JP2010086716A - Fuel cell system - Google Patents

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英嗣 伊豆原
Shinya Sakaguchi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a moisture measuring unit capable of accurately measuring a moisture content of an electrolyte membrane. <P>SOLUTION: The moisture measuring unit measures a moisture content of an electrolyte membrane 111 of at least one cell (sensor cell) 100a in a plurality of cells 10a applicable to a fuel cell 10 having the electrolyte membrane 111 made of solid polymer membranes and composed of a lamination of a plurality of the cells 10a outputting electric energy by an electrochemical reaction between air and hydrogen. The moisture measuring unit is arranged in contact with an outer periphery of the electrolyte membrane 111 in an identical plane with the electrolyte membrane 111 of the sensor cell 100a and is provided with a swelling member 132 which swells by absorbing moisture contained in the electrolyte membrane 111, a swollen volume-detecting mechanism 133 for detecting a swollen volume of the swelling member 132, and a cell temperature sensor 102 for detecting a temperature of the sensor cell 100a. The moisture content of the electrolyte membrane 111 is measured based on the detected value of the swollen volume-detecting mechanism 133 and the detected value of the cell temperature sensor 102. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質膜の含有水分量を測定する水分量測定装置、およびこれを適用した燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a moisture content measuring device for measuring the moisture content of an electrolyte membrane, and a fuel cell system including a fuel cell to which the moisture content measuring device is applied.

固体高分子型の電解質膜を有する燃料電池では、燃料電池の内部水分量、すなわち電解質膜の含有水分量が少なく、電解質膜が乾燥している場合、内部抵抗が大きくなり燃料電池の出力電圧が低下する。一方、電解質膜の含有水分量が過剰である場合、燃料電池の電解質膜、電極等が水分で覆われてしまうため、反応物質である酸素、水素の拡散が阻害され、出力電圧が低下する。   In a fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane, when the internal moisture content of the fuel cell, that is, the moisture content of the electrolyte membrane is small and the electrolyte membrane is dry, the internal resistance increases and the output voltage of the fuel cell increases. descend. On the other hand, when the moisture content of the electrolyte membrane is excessive, the electrolyte membrane, electrodes, etc. of the fuel cell are covered with moisture, so that the diffusion of oxygen and hydrogen as reactants is hindered and the output voltage is lowered.

従って、燃料電池システムにおいては、燃料電池の内部水分状態、すなわち電解質膜の含有水分量を適切に管理する技術が重要となる。そこで、電解質膜の含有水分量と相関関係を有する燃料電池（燃料電池スタック）の内圧を略一定に保持するように燃料電池に関わるパラメータを調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、燃料電池の冷却機構を制御して燃料電池の運転温度を調整して等を行い、燃料電池セルの内圧を略一定に保持することで、燃料電池の内部水分状態、すなわち電解質膜の含有水分量の適切な管理を図っている。
特開２００６−２３６９１７号公報 Therefore, in the fuel cell system, a technique for appropriately managing the internal moisture state of the fuel cell, that is, the moisture content of the electrolyte membrane is important. Therefore, a technique has been proposed in which parameters relating to the fuel cell are adjusted so that the internal pressure of the fuel cell (fuel cell stack) having a correlation with the water content of the electrolyte membrane is kept substantially constant (for example, Patent Document 1). ). In this Patent Document 1, the fuel cell cooling mechanism is controlled to adjust the operating temperature of the fuel cell, etc., and the internal pressure of the fuel cell is maintained at a substantially constant level. Appropriate management of the water content of the electrolyte membrane is made.
Japanese Patent Laid-Open No. 2006-236917

ところで、燃料電池セルにおける電解質膜の含有水分量は、各燃料電池セルにおいてバラツキが生じる。理由としては、燃料電池では、例えば積層方向の両端側と中央位置では燃料電池セルの温度が異なり、電解質膜の含有水分量にバラツキが生じるためである。従って、電解質膜の含有水分量を適切に管理するためには、燃料電池セルの温度のバラツキを考慮する必要がある。   By the way, the water content of the electrolyte membrane in the fuel cell varies in each fuel cell. The reason is that in the fuel cell, for example, the temperature of the fuel cell is different between the both end sides and the center position in the stacking direction, and the moisture content of the electrolyte membrane varies. Therefore, in order to appropriately manage the moisture content of the electrolyte membrane, it is necessary to consider the temperature variation of the fuel cell.

