＴ２１”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. 7 and 8 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, fuel gas or oxidizing gas is supplied from the supply port indicated by “IN21” in FIG. 8, and unreacted gas is released from the exhaust port indicated by “OT21” 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（Ｈ２Ｏ ）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 The electrons (e − ) generated in the diffusion layer 5 can be taken out, in other words, a direct current can be taken out.

このような燃料電池の動作状態において、アノード側の任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、アノード側の任意の電極間のガス流路７の水分量を測定することができる。   In such an operating state of the fuel cell, the capacitance between any electrodes on the anode side is measured by a capacitance measuring means (not shown), whereby a gas flow path between any electrodes on the anode side. 7 can be measured.

同様に、カソード側の任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、カソード側の任意の電極間のガス流路８の水分量を測定することができる。   Similarly, the amount of water in the gas flow path 8 between the arbitrary electrodes on the cathode side is measured by measuring the capacitance between the arbitrary electrodes on the cathode side by a capacitance measuring means (not shown). be able to.

また、互いに対向する任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、互いに対向する任意の電極間のガス流路７、電解質膜４及びガス流路８の水分量を測定することができる。   Further, the capacitance between any electrodes facing each other is measured by a capacitance measuring means (not shown), so that the gas flow path 7, the electrolyte membrane 4 and the gas flow between any electrodes facing each other are measured. The amount of water in the path 8 can be measured.

この結果、燃料ガス及び酸化ガスを供給するガス流路内に静電容量測定用の電極を設けると共に、静電容量測定手段（図示せず。）で、各ガス流路等の静電容量を測定することにより、ガス流路等の水分量を静電容量として測定することが可能になる。   As a result, an electrode for capacitance measurement is provided in the gas flow path for supplying the fuel gas and the oxidizing gas, and the capacitance of each gas flow path is set by a capacitance measuring means (not shown). By measuring, it becomes possible to measure the amount of water in the gas flow path or the like as a capacitance.

図９及び図１０は従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。図９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１０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。   9 and 10 are cross-sectional views showing another example of a conventional fuel cell capable of measuring the water content as a capacitance. 9 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the electrolyte membrane of the fuel cell, and FIG. 10 is a cross-sectional view in a plane parallel to the gas flow path in the fuel cell.

図９において、４，５，６，７及び８は図７と同一符号を付してあり、２１はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、２２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。   9, 4, 5, 6, 7 and 8 are given the same reference numerals as in FIG. 7, 21 is a conductive separator formed on the anode side, and 22 is a conductive separator formed on the cathode side. It is a separator which has.

また、２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１及び３２はセパレータ２１、若しくは、セパレータ２２内であって各ガス流路に接するように形成され静電容量を測定するための電極である。但し、電極２３〜３２のセパレータ２１、若しくは、セパレータ２２に接する面には図９中”ＩＬ３１”に示すような絶縁膜が形成されている。   Further, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, and 32 are formed in the separator 21 or the separator 22 so as to be in contact with the respective gas flow paths, in order to measure capacitance. Electrode. However, an insulating film as shown by “IL31” in FIG. 9 is formed on the surface of the electrodes 23 to 32 in contact with the separator 21 or the separator 22.

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１０中”ＧＴ４１”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 to meander over the catalyst layer / diffusion layer 5 and the catalyst layer / diffusion layer 6 as indicated by “GT41” in FIG.

また、セパレータ２１内であってガス流路７に接する面の一部に静電容量を測定するための電極２３，２５，２７，２９及び３１がそれぞれ形成され、セパレータ２２内であってガス流路８に接する面の一部に静電容量を測定するための電極２４，２６，２８，３０及び３２がそれぞれ形成される。   Electrodes 23, 25, 27, 29 and 31 for measuring capacitance are respectively formed on part of the surface in the separator 21 and in contact with the gas flow path 7. Electrodes 24, 26, 28, 30 and 32 for measuring capacitance are formed on a part of the surface in contact with the path 8, respectively.

