JP2008218284A - Deterioration decision device for fuel cell - Google Patents

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紘子 木村
Takumi Taniguchi
拓未 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of accurately deciding the deterioration of a fuel cell. <P>SOLUTION: A box 60 for confirming the deterioration environment of a hydrocarbon system electrolyte membrane as a simulation unit imitating an electrolyte membrane 11 of a fuel cell 10 is installed in the vicinity of an inlet of an oxidizing gas exhausting passage 54. An electrolyte membrane for confirmation of the same kind as the hydrocarbon system electrolyte membrane used in the fuel cell 10 and a window for confirming the color of the electrolyte membrane for confirmation by visual inspection are installed in the box 60 for confirming. A worker can decide the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 from the color by observing the color of the electrolyte membrane 61 for confirmation by looking in at the window 69 for confirmation. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化水素系の電解質膜を備える燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell deterioration determination device that determines deterioration of a fuel cell including a hydrocarbon-based electrolyte membrane.

燃料電池では、使用時間の経過等により電解質膜が劣化する。電解質膜の劣化による出力低下や効率低下が許容できなくなると、燃料電池の寿命として、燃料電池本体の交換を行うことになる。そこで、燃料電池の寿命を知るべく、燃料電池の電解質膜の劣化の程度を判定する装置が提案されている。例えば、特許文献1に示すように、燃料電池のインピーダンスを計測して、予め用意したインピーダンスの変化を示すデータベースに上記計測したインピーダンスを突き合わせることで、燃料電池の劣化を判定する装置がある。   In a fuel cell, the electrolyte membrane deteriorates with the passage of time of use. If the decrease in output or efficiency due to the deterioration of the electrolyte membrane is unacceptable, the fuel cell main body is replaced as the life of the fuel cell. In order to know the life of the fuel cell, an apparatus for determining the degree of deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell has been proposed. For example, as shown in Patent Document 1, there is a device that determines the deterioration of a fuel cell by measuring the impedance of a fuel cell and matching the measured impedance against a database that shows a change in impedance prepared in advance.

特開2006−24437公報JP 2006-24437 A

しかしながら、前記従来の技術では、燃料電池の劣化の程度を高精度に判定することが困難であるという問題があった。実用化された燃料電池では、電解質膜は大面積となるが、生成水の分布は電解質膜の位置によって大きく変化する。一方、インピーダンスの値は生成水によって大きく変化することから、上記インピーダンスを計測する劣化判定装置では、その計測位置で様々なインピーダンスの値をとることになり、それらの値から劣化の程度を高精度に判定することは困難であった。   However, the conventional technique has a problem that it is difficult to determine the degree of deterioration of the fuel cell with high accuracy. In a fuel cell that has been put to practical use, the electrolyte membrane has a large area, but the distribution of produced water varies greatly depending on the position of the electrolyte membrane. On the other hand, since the impedance value varies greatly depending on the generated water, the deterioration determination device that measures the impedance takes various impedance values at the measurement position, and the degree of deterioration is accurately determined from these values. It was difficult to judge.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、燃料電池の劣化の判定を高精度に行うことを課題とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to accurately determine the deterioration of a fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明の第1の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられるともに、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、前記確認用電解質膜の色を目視可能な確認用窓とを備える確認用ボックス
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a first fuel cell deterioration determination device of the present invention provides:
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
It is provided near the entrance of the cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the cathode electrode flows, and the confirmation electrolyte membrane of the same type as the electrolyte membrane provided in the fuel cell and the color of the confirmation electrolyte membrane can be visually observed And a confirmation box having a confirmation window.

上記構成の第1の燃料電池劣化判定装置では、確認用ボックスは、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池の電解質膜に似せた模擬ユニットとして働く。すなわち、確認用ボックスはカソードオフガス通路の入口付近に設けられた構成であることから、確認用ボックスに備えられる確認用電解質膜の劣化環境は燃料電池に備えられる電解質膜と次の(i)、(ii)の点でよく似通ったものとなる。   In the first fuel cell deterioration determination device having the above-described configuration, the confirmation box functions as a simulation unit that makes the deterioration environment of the hydrocarbon-based electrolyte membrane resemble the electrolyte membrane of the fuel cell. That is, since the confirmation box is provided near the entrance of the cathode off-gas passage, the deterioration environment of the confirmation electrolyte membrane provided in the confirmation box is the following (i), the electrolyte membrane provided in the fuel cell, It will be very similar in (ii).

(i)確認用ボックスの設置場所は、燃料電池と近い位置であることから、確認用電解質膜は燃料電池の電解質膜と温度的にほぼ同一に保たれる。
(ii)電極で発生するラジカルは、カソード側で多く、しかも、生成水にのって移動することから燃料電池内のカソード流路の下流側でより多くなる。このために、確認用ボックスの設置場所であるカソードオフガス通路の入口付近は、燃料電池においてラジカルが最も多くなった位置とラジカルの発生量においてほぼ同一に保たれる。
(I) Since the installation location of the confirmation box is close to the fuel cell, the confirmation electrolyte membrane is kept substantially the same temperature as the electrolyte membrane of the fuel cell.
(Ii) The number of radicals generated at the electrode is large on the cathode side, and moreover on the downstream side of the cathode channel in the fuel cell because it moves on the generated water. For this reason, the vicinity of the entrance of the cathode off-gas passage, where the confirmation box is installed, is kept substantially the same as the position where the number of radicals is the largest in the fuel cell.

したがって、上記第1の燃料電池劣化判定装置では、確認用電解質膜は、時間の経過とともに、燃料電池に備えられる電解質膜と同程度に劣化する。翻ってみて、炭化水素系の電解質膜は劣化すると濃色に変化する。本発明の第1の燃料電池劣化判定装置では、作業者は、確認用電解質膜の色を確認用窓から目視によって確認することで、燃料電池に備えられる電解質膜の色を模擬的に知ることができる。したがって、作業者は、その知ることのできた色から、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を高精度に判定することができる。   Therefore, in the first fuel cell deterioration determination device, the electrolyte membrane for confirmation deteriorates to the same extent as the electrolyte membrane provided in the fuel cell with the passage of time. In turn, when the hydrocarbon electrolyte membrane deteriorates, it changes to a dark color. In the first fuel cell deterioration determination device of the present invention, the operator can visually know the color of the electrolyte membrane provided in the fuel cell by visually checking the color of the electrolyte membrane for confirmation from the confirmation window. Can do. Therefore, the operator can determine the deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell with high accuracy from the color that the operator can know.