しかしながら、特許文献１では、電解質膜の含有水分量を検出する手段は何ら開示されていない。さらに、特許文献１では、燃料電池の運転温度、すなわち燃料電池全体の温度に基づいて、電解質膜の含有水分量を調整しているため、各燃料電池セルにおける電解質膜の含有水分量にバラツキが生じる。その結果、特許文献１に記載の手段では、燃料電池セルの電解質膜の含有水分状態を適切に管理することができないといった問題がある。   However, Patent Document 1 does not disclose any means for detecting the moisture content of the electrolyte membrane. Furthermore, in Patent Document 1, since the moisture content of the electrolyte membrane is adjusted based on the operating temperature of the fuel cell, that is, the temperature of the entire fuel cell, there is a variation in the moisture content of the electrolyte membrane in each fuel cell. Arise. As a result, the means described in Patent Document 1 has a problem that the water content of the electrolyte membrane of the fuel cell cannot be properly managed.

本発明は、上記点に鑑み、電解質膜の含有水分量を正確に測定することができる水分量測定装置を提供することを第１の目的とする。さらに、本発明は、電解質膜の含有水分量の適切な管理を行なうことを第２の目的とする。   In view of the above points, the first object of the present invention is to provide a moisture content measuring apparatus capable of accurately measuring the moisture content of an electrolyte membrane. Furthermore, a second object of the present invention is to appropriately manage the water content of the electrolyte membrane.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、固体高分子膜からなる電解質膜（１１１）を有して酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する燃料電池セル（１０ａ）を複数積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、複数の燃料電池セル（１０ａ）における少なくとも１つの燃料電池セル（１００ａ）の電解質膜（１１１）の含有水分量を測定する水分量測定装置であって、少なくとも１つの燃料電池セル（１００ａ）における電解質膜（１１１）の同一平面上において電解質膜（１１１）の外周縁部に当接して配置され、電解質膜（１１１）に含まれる水分を吸湿して膨潤する膨潤部材（１３２）と、膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出する膨潤量検出手段（１３３）と、膨潤部材（１３２）が配置された燃料電池セル（１００ａ）の温度を検出するセル温度検出手段（１０２）と、電解質膜（１１１）の含有水分量を測定する水分量測定手段とを備え、水分量測定手段は、膨潤量検出手段（１３３）の検出値およびセル温度検出手段（１０２）の検出値に基づいて電解質膜（１１１）の含有水分量を測定することを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel having an electrolyte membrane (111) made of a solid polymer membrane and electrochemically reacting an oxidant gas and a fuel gas to output electric energy. Water content of the electrolyte membrane (111) of at least one fuel battery cell (100a) in the plurality of fuel battery cells (10a), applied to the fuel battery (10) configured by stacking a plurality of battery cells (10a) A water content measuring device for measuring the amount of an electrolyte membrane, which is disposed in contact with the outer peripheral edge of the electrolyte membrane (111) on the same plane of the electrolyte membrane (111) in at least one fuel cell (100a). A swelling member (132) that swells by absorbing moisture contained in (111), a swelling amount detection means (133) that detects a swelling amount of the swelling member (132), and a swelling member (132) Is provided with a cell temperature detecting means (102) for detecting the temperature of the fuel cell (100a), and a moisture content measuring means for measuring the moisture content of the electrolyte membrane (111). The water content of the electrolyte membrane (111) is measured based on the detection value of the swelling amount detection means (133) and the detection value of the cell temperature detection means (102).