但し、各電極２３〜３２は、セパレータ２１、若しくは、セパレータ２２に接する面に図９中”ＩＬ３１”に示すような絶縁膜が形成されている。   However, each of the electrodes 23 to 32 is formed with an insulating film as indicated by “IL 31” in FIG. 9 on the surface in contact with the separator 21 or the separator 22.

例えば、電極２３，２５，２７，２９及び３１は図１０中”ＥＤ４１”、”ＥＤ４２”、”ＥＤ４３”、”ＥＤ４４”及び”ＥＤ４５”に示すように図１０中”ＧＴ４１”に示すガス流路に接するように直線状に形成されている。   For example, the electrodes 23, 25, 27, 29, and 31 are gas passages indicated by “GT41” in FIG. 10 as indicated by “ED41”, “ED42”, “ED43”, “ED44”, and “ED45” in FIG. It is formed in a straight line so as to be in contact with.

同様に、例えば、電極２４，２６，２８，３０及び３２は図１０中”ＥＤ４１”、”ＥＤ４２”、”ＥＤ４３”、”ＥＤ４４”及び”ＥＤ４５”に示すように図１０中”ＧＴ４１”に示すガス流路に接するように直線状に形成されている。   Similarly, for example, the electrodes 24, 26, 28, 30 and 32 are indicated by “GT41” in FIG. 10 as indicated by “ED41”, “ED42”, “ED43”, “ED44” and “ED45” in FIG. It is formed in a straight line so as to be in contact with the gas flow path.

そして、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、電極２３，２５，２７，２９及び電極３１の上にはセパレータ２１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、電極２４，２６，２８，３０及び電極３２の上にはセパレータ２２が形成される。   The separator 21 is formed on the catalyst layer / diffusion layer 5 and the gas flow path 7, the electrodes 23, 25, 27, 29, and the electrode 31 where the gas flow path 7 is not formed, and the gas flow path 8 is formed. A separator 22 is formed on the catalyst layer / diffusion layer 6 and the gas flow path 8, the electrodes 24, 26, 28, 30 and the electrode 32 which are not formed.

ここで、図９及び図１０に示す実施例の動作を説明する。但し、基本的な動作は図７及び図８に示す実施例と同様であるのでその説明を省略する。   Here, the operation of the embodiment shown in FIGS. 9 and 10 will be described. However, the basic operation is the same as that of the embodiment shown in FIGS.

図９に示す実施例では、静電容量を測定する電極２３〜３２をガス流路内ではなく、セパレータ２１、若しくは、セパレータ２２内であって各ガス流路に接するように形成しているので、図６及び図８に示す従来例と比較して各電極の形成が容易になる。   In the embodiment shown in FIG. 9, the electrodes 23 to 32 for measuring the capacitance are formed not in the gas flow path but in the separator 21 or the separator 22 so as to be in contact with each gas flow path. As compared with the conventional example shown in FIGS. 6 and 8, the formation of each electrode is facilitated.

この結果、静電容量を測定する電極をセパレータ内であって各ガス流路に接するように形成することにより、各電極の形成が容易になる。   As a result, the electrodes for measuring the capacitance are formed in the separator so as to be in contact with the respective gas flow paths, thereby facilitating the formation of each electrode.

しかし、図７及び図８、或いは、図９及び図１０に示す従来例では、供給するガスの過飽和によるガス流路内の結露によって発生する水や、カソード側の触媒層で生成した水が拡散層を経てガス流路内に排出され、ガスの流れに伴って燃料電池外部に排出される過程において、水が電極（絶縁膜が形成されていない部分）とセパレータが接するガス流路の壁面との間に存在する場合、電極とセパレータとの間で導通が生じてしまい静電容量の測定に影響が出てしまう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、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能な燃料電池及び水分量測定装置を実現することにある。 However, in the conventional examples shown in FIG. 7 and FIG. 8, or FIG. 9 and FIG. 10, water generated by dew condensation in the gas flow path due to supersaturation of the supplied gas or water generated in the catalyst layer on the cathode side diffuses. In the process of being discharged into the gas flow path through the layers and discharged to the outside of the fuel cell along with the flow of gas, the wall of the gas flow path where water is in contact with the electrode (part where the insulating film is not formed) and the separator If it exists between the electrodes, there is a problem that conduction occurs between the electrode and the separator, which affects the measurement of capacitance.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell and a water content measuring device capable of measuring the water content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. Is to realize.