上記第1の燃料電池劣化判定装置において、前記確認用ボックスは、前記確認用電解質膜の周囲を挟持するフレームを備える構成としてもよい。燃料電池は、電解質膜の周囲をガスシール部材で挟持する構成をしているのが一般的であり、上記構成によれば、確認用電解質膜を保持する手法的にも前記燃料電池と似通ったものとすることができる。電解質膜は周囲を挟持された状態で乾湿の繰り返しを受けると、膨潤したり収縮したりして劣化が起きることが考えられ、メカニカルストレスの面でも確認用ボックスは燃料電池と同一の劣化環境下に保つことができる。このために、確認用電解質膜は、燃料電池の電解質膜の色を模擬的によりよく表すものとなり、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の状態を、より高精度に判定することができる。   In the first fuel cell deterioration determination apparatus, the confirmation box may include a frame that sandwiches the periphery of the confirmation electrolyte membrane. The fuel cell generally has a configuration in which the periphery of the electrolyte membrane is sandwiched between gas seal members. According to the above configuration, the method of holding the electrolyte membrane for confirmation is similar to the fuel cell. Can be. If the electrolyte membrane is repeatedly dried and wet with the surroundings sandwiched, the electrolyte membrane may swell and shrink, which may cause degradation. In terms of mechanical stress, the confirmation box is in the same degradation environment as the fuel cell. Can be kept in. For this reason, the electrolyte membrane for confirmation becomes a better representation of the color of the electrolyte membrane of the fuel cell, and the state of deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell can be determined with higher accuracy.

本発明の第2の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の上流側に設けられ、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、
前記確認用電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする。
The second fuel cell deterioration determination device of the present invention is
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
An electrolyte membrane for confirmation of the same type as the electrolyte membrane provided in the fuel cell, provided upstream of the cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the cathode electrode flows;
A colorimetric means for measuring the color of the electrolyte membrane for confirmation;
And determining means for determining the degree of deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell based on the measured color.

上記構成の第2の燃料電池劣化判定装置では、上記第1の燃料電池劣化判定装置と同様の理由で、確認用電解質膜は、燃料電池の電解質膜の色を模擬的によく表すものとなっている。測色手段は、確認用電解質膜の色を測定し、判定手段は、その測定された色に基づいて、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する。したがって、上記第2の燃料電池劣化判定装置では、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を人間の目視によるものではなく自動的に、しかも高精度に判定することができる。   In the second fuel cell deterioration determination device having the above-described configuration, the confirmation electrolyte membrane well represents the color of the electrolyte membrane of the fuel cell for the same reason as the first fuel cell deterioration determination device. ing. The color measurement means measures the color of the electrolyte membrane for confirmation, and the determination means determines the degree of deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell based on the measured color. Therefore, in the second fuel cell deterioration determination device, the deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell can be determined automatically and with high accuracy, not by human visual observation.

本発明の第3の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする。
The third fuel cell deterioration determination device of the present invention is
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
A colorimetric means for measuring the color of the electrolyte membrane;
And determining means for determining the degree of deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell based on the measured color.

上記構成の第3の燃料電池劣化判定装置では、測色手段により、確認用電解質膜の色を測定し、判定手段により、その測定された色に基づいて電解質膜の劣化の程度を判定する。燃料電池の電解質膜の色は、電解質膜の劣化の程度により変化することから、電解質膜の色に基づいて、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を高精度に判定することができる。   In the third fuel cell deterioration determination device having the above configuration, the color of the confirmation electrolyte membrane is measured by the color measurement means, and the degree of deterioration of the electrolyte membrane is determined by the determination means based on the measured color. Since the color of the electrolyte membrane of the fuel cell changes depending on the degree of degradation of the electrolyte membrane, the degradation of the electrolyte membrane provided in the fuel cell can be determined with high accuracy based on the color of the electrolyte membrane.

前記燃料電池は、前記カソード極において前記酸化ガスの下流側付近で前記カソード極の非被覆箇所を有し、前記測色手段は、前記カソード極の非被覆箇所に設けられた構成としてもよい。酸化ガスの下流側付近は、上述したように、生成水で移動したラジカルが最も多くなる位置であり、上記構成によれば、この位置の電解質膜の色を測定することで、電解質膜において最も劣化の激しい部位についての劣化の状態を高精度に判定することができる。   The fuel cell may have a configuration in which the cathode electrode has an uncovered portion of the cathode electrode in the vicinity of the downstream side of the oxidizing gas, and the color measurement unit is provided in the uncovered portion of the cathode electrode. As described above, the vicinity of the downstream side of the oxidizing gas is the position where the number of radicals moved in the generated water is the largest. According to the above configuration, the color of the electrolyte membrane at this position is measured, so that the most in the electrolyte membrane. It is possible to determine the state of deterioration of a portion where deterioration is severe with high accuracy.

上記第2または第3の燃料電池劣化判定装置において、前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える構成としてもよい。この構成によれば、電解質膜の程度が大きくなったことを、作業者に報せることができる。   The second or third fuel cell deterioration determination device may further include an alarm unit that issues an alarm when the determination unit determines that the degree of deterioration is large. According to this configuration, the operator can be informed that the degree of the electrolyte membrane has increased.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
A−2.確認用ボックスの構成:
A−3.劣化判定作業
A−4.作用、効果:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.他の実施形態:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the fuel cell system:
A-2. Confirmation box configuration:
A-3. Deterioration determination work A-4. Action, effect:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Other embodiments:

A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
図1は、本発明の第1実施例を適用した燃料電池システム1の全体構成図である。図示するように、この燃料電池システム1は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池10と、燃料ガスを貯える燃料ガス源20と、システム内で燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路系30と、酸化ガスとしての空気の供給を可能としたブロワ40と、システム内で酸化ガスを流通させるための酸化ガス通路系50とを備えている。
A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the fuel cell system:
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 1 to which a first embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 that generates power upon receiving a supply of a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen, a fuel gas source 20 that stores the fuel gas, A fuel gas passage system 30 for circulating fuel gas, a blower 40 capable of supplying air as oxidizing gas, and an oxidizing gas passage system 50 for circulating oxidizing gas in the system are provided.

燃料電池10は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて、アノード極とカソード極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。即ち、アノード極に燃料ガスが、カソード極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、アノード極側では式(1)の反応が、カソード極側では式(2)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式(3)の反応が行なわれる。   The fuel cell 10 receives supply of fuel gas and oxidant gas, and causes an electrochemical reaction in the anode electrode and the cathode electrode according to the following reaction formula to generate electric power. That is, when the fuel gas is supplied to the anode electrode and the oxidizing gas is supplied to the cathode electrode, the reaction of equation (1) occurs on the anode electrode side, and the reaction of equation (2) occurs on the cathode electrode side. As for, reaction of Formula (3) is performed.