このように、水分量測定装置を膨潤量検出部（１３０）で検出する膨潤部材（１３２）の膨潤量および膨潤量検出部（１３０）が設けられた燃料電池セル（１００ａ）の温度に基づいて、電解質膜（１１１）の含有水分量を測定する構成とすることで、各燃料電池セル（１０ａ）における温度のバラツキが生じたとしても電解質膜（１１１）の含有水分量を正確に測定することができる。   Thus, based on the swelling amount of the swelling member (132) detected by the swelling amount detection unit (130) of the moisture amount measuring device and the temperature of the fuel cell (100a) provided with the swelling amount detection unit (130). By measuring the moisture content of the electrolyte membrane (111), the moisture content of the electrolyte membrane (111) can be accurately measured even when temperature variations occur in each fuel cell (10a). Can do.

ところで、複数の燃料電池セル（１０ａ）が複数積層配置される場合、燃料電池セル（１０ａ）同士の連結によって、膨潤部材（１３２）が燃料電池セル（１０ａ）の積層方向に膨潤しにくくなっている。つまり、膨潤量検出手段で燃料電池セル（１０ａ）の積層方向への膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出しにくくなっている。   By the way, when a plurality of fuel cells (10a) are arranged in a stack, the swelling member (132) is less likely to swell in the stacking direction of the fuel cells (10a) due to the connection between the fuel cells (10a). Yes. That is, it is difficult for the swelling amount detection means to detect the swelling amount of the swelling member (132) in the stacking direction of the fuel cells (10a).

そこで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、膨潤部材（１３２）は、膨潤室（１３１）内に配置され、膨潤室（１３１）は、膨潤部材（１３２）が電解質膜（１１１）に含まれる水分を吸湿した場合に、膨潤部材（１３２）が燃料電池セル（１０ａ）の積層方向に直交する方向であって、電解質膜（１１１）から遠ざかる方向にのみ膨潤することを許容するように設けられていることを特徴とする。   Therefore, in the invention described in claim 2, in the invention described in claim 1, the swelling member (132) is disposed in the swelling chamber (131), and the swelling chamber (131) is formed by the swelling member (132). When moisture contained in the electrolyte membrane (111) is absorbed, the swelling member (132) swells only in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell (10a) and away from the electrolyte membrane (111). It is provided to allow this.

これによれば、膨潤部材（１３２）が燃料電池セル（１０ａ）の積層方向に直交する方向であって、電解質膜（１１１）から遠ざかる方向にのみ膨潤するため、膨潤量検出手段で膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出しやすくすることができる。   According to this, since the swelling member (132) swells only in the direction orthogonal to the stacking direction of the fuel cell (10a) and away from the electrolyte membrane (111), the swelling amount detection means detects the swelling member (132). 132) can be easily detected.

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の発明において、電解質膜（１１１）の両側には、一対の電極（１１２、１１３）が配置されており、膨潤部材（１３２）は、一対の電極（１１２、１１３）と接触しないように配置されていることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 3, in the invention according to claim 1 or 2, the pair of electrodes (112, 113) are arranged on both sides of the electrolyte membrane (111), and the swelling member (132) ) Is arranged so as not to contact the pair of electrodes (112, 113).

このように、膨潤部材（１３２）と一対の電極（１１２、１１３）とが接触しないように配置することで、膨潤部材（１３２）を、発電に寄与しない部位に配置することができる。これにより、膨潤部材（１３２）を燃料電池（１０）の発電に伴う膜痩せ等の劣化から保護することができる。従って、膨潤部材（１３２）の劣化による膨潤量の検出誤差が生じるのを抑制することができるため、電解質膜（１１１）の含有水分量を正確に測定することができる。   Thus, by arranging the swelling member (132) and the pair of electrodes (112, 113) so as not to contact with each other, the swelling member (132) can be arranged at a site that does not contribute to power generation. Thereby, the swelling member (132) can be protected from deterioration such as film thinning caused by power generation of the fuel cell (10). Therefore, since it is possible to suppress the detection error of the swelling amount due to the deterioration of the swelling member (132), the water content of the electrolyte membrane (111) can be accurately measured.