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、この第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、前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、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のセパレータとを備えたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の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 that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
An electrolyte membrane; first and second catalyst layers / diffusion layers formed on both sides of the electrolyte membrane; a gas flow path for fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer; The gas flow path of the oxidizing gas formed in the catalyst layer / diffusion layer and the insulation formed on the inner wall of each gas flow path and not in contact with the first or second catalyst layer / diffusion layer A member, a plurality of electrodes formed in the insulating member for measuring capacitance, the first and second catalyst layers / diffusion layers, and the first and second electrodes formed on the gas flow paths, respectively. By providing the two separators, it becomes possible to measure the water content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell.

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において、
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。 The invention according to claim 2
The fuel cell according to claim 1, wherein
The plurality of electrodes are
By being formed linearly along each gas flow path, it becomes possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. .

請求項３記載の発明は、
請求項２記載の発明である燃料電池において、
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。 The invention described in claim 3
In the fuel cell according to claim 2,
The linear electrode is
By being divided into a plurality of electrodes along each gas flow path, it is possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. Become. In addition, it is possible to measure the distribution and change in the amount of moisture in the gas flow direction.

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測定装置において、
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、この第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、前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、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、前記複数の電極を選択して静電容量を測定する静電容量測定手段とを備えたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。 The invention according to claim 4
In a fuel cell moisture content measurement device that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
An electrolyte membrane; first and second catalyst layers / diffusion layers formed on both sides of the electrolyte membrane; a gas flow path for fuel gas formed in the first catalyst layer / diffusion layer; The gas flow path of the oxidizing gas formed in the catalyst layer / diffusion layer and the insulation formed on the inner wall of each gas flow path and not in contact with the first or second catalyst layer / diffusion layer A member, a plurality of electrodes formed in the insulating member for measuring capacitance, the first and second catalyst layers / diffusion layers, and the first and second electrodes formed on the gas flow paths, respectively. 2 and a capacitance measuring means for measuring the capacitance by selecting the plurality of electrodes, in the process of generating condensation in the gas flow path and discharging generated water to the outside of the fuel cell. Also, it becomes possible to measure the moisture content of the fuel cell.

請求項５記載の発明は、
請求項４記載の発明である水分量測定装置において、
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の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 according to claim 4,
The plurality of electrodes are
By being formed linearly along each gas flow path, it becomes possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. .

請求項６記載の発明は、
請求項５記載の発明である水分量測定装置において、
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。 The invention described in claim 6
In the moisture content measuring device according to claim 5,
The linear electrode is
By being divided into a plurality of electrodes along each gas flow path, it is possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the process of dew condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell. Become. In addition, it is possible to measure the distribution and change in the amount of moisture in the gas flow direction.

請求項７記載の発明は、
請求項６記載の発明である水分量測定装置において、
前記静電容量測定手段が、
前記各ガス流路に沿って前記分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。さらに、ガスの流れる方向の水の移動の状況を把握することができる。 The invention described in claim 7
In the water content measuring apparatus according to claim 6,
The capacitance measuring means is
By scanning the plurality of divided electrodes along each gas flow path and measuring the capacitance, the fuel cell can be used even in the process of generating condensation in the gas flow path or discharging generated water to the outside of the fuel cell. It becomes possible to measure the amount of water. In addition, it is possible to measure the distribution and change in the amount of moisture in the gas flow direction. Furthermore, it is possible to grasp the state of water movement in the gas flowing direction.