2 → 2H++2e- …(1)
2H++2e-+(1/2)O2 → H2O …(2)
2+(1/2)O2 → H2O …(3)
H 2 → 2H + + 2e (1)
2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)

詳細には、燃料電池10は、複数の単セルCLが積層された燃料電池スタックによって構成されている。図2は、単セルCLの縦断面を示す説明図である。図示するように、1つの単セルCLは、電解質膜11の両面にアノード極12とカソード極13が配置された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下MEAという)14と、このMEA14の周囲に配設されたシール部材15と、MEA14を両面から挟み込んだ状態でシール部材15と密着する一対のセパレータ16,17と、で構成されている。セパレータ16,17の両面(図示においては、1セル分を示すために片面)には、凹凸が形成されており、挟み込んだアノード極12とカソード極13との間で、単セル内ガス流路18,19を形成している。このうち、アノード極12との間で形成される単セル内ガス流路18には、前述したごとく供給された燃料ガスが、カソード極13との間で形成される単セル内ガス流路19には、酸化ガスが、それぞれ流れている。   Specifically, the fuel cell 10 is configured by a fuel cell stack in which a plurality of single cells CL are stacked. FIG. 2 is an explanatory view showing a longitudinal section of the single cell CL. As shown in the figure, a single cell CL includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 14 in which an anode electrode 12 and a cathode electrode 13 are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane 11, and a periphery of the MEA 14. The seal member 15 is provided, and a pair of separators 16 and 17 that are in close contact with the seal member 15 with the MEA 14 sandwiched from both sides. Concavities and convexities are formed on both surfaces of the separators 16 and 17 (in the drawing, one surface to show one cell), and the gas flow path in a single cell is interposed between the sandwiched anode electrode 12 and cathode electrode 13. 18 and 19 are formed. Among these, the fuel gas supplied as described above is supplied to the gas flow path 18 formed between the anode electrode 12 and the anode electrode 12. The oxidizing gas flows in each.

燃料電池10は固体高分子型の燃料電池であり、電解質膜11は高分子材料として炭化水素系の電解質膜を用いたものである。アノード極12およびカソード極13は、触媒層とガス拡散層とによって構成されている。MEA14の電解質膜11のうち外周部分は、アノード極12やカソード極13(触媒層とガス拡散層)が設けられておらず、突出した構成となっており、この突出した部分の全周にわたってシール部材15が設けられている。シール部材15は、フッ素系ゴムから成形したものであり、MEA14とセパレータ16の間およびMEA14とセパレータ17の間に介在することにより、電解質膜11とセパレータ16によって囲まれる燃料ガスが存在する空間をシールし、MEA14とセパレータ17の間に介在することにより、電解質膜11とセパレータ17によって囲まれる酸化ガスが存在する空間をシールする。   The fuel cell 10 is a solid polymer fuel cell, and the electrolyte membrane 11 uses a hydrocarbon-based electrolyte membrane as a polymer material. The anode 12 and the cathode 13 are composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer. The outer peripheral portion of the electrolyte membrane 11 of the MEA 14 is not provided with the anode electrode 12 or the cathode electrode 13 (catalyst layer and gas diffusion layer), and has a protruding configuration, and the entire periphery of the protruding portion is sealed. A member 15 is provided. The seal member 15 is molded from a fluorine-based rubber. By interposing between the MEA 14 and the separator 16 and between the MEA 14 and the separator 17, a space in which the fuel gas surrounded by the electrolyte membrane 11 and the separator 16 exists is present. Sealing and interposing between the MEA 14 and the separator 17 seals the space where the oxidizing gas surrounded by the electrolyte membrane 11 and the separator 17 exists.

図1に戻って、燃料ガス通路系30は、燃料ガス源20の放出口から燃料電池10の供給口に至る燃料ガス供給用通路32と、燃料電池10の排出口から外部に至る燃料ガス排出用通路34とを備える。前記燃料電池10の供給口および排出口は、アノード極12との間で形成される単セル内ガス流路18(図2)に接続されている。   Returning to FIG. 1, the fuel gas passage system 30 includes a fuel gas supply passage 32 from the discharge port of the fuel gas source 20 to the supply port of the fuel cell 10, and a fuel gas discharge from the discharge port of the fuel cell 10 to the outside. And a use passage 34. The supply port and the discharge port of the fuel cell 10 are connected to a gas flow path 18 in the single cell (FIG. 2) formed between the anode 12.

酸化ガス通路系50は、ブロワ40の放出口から燃料電池10の供給口に至る酸化ガス供給用通路52と、燃料電池10の排出口から外部に至る酸化ガス排出用通路54とを備える。前記燃料電池10の供給口および排出口は、カソード極13との間で形成される単セル内ガス流路19(図2)に接続されている。この酸化ガス排出用通路54は、本発明でいう「カソードオフガス通路」に相当する。酸化ガス排出用通路54の入口付近、すなわち燃料電池10の排出口付近に、本発明の第1の燃料電池劣化判定装置を構成する確認用ボックス60が設けられている。なお、図示はしないが、さらに、燃料ガス通路系30および酸化ガス通路系50には、例えばポンプ等の種々の補機が必要に応じて備えられている。   The oxidizing gas passage system 50 includes an oxidizing gas supply passage 52 that extends from the discharge port of the blower 40 to the supply port of the fuel cell 10, and an oxidizing gas discharge passage 54 that extends from the discharge port of the fuel cell 10 to the outside. The supply port and the discharge port of the fuel cell 10 are connected to a gas flow path 19 in the single cell formed between the cathode electrode 13 (FIG. 2). The oxidizing gas discharge passage 54 corresponds to a “cathode off-gas passage” in the present invention. A confirmation box 60 constituting the first fuel cell deterioration determination device of the present invention is provided in the vicinity of the inlet of the oxidizing gas discharge passage 54, that is, in the vicinity of the discharge port of the fuel cell 10. Although not shown, the fuel gas passage system 30 and the oxidizing gas passage system 50 are further provided with various auxiliary machines such as a pump as necessary.