また、具体的には、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、膨潤量検出手段（１３３）を、膨潤部材（１３２）に埋設されて膨潤部材（１３２）の膨潤の変化に応じて移動する磁性体（１３３ａ）と、磁性体（１３３ａ）の位置を検出する位置検出手段（１３３ｂ）とを有し、位置検出手段（１３３ｂ）の検出値に基づいて膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出するようにしてもよい。   Specifically, as in the invention described in claim 4, in the invention described in any one of claims 1 to 3, the swelling amount detection means (133) is embedded in the swelling member (132). And a magnetic body (133a) that moves in response to a change in swelling of the swelling member (132), and a position detection means (133b) that detects the position of the magnetic body (133a), and a position detection means (133b). The amount of swelling of the swelling member (132) may be detected based on the detected value.

また、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、膨潤量検出手段（１３３）を、膨潤部材（１３２）に当接して配置されて膨潤部材（１３３）の膨潤に応じて生ずる押圧力を検出する圧力センサ（１３３ｃ）を有し、圧力センサ（１３３ｃ）の検出値に基づいて膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出するようにしてもよい。   Further, as in the invention described in claim 5, in the invention described in any one of claims 1 to 3, the swelling amount detecting means (133) is disposed in contact with the swelling member (132). A pressure sensor (133c) for detecting a pressing force generated according to the swelling of the swelling member (133), and detecting the amount of swelling of the swelling member (132) based on the detection value of the pressure sensor (133c); Also good.

また、請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の発明において、膨潤部材（１３２）を電解質膜（１１１）よりも親水性基の割合が多い構造とすることで、膨潤部材（１３２）を電解質膜（１１１）に含まれる水分を吸湿しやすい構造とすることができる。   Further, as in the invention described in claim 6, in the invention described in any one of claims 1 to 5, the swelling member (132) has a structure having a higher proportion of hydrophilic groups than the electrolyte membrane (111). Thus, the swelling member (132) can have a structure that easily absorbs moisture contained in the electrolyte membrane (111).

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発明において、膨潤部材（１３２）は、少なくとも燃料電池（１０）の積層方向の一端側の燃料電池セル（１００ａ）、および燃料電池（１０）の積層方向の中央側の燃料電池セル（１００ａ）に設けられていることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 7, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the swelling member (132) includes at least one fuel cell on one end side in the stacking direction of the fuel cell (10). (100a) and the fuel cell (100a) on the center side in the stacking direction of the fuel cell (10).

このように、少なくとも燃料電池（１０）の積層方向の一端側と中央側のセルといった燃料電池セル（１０ａ）の温度が異なる箇所で電解質膜（１１１）の含有水分量測定することで、燃料電池（１０）の積層方向における内部水分量の分布を測定することができる。   Thus, by measuring the water content of the electrolyte membrane (111) at a location where the temperature of the fuel cell (10a) is different, such as at least one end side cell and the center side cell in the stacking direction of the fuel cell (10), The distribution of the internal moisture content in the stacking direction of (10) can be measured.

また、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の水分量測定装置（１００）を適用した燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池（１０）の内部水分量を制御する水分量制御手段（５０）を備え、水分量制御手段（５０）は、水分量測定手段で測定した電解質膜（１１１）の含有水分量に基づいて燃料電池（１０）の内部水分状態を判定し、燃料電池（１０）の内部水分量を制御することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell to which the water content measuring device (100) according to the seventh aspect is applied, and the internal water content of the fuel cell (10) is controlled. A moisture amount control means (50) is provided, and the moisture amount control means (50) determines the internal moisture state of the fuel cell (10) based on the moisture content of the electrolyte membrane (111) measured by the moisture amount measurement means. The internal water content of the fuel cell (10) is controlled.

これによれば、水分量測定装置（１００）で正確に測定した電解質膜（１１１）の含有水分量に基づいて燃料電池（１０）の積層方向における水分状態を判定することができるため、燃料電池（１０）の内部水分量を適切に管理することができる。   According to this, since the moisture state in the stacking direction of the fuel cell (10) can be determined based on the moisture content of the electrolyte membrane (111) accurately measured by the moisture content measuring device (100), the fuel cell The internal moisture content of (10) can be managed appropriately.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水分量測定装置１００を適用した燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、電気自動車の一種である、いわゆる燃料電池車両に適用されており、車両走行用電動モータ等の電気負荷に電力を供給するものである。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which a moisture content measuring apparatus 100 of the present embodiment is applied. This fuel cell system is applied to a so-called fuel cell vehicle, which is a kind of electric vehicle, and supplies electric power to an electric load such as an electric motor for vehicle travel.