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６及び請求項７の発明によれば、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面に絶縁部材をそれぞれ形成し、絶縁部材内に静電容量を測定するための電極をそれぞれ形成することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の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 inventions of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, the insulating members are respectively formed on the inner walls of the gas flow path and not in contact with the catalyst layer / diffusion layer. By forming the electrodes for measuring the capacitance inside, it is possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the process of condensation in the gas flow path and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell Become.

また、電極が設けられたガス流路内で多量の水により流路閉塞が発生して、電極と触媒層・拡散層とが導通してしまった場合には、静電容量測定手段では静電容量が導通して抵抗成分として測定されることになるので、フラッディングによる流路閉塞の有無を判断することが可能になる。   In addition, if the channel is blocked by a large amount of water in the gas channel provided with the electrode, and the electrode and the catalyst layer / diffusion layer become conductive, the capacitance measuring means will Since the capacitance is conducted and measured as a resistance component, it is possible to determine the presence or absence of a channel blockage due to flooding.

また、触媒層・拡散層の直流抵抗値は、触媒層・拡散層の濡れ具合（水分の含有量）によって変化するので、触媒層・拡散層の直流抵抗値の変化量を触媒層・拡散層内のフラッディングによる影響として測定することができる。   In addition, since the DC resistance value of the catalyst layer / diffusion layer varies depending on the wetness (moisture content) of the catalyst layer / diffusion layer, the amount of change in the DC resistance value of the catalyst layer / diffusion layer is determined by the catalyst layer / diffusion layer. It can be measured as the effect of flooding.

また、請求項３及び請求項６の発明によれば、直線状の電極を各ガス流路に沿って複数の電極に分割することにより、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。   According to the invention of claim 3 and claim 6, by dividing the linear electrode into a plurality of electrodes along each gas flow path, the distribution and change of the moisture content in the gas flow direction are measured. be able to.

また、請求項７の発明によれば、静電容量測定手段が各ガス流路に沿って分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向の水の移動の状況を把握することができる。   According to the invention of claim 7, the capacitance measuring means scans a plurality of electrodes divided along each gas flow path to measure the capacitance, whereby water in the gas flowing direction is measured. The situation of movement can be grasped.

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。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、図２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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are sectional views showing an embodiment of a fuel cell according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the electrolyte membrane of the fuel cell, and FIG. 2 is a cross-sectional view in a plane parallel to the gas flow path in the fuel cell.

図１において、３３は電解質膜、３４はアノード側の触媒層・拡散層、３５はカソード側の触媒層・拡散層、３６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、３７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、３８，４０，４２，４４及び４６はガス流路３６の内壁に形成された絶縁部材、３９，４１，４３，４５及び４７はガス流路３７の内壁に形成された絶縁部材、４８，５０，５２，５４及び５６は絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６内に形成され静電容量を測定するための電極、４９，５１，５３，５５及び５７は絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７内に形成され静電容量を測定するための電極、５８はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、５９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。   In FIG. 1, 33 is an electrolyte membrane, 34 is a catalyst layer / diffusion layer on the anode side, 35 is a catalyst layer / diffusion layer on the cathode side, and 36 is a gas flow of fuel gas (for example, hydrogen) formed on the anode side. , 37 is a gas flow path of oxidizing gas (oxygen, air, etc.) formed on the cathode side, 38, 40, 42, 44 and 46 are insulating members formed on the inner wall of the gas flow path 36, 39, 41, 43, 45 and 47 are insulating members formed on the inner wall of the gas flow path 37, and 48, 50, 52, 54 and 56 are formed in the insulating members 38, 40, 42, 44 and the insulating member 46 to increase the capacitance. Electrodes for measurement, 49, 51, 53, 55 and 57 are formed in the insulating members 39, 41, 43, 45 and the insulating member 47, and are electrodes for measuring the capacitance. 58 is formed on the anode side. Separator having high conductivity, 9 is a separator having a conductivity formed on the cathode side.

電解質膜３３の両面には触媒層・拡散層３４及び触媒層・拡散層３５がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層３４の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路３６が形成され、触媒層・拡散層３５の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路３７が形成される。   A catalyst layer / diffusion layer 34 and a catalyst layer / diffusion layer 35 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 33, respectively. Further, a gas flow path 36 of a fuel gas (for example, hydrogen) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 34, and an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is formed on the catalyst layer / diffusion layer 35. A gas flow path 37 is formed.