A−2.確認用ボックスの構成:
図3は確認用ボックス60の分解された状態を示す分解斜視図であり、図4は確認用ボックス60の縦断面を示す断面図である。両図に示すように、確認用ボックス60は、電解質膜(以下、確認用電解質膜と呼ぶ)61と、一対のシールフレーム62,63と、一対の上蓋64、下蓋65とを備える。確認用電解質膜61は、燃料電池10に備えられる電解質膜11と同種の高分子材料により形成された膜体である。シールフレーム62,63は、矩形の枠体であり、確認用電解質膜61の外周部分を両面から挟み込む。なお、シールフレーム62,63は、燃料電池10に備えられるシール部材15と同様に、フッ素系ゴムから成形したものである。上蓋64および下蓋65は、シールフレーム62,63で挟み込まれた確認用電解質膜61を両面から挟み込んだ状態でシールフレーム62,63と密着する。上蓋64および下蓋65には、ボルト孔64h,65hが空けられており、そのボルト孔64h,65hを通したボルト66により上蓋64および下蓋65は締め付けられている。
A-2. Confirmation box configuration:
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an exploded state of the confirmation box 60, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a longitudinal section of the confirmation box 60. As shown in both figures, the confirmation box 60 includes an electrolyte membrane (hereinafter referred to as a confirmation electrolyte membrane) 61, a pair of seal frames 62 and 63, a pair of upper lids 64, and a lower lid 65. The confirmation electrolyte membrane 61 is a membrane formed of the same polymer material as the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10. The seal frames 62 and 63 are rectangular frames, and sandwich the outer peripheral portion of the confirmation electrolyte membrane 61 from both sides. The seal frames 62 and 63 are formed from fluorine-based rubber in the same manner as the seal member 15 provided in the fuel cell 10. The upper lid 64 and the lower lid 65 are in close contact with the seal frames 62 and 63 in a state where the confirmation electrolyte membrane 61 sandwiched between the seal frames 62 and 63 is sandwiched from both sides. Bolt holes 64h and 65h are formed in the upper lid 64 and the lower lid 65, and the upper lid 64 and the lower lid 65 are fastened by bolts 66 that pass through the bolt holes 64h and 65h.

上記の結果、シールフレーム62,63は、確認用電解質膜61と上蓋64の間および確認用電解質膜61と下蓋65の間に介在することにより、確認用電解質膜61と上蓋64によって囲まれる空間67と、確認用電解質膜61と下蓋65によって囲まれる空間68とをシールする。両空間67、68は、図示しない連通孔を介して酸化ガス排出用通路54に連通しており、カソード極13から排出される酸化ガス、すなわちカソードオフガスが流通する。   As a result, the seal frames 62 and 63 are surrounded by the confirmation electrolyte membrane 61 and the upper lid 64 by being interposed between the confirmation electrolyte membrane 61 and the upper lid 64 and between the confirmation electrolyte membrane 61 and the lower lid 65. The space 67 and the space 68 surrounded by the confirmation electrolyte membrane 61 and the lower lid 65 are sealed. Both spaces 67 and 68 communicate with the oxidizing gas discharge passage 54 through a communication hole (not shown), and the oxidizing gas discharged from the cathode electrode 13, that is, the cathode off-gas flows therethrough.

なお、上蓋64の中央部分には、確認用窓69が形成されている。確認用窓69は、確認用電解質膜61のうちのシールフレーム62,63と接触していない部分を目視可能な矩形の貫通孔であり、板ガラス69Gが填められている。なお、板ガラス69Gは、透明プラスチック板に換えることもできる。   A confirmation window 69 is formed at the center of the upper lid 64. The confirmation window 69 is a rectangular through hole in which a portion of the confirmation electrolyte membrane 61 that is not in contact with the seal frames 62 and 63 can be visually observed, and is filled with a plate glass 69G. The plate glass 69G can be replaced with a transparent plastic plate.

A−3.劣化判定作業:
作業者は、酸化ガス排出用通路54の上流側に設けられた確認用ボックス60を用いることで、燃料電池10に備えられる電解質膜11の劣化の程度を判定する劣化判定作業を行う。
A-3. Deterioration judgment work:
The operator performs a deterioration determination operation for determining the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10 by using the confirmation box 60 provided on the upstream side of the oxidizing gas discharge passage 54.

図5は、作業者により実行される劣化判定作業を示すフローチャートである。図示するように、作業が開始されると、作業者は、まず、確認用ボックス60に備えられた確認用窓69を覗いて、確認用電解質膜61の色を観察する(工程S100)。次いで、作業者は、確認用電解質膜61の色が未使用時と比べて所定程度以上変わっているかを判定し(工程S110)、所定程度以上変わっていると判定した場合には、電解質膜11の劣化の程度が大きいとして「異常」と判定結果を定め(工程S120)、一方、所定程度を下回ると判定した場合には、「正常」と判定結果を定める(工程S130)。   FIG. 5 is a flowchart showing the deterioration determination work executed by the worker. As shown in the drawing, when the work is started, the worker first looks into the confirmation window 69 provided in the confirmation box 60 and observes the color of the confirmation electrolyte membrane 61 (step S100). Next, the operator determines whether or not the color of the confirmation electrolyte membrane 61 has changed by a predetermined degree or more compared to when it is not used (step S110). If the degree of deterioration is large, a determination result of “abnormal” is determined (step S120). On the other hand, if it is determined that the deterioration is below a predetermined level, a determination result of “normal” is determined (step S130).

図6は、炭化水素系の一例としての電解質膜が使用期間によってどのように変色するかを判定結果と共に示す説明図である。図示するように、炭化水素系の一例としての電解質膜は、使用期間が未使用の場合には、薄い色をしており、使用期間の経過と共に濃い色に変化する。詳細には、濃い黄色に変化する。使用期間が中期となると、確認用電解質膜61の色はある程度濃くなり(中濃色)、使用期間が長期となると、確認用電解質膜61の色は十分に濃くなる(濃色)。作業者は、「正常」と「異常」との境界を示す色がサンプル画像として印刷されたテンプレートを予め用意しておき、工程S100で観察した確認用電解質膜61の色とそのサンプル画像とを比較して、確認用電解質膜61の色がサンプル画像よりも濃い場合に「異常」と判定し、一方、濃くない場合に「正常」と判定する。すなわち、工程S100では、確認用電解質膜61の色が所定程度以上変わっているかを、サンプル画像よりも濃い色であるか否かから判定している。なお、この実施例では、上記のサンプル画像の色は、使用期間が上記中期程度であれば「正常」であると判定され、使用期間が上記長期程度で「異常」であると判定可能なような濃度となっている。工程S120または工程S130の作業を終えると、この劣化判定作業は終了する。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing how the electrolyte membrane as an example of a hydrocarbon system changes color depending on the period of use, together with the determination result. As shown in the figure, an electrolyte membrane as an example of a hydrocarbon system has a light color when the usage period is not used, and changes to a dark color as the usage period elapses. Specifically, it turns dark yellow. When the usage period is in the middle period, the color of the confirmation electrolyte membrane 61 is darkened to some extent (medium dark color), and when the usage period is longer, the color of the confirmation electrolyte membrane 61 is sufficiently dark (dark color). The operator prepares a template in which a color indicating the boundary between “normal” and “abnormal” is printed as a sample image in advance, and the color of the electrolyte membrane 61 for confirmation and the sample image observed in step S100 are displayed. In comparison, when the color of the confirmation electrolyte membrane 61 is darker than the sample image, it is determined as “abnormal”, while when it is not dark, it is determined as “normal”. That is, in step S100, whether or not the color of the confirmation electrolyte membrane 61 has changed by a predetermined degree or more is determined based on whether or not the color is darker than the sample image. In this embodiment, the color of the sample image is determined to be “normal” if the use period is about the above-mentioned medium period, and can be determined to be “abnormal” if the use period is about the above-described long period. The concentration is high. When the work of step S120 or step S130 is finished, the deterioration determination work is finished.