例えば、ガス流路３６及びガス流路３７は図２中”ＧＴ５１”に示すように触媒層・拡散層３４及び触媒層・拡散層３５上を蛇行するように形成されている。   For example, the gas flow path 36 and the gas flow path 37 are formed so as to meander over the catalyst layer / diffusion layer 34 and the catalyst layer / diffusion layer 35 as indicated by “GT 51” in FIG. 2.

また、ガス流路３６の内壁であって触媒層・拡散層３４に接しない面には絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６がそれぞれ形成され、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６内には静電容量を測定するための電極４８，５０，５２，５４及び電極５６がそれぞれ形成される。   Insulating members 38, 40, 42, 44 and an insulating member 46 are respectively formed on the inner wall of the gas flow path 36 and not in contact with the catalyst layer / diffusion layer 34, and the insulating members 38, 40, 42, 44 are formed. In the insulating member 46, electrodes 48, 50, 52, 54 and an electrode 56 for measuring the capacitance are formed.

例えば、電極４８，５０，５２，５４及び電極５６は図２中”ＥＤ５１”、”ＥＤ５２”、”ＥＤ５３”、”ＥＤ５４”及び”ＥＤ５５”に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。   For example, the electrodes 48, 50, 52, 54 and the electrode 56 are gas flows indicated by “GT51” in FIG. 2 as indicated by “ED51”, “ED52”, “ED53”, “ED54” and “ED55” in FIG. It is formed linearly along the road.

同様に、ガス流路３７の内壁であって触媒層・拡散層３５に接しない面には絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７がそれぞれ形成され、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７内には静電容量を測定するための電極４９，５１，５３，５５及び電極５７がそれぞれ形成される。   Similarly, insulating members 39, 41, 43, 45 and an insulating member 47 are formed on the inner wall of the gas flow path 37 and not in contact with the catalyst layer / diffusion layer 35, respectively. 45 and the insulating member 47 are formed with electrodes 49, 51, 53, 55 and an electrode 57 for measuring capacitance.

例えば、電極４９，５１，５３，５５及び電極５７は図２中”ＥＤ５１”、”ＥＤ５２”、”ＥＤ５３”、”ＥＤ５４”及び”ＥＤ５５”に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。   For example, the electrodes 49, 51, 53, 55 and the electrode 57 are gas flows indicated by “GT51” in FIG. 2 as indicated by “ED51”, “ED52”, “ED53”, “ED54” and “ED55” in FIG. It is formed linearly along the road.

そして、ガス流路３６（実質的には、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６）が形成されていない触媒層・拡散層３４、並びに、ガス流路３６（実質的には、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６）の上にはセパレータ５８が形成される。   The catalyst layer / diffusion layer 34 in which the gas flow path 36 (substantially the insulating members 38, 40, 42, 44 and the insulating member 46) is not formed, and the gas flow path 36 (substantially, A separator 58 is formed on the insulating members 38, 40, 42, 44 and the insulating member 46).

また、ガス流路３７（実質的には、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７）が形成されていない触媒層・拡散層３５、並びに、ガス流路３７（実質的には、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７）の上にはセパレータ５９が形成される。   Further, the catalyst layer / diffusion layer 35 in which the gas flow path 37 (substantially the insulating members 39, 41, 43, 45 and the insulating member 47) are not formed, and the gas flow path 37 (substantially, A separator 59 is formed on the insulating members 39, 41, 43, 45 and the insulating member 47).

ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を図３及び図４を用いて説明する。図３は静電容量の測定方法を説明する説明図、図４は電極から見た等価回路を示す回路図である。また、図７等に示す従来例と同一の燃料電池の動作に関しては説明を省略する。   Here, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a capacitance measuring method, and FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit viewed from an electrode. The description of the operation of the same fuel cell as that of the conventional example shown in FIG.

図３において３５，３７，３９，４１，４９，５１，５８及び５９は図１と同一符号を付してあり、６０は負荷電流を取り出すための外部負荷、６１は電極４８〜５７を適宜選択して静電容量を測定する静電容量測定手段である。   In FIG. 3, 35, 37, 39, 41, 49, 51, 58 and 59 are assigned the same reference numerals as in FIG. 1, 60 is an external load for taking out load current, and 61 is appropriately selected from electrodes 48 to 57. And a capacitance measuring means for measuring the capacitance.

外部負荷６０はセパレータ５８とセパレータ５９との間に接続され、静電容量測定手段６１の入力端子は、例えば、電極４９と電極５１に接続される。   The external load 60 is connected between the separator 58 and the separator 59, and the input terminal of the capacitance measuring means 61 is connected to the electrode 49 and the electrode 51, for example.

図３に示すような接続関係において、静電容量測定手段６１の入力端子から見た等価回路は図４に示すような回路図になる。   In the connection relationship as shown in FIG. 3, the equivalent circuit viewed from the input terminal of the capacitance measuring means 61 is a circuit diagram as shown in FIG.

図４中”ＥＤ６１”及び”ＥＤ６２”は電極４９及び電極５１に相当し、図４中”ＣＰ６１”に示す静電容量は電極４９が設けられたガス流路３７の静電容量を表し、図４中”ＣＰ６２”に示す静電容量は電極５１が設けられたガス流路３７の静電容量を表す。   “ED61” and “ED62” in FIG. 4 correspond to the electrode 49 and the electrode 51, and the capacitance indicated by “CP61” in FIG. 4 represents the capacitance of the gas flow path 37 in which the electrode 49 is provided. 4 represents the capacitance of the gas flow path 37 in which the electrode 51 is provided.

また、図４中”ＲＳ６１”に示す抵抗は電極４９が設けられたガス流路３７から電極５１が設けられたガス流路３７までの触媒層・拡散層３５の抵抗を表している。   Further, the resistance indicated by “RS61” in FIG. 4 represents the resistance of the catalyst layer / diffusion layer 35 from the gas flow path 37 provided with the electrode 49 to the gas flow path 37 provided with the electrode 51.

ガス流路内の水分の状態が変化すると図４中”ＣＰ６１”及び”ＣＰ６２”に示す静電容量の値が変化するので、その静電容量値の変化量を静電容量測定手段６１で測定することにより、燃料電池内のガス流路の水分量の測定が可能になる。   When the state of moisture in the gas flow path changes, the capacitance values indicated by “CP61” and “CP62” in FIG. 4 change, and the capacitance measurement means 61 measures the change in the capacitance value. By doing so, it becomes possible to measure the amount of water in the gas flow path in the fuel cell.

また、図７等に示す従来例とは異なり、供給するガスの過飽和によるガス流路内の結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程において、ガス流路内に生成された水が電極とセパレータが接するガス流路の壁面との間に存在する場合であっても、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面には絶縁部材がそれぞれ形成されているので、電極とセパレータとの間で導通が生じることはなく静電容量の測定に影響が出ることを防止できる。   Further, unlike the conventional example shown in FIG. 7 and the like, in the process of dew condensation in the gas flow path due to supersaturation of the supplied gas and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell, the water generated in the gas flow path is the electrode. Since the insulating member is formed on the inner wall of the gas flow path and not in contact with the catalyst layer / diffusion layer, even if it exists between the gas flow path and the wall of the gas flow path where the separator contacts, There is no conduction between the electrode and the separator, and it is possible to prevent the measurement of capacitance from being affected.

この結果、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面に絶縁部材をそれぞれ形成し、絶縁部材内に静電容量を測定するための電極をそれぞれ形成することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。   As a result, an insulating member is formed on the inner wall of the gas flow path and does not contact the catalyst layer / diffusion layer, and an electrode for measuring capacitance is formed in the insulating member. It is possible to measure the moisture content of the fuel cell even in the course of condensation in the road and the discharge of generated water to the outside of the fuel cell.