A−4.作用、効果:
本実施例では、炭化水素系の電解質膜は劣化すると濃色に変化するという性質を利用して燃料電池の劣化を判定している。炭化水素系の電解質膜の色により電解質膜の劣化の程度を定性的に判断可能なのは次の理由による。
A-4. Action, effect:
In this embodiment, the deterioration of the fuel cell is determined using the property that the hydrocarbon-based electrolyte membrane changes to a dark color when it deteriorates. The reason why the degree of deterioration of the electrolyte membrane can be qualitatively determined by the color of the hydrocarbon electrolyte membrane is as follows.

炭化水素系の電解質膜においては、燃料電池の中で使用されると、電極で発生したラジカルにより炭化水素系の高分子材料の分子が攻撃を受けて、その分子量(以下、「膜分子量」と呼ぶ)が減少し、結果として劣化が促進される。還元すれば、電解質膜の劣化の程度は膜分子量の減少の程度に比例する。一方、電解質膜の色と膜分子量との関係は次のとおり比例する。   When a hydrocarbon electrolyte membrane is used in a fuel cell, the molecular weight of the hydrocarbon polymer material is attacked by radicals generated at the electrode, and the molecular weight (hereinafter referred to as “membrane molecular weight”). Calling) is reduced, resulting in accelerated degradation. If reduced, the degree of degradation of the electrolyte membrane is proportional to the degree of membrane molecular weight reduction. On the other hand, the relationship between the color of the electrolyte membrane and the membrane molecular weight is proportional as follows.

図7は、図6で示した炭化水素系の電解質膜についての色と膜分子量との関係を示す説明図である。なお、図中、膜分子量は、未使用時を100%として未使用時に対する比率によって示している。図示するように、電解質膜の色が「淡色」である場合には膜分子量は100%であり、電解質膜の色が「中濃色」である場合には膜分子量は40%であり、電解質膜の色が「濃色」である場合には膜分子量は20%である。この図から、電解質膜の色が濃いほど膜分子量が少ないことがわかる。このことと、前述した、膜分子量の減少の程度は燃料電池における劣化の程度と比例することとから、電解質膜の色により電解質膜の劣化の程度を定性的に判断可能なことがわかる。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the color and the molecular weight of the hydrocarbon-based electrolyte membrane shown in FIG. In the figure, the molecular weight of the film is shown as a ratio with respect to the unused time, with the unused time as 100%. As shown in the figure, the membrane molecular weight is 100% when the color of the electrolyte membrane is “light”, and the membrane molecular weight is 40% when the color of the electrolyte membrane is “medium color”. When the color of the film is “dark color”, the molecular weight of the film is 20%. From this figure, it can be seen that the darker the color of the electrolyte membrane, the smaller the molecular weight of the membrane. This indicates that the degree of decrease in the molecular weight of the membrane described above is proportional to the degree of deterioration in the fuel cell, so that the degree of deterioration of the electrolyte membrane can be qualitatively determined from the color of the electrolyte membrane.

なお、図7で例示した関係、すなわち、電解質膜の色が濃いほど膜分子量が少ないという関係は、次のような理由によるものと考えられる。分子量の低下は物性の低下を引き起こし、機械的強度が低下しガスリークを発生させ、この結果、酸化によって分子の状態が変わって着色がなされるためである。例えば、ベンゼンが酸化しキノンに変化すると、紫外領域での吸収が増加し、色が透明から黄色に変化する。   The relationship exemplified in FIG. 7, that is, the relationship that the membrane molecular weight is smaller as the color of the electrolyte membrane is darker is considered to be due to the following reason. This is because a decrease in molecular weight causes a decrease in physical properties, resulting in a decrease in mechanical strength and a gas leak. As a result, the state of molecules changes due to oxidation, resulting in coloring. For example, when benzene is oxidized to change to quinone, absorption in the ultraviolet region increases and the color changes from transparent to yellow.

上記第1実施例の燃料電池システム1では、確認用ボックス60は、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池10の電解質膜11に似せた模擬ユニットとして働く。すなわち、確認用ボックス60は酸化ガス排出用通路54の入口付近に設けられることで、確認用電解質膜61は、燃料電池10に備えられる電解質膜11と温度的にもラジカルの量的にもほぼ同じ劣化環境下に置かれることになる(前述した(i)、(ii)参照)。   In the fuel cell system 1 of the first embodiment, the confirmation box 60 functions as a simulation unit that makes the degradation environment of the hydrocarbon-based electrolyte membrane resemble the electrolyte membrane 11 of the fuel cell 10. That is, the confirmation box 60 is provided in the vicinity of the entrance of the oxidizing gas discharge passage 54, so that the confirmation electrolyte membrane 61 is almost the same in temperature and radical quantity as the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10. They are placed under the same deterioration environment (see (i) and (ii) described above).

したがって、確認用電解質膜61は、時間の経過とともに、燃料電池10に備えられる電解質膜11と同程度に劣化する。翻ってみて、炭化水素系の電解質膜は劣化すると前述したように濃色に変化する。本実施例では、作業者は、確認用電解質膜61の色を確認用窓69から目視によって確認することで、燃料電池10に備えられる電解質膜11の色を模擬的に知ることができる。したがって、作業者は、その知ることのできた色から、燃料電池10に備えられる電解質膜11の劣化を高精度に判定することができる。   Therefore, the confirmation electrolyte membrane 61 deteriorates with the passage of time to the same extent as the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10. In turn, when the hydrocarbon electrolyte membrane deteriorates, it changes to a dark color as described above. In the present embodiment, the operator can visually know the color of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10 by visually checking the color of the electrolyte membrane 61 for confirmation from the confirmation window 69. Therefore, the operator can determine the deterioration of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10 with high accuracy from the color that the operator can know.

また、この第1実施例では、確認用電解質膜61は、その外周部分をシールフレーム62,63により挟持された構成となっていることから、確認用電解質膜61を保持する手法的にも燃料電池10と似通ったものとすることができる。確認用電解質膜61は周囲を挟持された状態で乾湿の繰り返しを受けると、膨潤したり収縮したりして劣化が起きることが考えられ、メカニカルストレスの面でも確認用ボックス60は燃料電池10と同一の劣化環境下に保つことができる。このために、確認用電解質膜61は、燃料電池10の電解質膜11の色を模擬的によりよく表すものとなり、燃料電池10に備えられる電解質膜11の劣化の状態を、より高精度に判定することができる。   Further, in the first embodiment, the confirmation electrolyte membrane 61 has a configuration in which the outer peripheral portion is sandwiched between the seal frames 62 and 63, so that the fuel for the technique of holding the confirmation electrolyte membrane 61 is also used. It can be similar to the battery 10. When the electrolyte membrane 61 for confirmation is subjected to repeated drying and wetting in a state where the periphery is sandwiched, it is considered that the electrolyte membrane 61 is swollen or shrunk and deteriorates. In terms of mechanical stress, the confirmation box 60 is connected to the fuel cell 10. It can be kept in the same deterioration environment. For this reason, the confirmation electrolyte membrane 61 is a better representation of the color of the electrolyte membrane 11 of the fuel cell 10 and more accurately determines the state of deterioration of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10. be able to.