また、例えば、電極４９が設けられたガス流路３７内で、カソード側の触媒層で生成した水が拡散層を経てガス流路内に排出され、ガスの流れに伴って燃料電池外部に排出される過程において、多量の水により流露の閉塞が発生して、電極４９と触媒層・拡散層３５とが導通してしまった場合には、静電容量測定手段６１では図４中”ＣＰ６１”に示す静電容量が導通して抵抗成分として測定されることになるので、フラッディングの有無を判断することが可能になる。   Further, for example, in the gas flow path 37 provided with the electrode 49, water generated in the catalyst layer on the cathode side is discharged into the gas flow path through the diffusion layer, and discharged outside the fuel cell along with the gas flow. In the process, when the blockage of dew is generated by a large amount of water and the electrode 49 and the catalyst layer / diffusion layer 35 are electrically connected, the capacitance measuring means 61 uses “CP61” in FIG. Thus, the presence or absence of flooding can be determined.

また、触媒層・拡散層３５の直流抵抗値は、触媒層・拡散層３５の濡れ具合（水分の含有量）によって変化するので、触媒層・拡散層３５の直流抵抗値の変化量を触媒層・拡散層３５内のフラッディングによる影響として測定することができる。   Further, since the DC resistance value of the catalyst layer / diffusion layer 35 varies depending on the wetness (moisture content) of the catalyst layer / diffusion layer 35, the amount of change in the DC resistance value of the catalyst layer / diffusion layer 35 is determined as the catalyst layer. It can be measured as the influence of flooding in the diffusion layer 35.

なお、図１及び図２に示す実施例では、電極４８等は図２中”ＥＤ５１”等に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている旨記載したが、ガス流路に沿って複数の電極を直線状に形成させても構わない。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the electrode 48 and the like are formed linearly along the gas flow path indicated by “GT51” in FIG. 2, as indicated by “ED51” in FIG. Although described, a plurality of electrodes may be formed linearly along the gas flow path.

図５はこのようなガス流路に沿って複数の電極を直線状に形成させた場合の本発明に係る燃料電池の他の実施例を示す断面図であり、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。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the fuel cell according to the present invention when a plurality of electrodes are formed linearly along such a gas flow path, and is parallel to the gas flow path in the fuel cell. It is sectional drawing in an important surface.

例えば、図５中”ＥＤ７１”、”ＥＤ７２”，”ＥＤ７３”、”ＥＤ７４”、”ＥＤ７５”及び”ＥＤ７６”に示す複数の電極は図５中”ＧＴ７１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。言い換えれば、直線状の電極がガスの流れる方向に複数の電極に分割されて配置されている。   For example, a plurality of electrodes indicated by “ED71”, “ED72”, “ED73”, “ED74”, “ED75” and “ED76” in FIG. 5 are linear along the gas flow path indicated by “GT71” in FIG. Is formed. In other words, the linear electrode is divided into a plurality of electrodes in the gas flow direction.

このような複数の電極の内任意の２つの電極を選択して静電容量測定手段６１で静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水分量の分布や変化を測定することができる。   Distribution of moisture content in the gas flow direction (along the gas flow path) by selecting any two of the plurality of electrodes and measuring the capacitance with the capacitance measuring means 61 And changes can be measured.

例えば、静電容量が導通して抵抗成分として測定されることによって識別される流路閉塞がガス流路を順次移動していく場合、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）に分割された複数の電極の適宜選択していくことにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水の移動の状況を把握することができる。   For example, when the passage blockage identified by the capacitance being conducted and measured as a resistance component moves sequentially through the gas passage, it is divided in the gas flow direction (along the gas passage). By appropriately selecting a plurality of electrodes, it is possible to grasp the state of water movement in the gas flow direction (along the gas flow path).