B.第2実施例:
本発明の第2実施例について次に説明する。この第2実施例は、第1実施例と比較して、確認用ボックスの構成が相違だけであり、その他の構成は同一である。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the confirmation box, and the other configurations are the same.

図8は、第2実施例における確認用ボックス260とその周辺装置を示す説明図である。図8中の確認用ボックス260は縦断面が示されている。この確認用ボックス260は、第1実施例の確認用ボックス60と比較して、確認用窓269の大きさが小さく、その確認用窓269には、板ガラスに換えて、分光測色計200が装着されている。分光測色計200は、光源、分光器、受光器の組み合わせによって、色の測色を可能とした周知のセンサであり、確認用電解質膜61を測色の対象としている。なお、確認用ボックス260の分光測色計200以外の構成については、第1実施例と同一であり、同じパーツには第1実施例と同じ番号を付した。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the confirmation box 260 and its peripheral devices in the second embodiment. The confirmation box 260 in FIG. 8 has a vertical section. The confirmation box 260 is smaller in the size of the confirmation window 269 than the confirmation box 60 of the first embodiment. In the confirmation window 269, the spectrocolorimeter 200 is replaced with a plate glass. It is installed. The spectrocolorimeter 200 is a well-known sensor that enables colorimetry of colors by a combination of a light source, a spectroscope, and a light receiver, and uses the confirmation electrolyte membrane 61 as a target for colorimetry. The configuration of the confirmation box 260 other than the spectrocolorimeter 200 is the same as that of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.

この第2実施例の燃料電池システムは、分光測色計200と電気的に接続される制御ユニット210と、制御ユニット210と電気的に接続される警報灯220とを備える。制御ユニット210は、CPU、ROM、RAM(図示せず)等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成される。ROMには、燃料電池の劣化を判定する劣化判定ルーチンを示すコンピュータプログラムが予め格納されている。CPUは、RAMをワークエリアとして用いることにより前記コンピュータプログラムを実行する。警報灯220は、劣化判定ルーチンにより「異常」と判定されたときに、点灯される。   The fuel cell system of the second embodiment includes a control unit 210 that is electrically connected to the spectrocolorimeter 200 and an alarm lamp 220 that is electrically connected to the control unit 210. The control unit 210 is configured by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM (not shown) and the like. In the ROM, a computer program indicating a deterioration determination routine for determining deterioration of the fuel cell is stored in advance. The CPU executes the computer program by using the RAM as a work area. The warning light 220 is turned on when it is determined as “abnormal” by the deterioration determination routine.

図9は、制御ユニット210のCPUにより実行される劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、制御ユニット210のCPUは、まず、分光測色計200により、確認用電解質膜61の色を検出する(ステップS300)。その後、CPUは、その色から濃度(色濃度)Dを算出する(ステップS310)。次いで、CPUは、色濃度Dが予め設定した所定濃度値D0以上であるか否かを判定する(ステップS320)。ここで、所定濃度値D0は、第1実施例で用いたテンプレートのサンプル画像の色濃度に相当する値である。   FIG. 9 is a flowchart showing a deterioration determination routine executed by the CPU of the control unit 210. This routine is repeatedly executed every predetermined time. When the processing is started, the CPU of the control unit 210 first detects the color of the confirmation electrolyte membrane 61 by the spectrocolorimeter 200 (step S300). Thereafter, the CPU calculates a density (color density) D from the color (step S310). Next, the CPU determines whether or not the color density D is equal to or higher than a predetermined density value D0 set in advance (step S320). Here, the predetermined density value D0 is a value corresponding to the color density of the sample image of the template used in the first embodiment.

ステップS310で、色濃度Dが所定濃度値D0以上であると判定された場合には、CPUは、電解質膜11の劣化の程度が大きいとして警報灯220を点灯する(ステップS330)。その後、「リターン」に抜けてこの劣化判定ルーチンを一旦終了する。一方、ステップS320で、色濃度Dが所定濃度値D0を下回ると判定された場合には、ステップS330を実行することなく、「リターン」に抜けてこの劣化判定ルーチンを一旦終了する。   If it is determined in step S310 that the color density D is greater than or equal to the predetermined density value D0, the CPU turns on the alarm lamp 220 because the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 is large (step S330). Thereafter, the process returns to “Return” to end the deterioration determination routine. On the other hand, if it is determined in step S320 that the color density D is less than the predetermined density value D0, the process returns to “RETURN” without executing step S330, and this deterioration determination routine is temporarily terminated.

以上のように構成された第2実施例の燃料電池システムによれば、第1実施例と同様に、燃料電池10に備えられる電解質膜11の劣化を高精度に判定することができる。特にこの第2実施例では、確認用電解質膜61の色を人間の目視によってではなく、分光測色計200により計測するようにしていることから、上記劣化の判定を自動的に行うことができる。また、この実施例では、電解質膜11の劣化の程度が大きいときには、その旨を作業者により報せることができる。   According to the fuel cell system of the second embodiment configured as described above, the deterioration of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10 can be determined with high accuracy, as in the first embodiment. In particular, in this second embodiment, the color of the confirmation electrolyte membrane 61 is measured by the spectrocolorimeter 200, not by human eyes, so that the deterioration can be automatically determined. . Further, in this embodiment, when the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 is large, the fact can be reported by the operator.

なお、この第2実施例では、分光測色計200を用いていたが、これに換えて色濃度計を用いて直接色濃度Dを検出する構成としてもよい。また、警報灯220に換えて、警報ブザー等の警報を発する他の手段としてもよい。   In the second embodiment, the spectrocolorimeter 200 is used. Alternatively, the color density D may be directly detected using a color densitometer. Further, instead of the warning light 220, other means for issuing a warning such as a warning buzzer may be used.

C.第3実施例:
前記第1実施例、第2実施例では、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池10の電解質膜11に似せた模擬ユニットとして確認用ボックス60,260を用意し、その確認用ボックス60,260に備えられる確認用電解質膜61の色を検出するように構成していたが、これに換えて、この第3実施例では、燃料電池10の電解質膜11の色を直接測定する構成としている。
C. Third embodiment:
In the first embodiment and the second embodiment, the confirmation boxes 60 and 260 are prepared as simulated units in which the degradation environment of the hydrocarbon electrolyte membrane is similar to the electrolyte membrane 11 of the fuel cell 10. , 260 is configured to detect the color of the electrolyte membrane 61 for confirmation. Instead, in the third embodiment, the color of the electrolyte membrane 11 of the fuel cell 10 is directly measured. Yes.

図10は、第3実施例としての燃料電池システム401を示す説明図である。この燃料電池システム401に備えられる燃料電池410は、第1実施例の燃料電池10とほぼ同一の構成をしており、図10においては、燃料電池410は、単セル内ガス流路18、19の長手方向が図中の左右となる向きに描かれている。燃料電池410の第1実施例の燃料電池10と相違する点は、酸化ガスの単セル内ガス流路19の下流側に位置する電解質膜11のMEA14からの突出部、すなわち、カソード極(触媒層とガス拡散層)の非被覆箇所PTが広くとってある点である。この第3実施例では、セパレータ317の非被覆箇所PTに対向する位置に孔部317hが設けられており、この孔部317hに分光測色計420が設けられている。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing a fuel cell system 401 as a third embodiment. The fuel cell 410 provided in the fuel cell system 401 has substantially the same configuration as the fuel cell 10 of the first embodiment. In FIG. Is drawn in a direction in which the longitudinal direction is the left and right in the figure. The difference of the fuel cell 410 from the fuel cell 10 of the first embodiment is that the protruding portion from the MEA 14 of the electrolyte membrane 11 located on the downstream side of the gas flow path 19 of the oxidizing gas, that is, the cathode electrode (catalyst) The uncovered portion PT of the layer and the gas diffusion layer) is wide. In the third embodiment, a hole 317h is provided at a position facing the non-covered portion PT of the separator 317, and a spectrocolorimeter 420 is provided in the hole 317h.

分光測色計420は、第2実施例と同様に、光源、分光器、受光器の組み合わせによって、色の測色を可能とした周知のセンサであり、裸の状態(触媒層とガス拡散層が被覆されていない状態)となった電解質膜部分の色を測色する。また、この第3実施例の燃料電池システムは、分光測色計300と電気的に接続される制御ユニット210と、制御ユニット210と電気的に接続される警報灯220とを備える。制御ユニット210および警報灯220は第2実施例と同一のものである。   Similar to the second embodiment, the spectrocolorimeter 420 is a well-known sensor that enables colorimetry of colors by combining a light source, a spectroscope, and a light receiver, and is in a bare state (catalyst layer and gas diffusion layer). Measure the color of the part of the electrolyte membrane that has become uncoated. The fuel cell system according to the third embodiment includes a control unit 210 that is electrically connected to the spectrocolorimeter 300 and an alarm lamp 220 that is electrically connected to the control unit 210. The control unit 210 and the warning light 220 are the same as those in the second embodiment.

以上のように構成された第3実施例によれば、第2実施例と同様に、燃料電池10に備えられる電解質膜11の劣化を高精度に判定することができる。特にこの第3実施例では、確認用ボックスを設けずに、分光測色計420を燃料電池10に直接設けるだけで済むことから、構成が簡単である。なお、この第3実施例においても、分光測色計420に換えて色濃度計を用いて直接色濃度Dを検出する構成としてもよいし、警報灯220に換えて、警報ブザー等の警報を発する他の手段としてもよい。   According to the third embodiment configured as described above, the deterioration of the electrolyte membrane 11 provided in the fuel cell 10 can be determined with high accuracy, as in the second embodiment. In particular, in the third embodiment, the configuration is simple because the spectrocolorimeter 420 can be provided directly on the fuel cell 10 without providing a confirmation box. In the third embodiment, the color density D may be directly detected using a color densitometer instead of the spectrocolorimeter 420, or an alarm such as an alarm buzzer may be used instead of the alarm lamp 220. Other means may be used.

D.他の実施形態:
なお、この発明は上記の実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような他の実施形態も可能である。
D. Other embodiments:
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following other embodiments are also possible. is there.

(1)上記第1および第2実施例では、確認用ボックス60,160は、燃料電池10に接続される酸化ガス排出用通路54の入口付近に設けられていたが、さらに、燃料電池10に接続される燃料ガス排出用通路34に、第2の確認用ボックスを設けて、確認用ボックス60,160と第2の確認用ボックスの双方で、電解質膜の劣化を判定する構成としてもよい。 (1) In the first and second embodiments, the confirmation boxes 60 and 160 are provided in the vicinity of the inlet of the oxidizing gas discharge passage 54 connected to the fuel cell 10. A configuration may be adopted in which a second confirmation box is provided in the fuel gas discharge passage 34 to be connected, and deterioration of the electrolyte membrane is determined by both the confirmation boxes 60 and 160 and the second confirmation box.

(2)上記第3実施例では、分光測色計420は、酸化ガスの単セル内ガス流路19の下流側の位置に設けられていたが、これに換えて、酸化ガスの単セル内ガス流路19の下流側以外の位置としてもよい。さらには、酸化ガスの単セル内ガス流路19側に換えて、燃料ガスの単セル内ガス流路18側としてもよく、要は、燃料電池に備えられた電解質膜のいずれの位置であっても、電解質膜の表面を裸の状態(触媒層とガス拡散層が被覆されていない状態)とすることのできる位置であれば、この位置に対向するように分光測色計420を設ける構成とすればよい。 (2) In the third embodiment, the spectrocolorimeter 420 is provided at a position downstream of the gas flow path 19 in the single cell of oxidizing gas. A position other than the downstream side of the gas flow path 19 may be used. Further, instead of the oxidant gas in-cell gas flow path 19 side, the fuel gas in-single cell gas flow path 18 side may be provided, and the main point is any position of the electrolyte membrane provided in the fuel cell. However, when the surface of the electrolyte membrane is in a bare state (a state in which the catalyst layer and the gas diffusion layer are not covered), the spectrocolorimeter 420 is provided so as to face this position. And it is sufficient.

(3)上記第2および3実施例では、分光測色計200,420により電解質膜の色を検出して、その色に基づいて電解質膜11の劣化の程度が大きいと判断された場合に警報灯220を点灯する構成としていたが、これに換えて、その色に基づいて求められる電解質膜11の劣化の程度を数値化して、その数値化された値を表示パネルに表示する構成としてもよい。また、その劣化の程度を数値化した値は、棒グラフ等で図式化して表示してもよい。 (3) In the second and third embodiments, the color of the electrolyte membrane is detected by the spectrocolorimeters 200 and 420, and an alarm is issued when it is determined that the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 is large based on the color. The lamp 220 is turned on, but instead of this, the degree of deterioration of the electrolyte membrane 11 required based on the color may be digitized and the digitized value displayed on the display panel. . The value obtained by quantifying the degree of deterioration may be displayed graphically with a bar graph or the like.