言い換えれば、静電容量測定手段６１がガスの流れる方向（ガス流路に沿って）に分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水の移動の状況を把握することができる。   In other words, the capacitance measuring means 61 scans a plurality of electrodes divided in the gas flow direction (along the gas flow path) to measure the capacitance, thereby measuring the gas flow direction (gas flow path). Along the way) can understand the situation of water movement.

また、図１及び図２に示す実施例の説明に際しては、ガス流路３６及びガス流路３７は各々の触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている旨例示したが、勿論これに限定されるものではなく、ガス流路は直線状であってもその他の形状であっても構わない。   In the description of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the gas flow path 36 and the gas flow path 37 are exemplified to meander on the respective catalyst layers / diffusion layers. However, the gas flow path may be linear or other shapes.

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. 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. 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 an electrostatic capacitance. 電極から見た等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit seen from the electrode. 本発明に係る燃料電池の他の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other Example of the fuel cell which concerns on this invention. 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. 従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fuel cell which can measure the conventional moisture content as an electrostatic capacitance. 従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fuel cell which can measure the conventional moisture content as an electrostatic capacitance. 従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the fuel cell which can measure the conventional moisture content as an electrostatic capacitance. 従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the fuel cell which can measure the conventional moisture content as an electrostatic capacitance.

符号の説明Explanation of symbols

１，４，３３ 電解質膜
２，３，５，６，３４，３５ 触媒層・拡散層
７，８，３６，３７ ガス流路
９，１０，２１，２２，５８，５９ セパレータ
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７ 電極
３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７ 絶縁部材
６０ 外部負荷
６１ 静電容量測定手段
1, 4, 33 Electrolyte membrane 2, 3, 5, 6, 34, 35 Catalyst layer / Diffusion layer 7, 8, 36, 37 Gas flow path 9, 10, 21, 22, 58, 59 Separator 11, 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55 , 56, 57 Electrode 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 Insulating member 60 External load 61 Capacitance measuring means

Claims (7)

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、
この第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、
前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、
前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、
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
を備えたことを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
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;
A gas flow path of an oxidizing gas formed in the second catalyst layer / diffusion layer;
Insulating members respectively formed on the inner wall of each gas flow path and not in contact with the first or second catalyst layer / diffusion layer;
A plurality of electrodes formed in the insulating member for measuring capacitance;
A fuel cell comprising: the first and second catalyst layers / diffusion layers; and first and second separators formed on the gas flow paths, respectively. 前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池。 The plurality of electrodes are
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is formed linearly along each gas flow path. 前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことを特徴とする
請求項２記載の燃料電池。 The linear electrode is
The fuel cell according to claim 2, wherein the fuel cell is divided into a plurality of electrodes along each gas flow path. 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測定装置において、
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、
この第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、
前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、
前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、
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、
前記複数の電極を選択して静電容量を測定する静電容量測定手段と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。 In a fuel cell moisture content measurement device that generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen,
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;
A gas flow path of an oxidizing gas formed in the second catalyst layer / diffusion layer;
Insulating members respectively formed on the inner wall of each gas flow path and not in contact with the first or second catalyst layer / diffusion layer;
A plurality of electrodes formed in the insulating member for measuring capacitance;
The first and second catalyst layers / diffusion layers, first and second separators formed on the gas flow paths, respectively;
An apparatus for measuring a moisture content, comprising: a capacitance measuring means for measuring the capacitance by selecting the plurality of electrodes. 前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことを特徴とする
請求項４記載の水分量測定装置。 The plurality of electrodes are
The moisture content measuring apparatus according to claim 4, wherein the moisture content measuring apparatus is formed linearly along each gas flow path. 前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことを特徴とする
請求項５記載の水分量測定装置。 The linear electrode is
6. The water content measuring apparatus according to claim 5, wherein the water content measuring apparatus is divided into a plurality of electrodes along each gas flow path. 前記静電容量測定手段が、
前記各ガス流路に沿って前記分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することを特徴とする
請求項６記載の水分量測定装置。
The capacitance measuring means is
The moisture content measuring apparatus according to claim 6, wherein the capacitance is measured by scanning the plurality of divided electrodes along the gas flow paths.
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