(4)上記第1ないし第3実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、必ずしも固体高分子型燃料電池である必要がなく、炭化水素系の電解質膜を備える燃料電池であれば、いずれの種類の燃料電池に適用することも可能である。 (4) In the first to third embodiments, the fuel cell is a solid polymer fuel cell. However, the fuel cell is not necessarily a solid polymer fuel cell, and is a fuel cell including a hydrocarbon electrolyte membrane. If it exists, it is possible to apply to any kind of fuel cell.

本発明の第1実施例を適用した燃料電池システム1の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 1 to which a first embodiment of the present invention is applied. 燃料電池10の単セルCLの縦断面を示す説明図である。3 is an explanatory view showing a longitudinal section of a single cell CL of the fuel cell 10. FIG. 確認用ボックス60の分解された状態を示す分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view showing a state in which the confirmation box 60 is disassembled. 確認用ボックス60の縦断面を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a vertical cross section of a confirmation box 60. FIG. 作業者により実行される劣化判定作業を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the deterioration determination operation | work performed by an operator. 炭化水素系の一例としての電解質膜が使用期間によってどのように変色するかを判定結果と共に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows how the electrolyte membrane as an example of a hydrocarbon type discolors with a use period with a determination result. 図6で示した炭化水素系の電解質膜についての色と膜分子量との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the color and film | membrane molecular weight about the hydrocarbon type electrolyte membrane shown in FIG. 第2実施例における確認用ボックス260とその周辺装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the confirmation box 260 and its peripheral device in 2nd Example. 制御ユニット210のCPUにより実行される劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a deterioration determination routine executed by a CPU of a control unit 210. 第3実施例としての燃料電池システム401を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel cell system 401 as 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム
10…燃料電池
CL…単セル
11…電解質膜
12…アノード極
13…カソード極
14…MEA
15…シール部材
16…セパレータ
17…セパレータ
18…単セル内ガス流路
19…単セル内ガス流路
20…燃料ガス源
30…燃料ガス通路系
32…燃料ガス供給用通路
34…燃料ガス排出用通路
40…ブロワ
50…酸化ガス通路系
52…酸化ガス供給用通路
54…酸化ガス排出用通路
60…確認用ボックス
61…確認用電解質膜
62…シールフレーム
64…上蓋
64h…ボルト孔
65…下蓋
66…ボルト
67…空間
68…空間
69…確認用窓
69G…板ガラス
200…分光測色計
210…制御ユニット
220…警報灯
260…確認用ボックス
269…確認用窓
300…分光測色計
317…セパレータ
317h…孔部
401…燃料電池システム
410…燃料電池
420…分光測色計
PT…非被覆箇所
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell CL ... Single cell 11 ... Electrolyte membrane 12 ... Anode electrode 13 ... Cathode electrode 14 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Seal member 16 ... Separator 17 ... Separator 18 ... Gas flow path in a single cell 19 ... Gas flow path in a single cell 20 ... Fuel gas source 30 ... Fuel gas passage system 32 ... Fuel gas supply passage 34 ... For fuel gas discharge Passage 40 ... Blower 50 ... Oxidation gas passage system 52 ... Oxidation gas supply passage 54 ... Oxidation gas discharge passage 60 ... Confirmation box 61 ... Confirmation electrolyte membrane 62 ... Seal frame 64 ... Upper lid 64h ... Bolt hole 65 ... Lower lid 66 ... Bolt 67 ... Space 68 ... Space 69 ... Confirmation window 69G ... Plate glass 200 ... Spectral colorimeter 210 ... Control unit 220 ... Warning light 260 ... Confirmation box 269 ... Confirmation window 300 ... Spectral colorimeter 317 ... Separator 317h: Hole 401: Fuel cell system 410 ... Fuel cell 420 ... Spectral colorimeter PT ... Uncoated part

Claims (7)

炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられるともに、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、前記確認用電解質膜の色を目視可能な確認用窓とを備える確認用ボックス
を備える燃料電池劣化判定装置。
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
It is provided near the entrance of the cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the cathode electrode flows, and the confirmation electrolyte membrane of the same type as the electrolyte membrane provided in the fuel cell and the color of the confirmation electrolyte membrane can be visually observed A fuel cell deterioration determination device comprising a confirmation box comprising a confirmation window.
請求項1に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記確認用ボックスは、前記確認用電解質膜の周囲を挟持するフレームを備える
電池劣化判定装置。
The fuel cell deterioration determination device according to claim 1,
The confirmation box includes a frame that sandwiches the periphery of the confirmation electrolyte membrane.
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられ、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、
前記確認用電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備える燃料電池劣化判定装置。
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
An electrolyte membrane for confirmation of the same type as the electrolyte membrane provided in the fuel cell, provided near the entrance of the cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the cathode electrode flows;
A colorimetric means for measuring the color of the electrolyte membrane for confirmation;
A fuel cell deterioration determination device comprising: determination means for determining a degree of deterioration of an electrolyte membrane included in the fuel cell based on the measured color.
請求項3に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える燃料電池劣化判定装置。
The fuel cell deterioration determination device according to claim 3,
A fuel cell deterioration determination device further comprising alarm means for issuing an alarm when the determination means determines that the degree of deterioration is large.
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備える燃料電池劣化判定装置。
In a fuel cell deterioration determination device that includes a hydrocarbon-based electrolyte membrane and determines deterioration of a fuel cell that generates power by supplying hydrogen-containing fuel gas to the anode electrode and oxygen-containing oxidizing gas to the cathode electrode,
A colorimetric means for measuring the color of the electrolyte membrane;
A fuel cell deterioration determination device comprising: determination means for determining a degree of deterioration of an electrolyte membrane included in the fuel cell based on the measured color.
請求項5に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記燃料電池は、前記カソード極において前記酸化ガスの下流側付近で前記カソード極の非被覆箇所を有し、
前記測色手段は、
前記カソード極の非被覆箇所に設けられた構成である
燃料電池劣化判定装置。
The fuel cell deterioration determination device according to claim 5,
The fuel cell has an uncoated portion of the cathode electrode near the downstream side of the oxidizing gas in the cathode electrode,
The colorimetric means is
A fuel cell deterioration determination device having a configuration provided at an uncovered portion of the cathode electrode.
請求項5または6に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える燃料電池劣化判定装置。
The fuel cell deterioration determination device according to claim 5 or 6,
A fuel cell deterioration determination device further comprising alarm means for issuing an alarm when the determination means determines that the degree of deterioration is large.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021012786A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社岐阜多田精機 Redox flow cell
JP2021012787A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社岐阜多田精機 Redox flow cell

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