まず、燃料電池システムは、図１に示すように、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、図示しない車両走行用電動モータ、二次電池、車両用各種補機類等の電気負荷に供給される電気エネルギを出力するもので、本実施形態では、固体高分子電解質型燃料電池を採用している。   First, as shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 10 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 outputs electric energy supplied to an electric load such as an electric motor for driving a vehicle (not shown), a secondary battery, and various auxiliary machines for vehicles. In this embodiment, a solid polymer electrolyte fuel The battery is adopted.

より具体的には、燃料電池１０は、基本単位となる燃料電池セル１０ａ（以下、単にセル１０ａと記載する。）が複数個、電気的に直列に接続されて構成されたものである。各セル１０ａでは、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応させて、電気エネルギを出力する。   More specifically, the fuel cell 10 is configured by electrically connecting a plurality of fuel cell cells 10a (hereinafter simply referred to as cells 10a) as basic units. In each cell 10a, as shown below, hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to output electric energy.

（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
さらに、燃料電池１０から出力される電気エネルギは、燃料電池１０全体として出力される電圧を検出する電圧センサ１１、および、燃料電池１０全体として出力される電流を検出する電流センサ１２によって計測される。なお、電圧センサ１１および電流センサ１２の検出信号は、後述する制御装置５０に入力されている。 (Negative electrode side) H2 → 2H ++ 2e−
(Positive electrode side) 2H ++ 1 / 2O2 + 2e− → H2O
Furthermore, the electrical energy output from the fuel cell 10 is measured by a voltage sensor 11 that detects a voltage output as the entire fuel cell 10 and a current sensor 12 that detects a current output as the entire fuel cell 10. . The detection signals of the voltage sensor 11 and the current sensor 12 are input to the control device 50 described later.

また、燃料電池１０の空気極（正極）側には、酸化剤ガスである空気（酸素）を燃料電池１０に供給するための空気供給配管２０ａ、並びに、燃料電池１０にて電気化学反応を終えた余剰空気および空気極で生成された生成水を燃料電池１０から外気へ排出するための空気排出配管２０ｂが接続されている。   Further, on the air electrode (positive electrode) side of the fuel cell 10, an air supply pipe 20 a for supplying air (oxygen) as an oxidant gas to the fuel cell 10, and the electrochemical reaction in the fuel cell 10 are finished. An air discharge pipe 20b for discharging the surplus air and generated water generated by the air electrode from the fuel cell 10 to the outside air is connected.

空気供給配管２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気排出配管２０ｂには、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するための空気調圧弁２３が設けられている。   An air pump 21 is provided at the most upstream portion of the air supply pipe 20a to pump air sucked from the atmosphere to the fuel cell 10, and an air discharge pipe 20b adjusts the pressure of the air in the fuel cell 10. An air pressure regulating valve 23 is provided.

さらに、空気供給配管２０ａおよび空気排出配管２０ｂには、空気調圧弁２３から流出した空気の有する湿度（水蒸気）を空気ポンプ２１から圧送された空気へ移動させるための加湿器２２が設けられている。この加湿器２２は、複数本の中空糸にて構成されており、燃料電池１０へ供給される空気を加湿する機能を果たす。   Further, the air supply pipe 20 a and the air discharge pipe 20 b are provided with a humidifier 22 for moving the humidity (water vapor) of the air flowing out from the air pressure regulating valve 23 to the air pumped from the air pump 21. . The humidifier 22 is composed of a plurality of hollow fibers and functions to humidify the air supplied to the fuel cell 10.

燃料電池１０の水素極（負極）側には、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給するための水素供給配管３０ａ、水素極側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１０から外気へ排出するための水素排出配管３０ｂが接続されている。さらに、水素供給配管３０ａおよび水素排出配管３０ｂは、水素循環配管３０ｃを介して接続されている。   On the hydrogen electrode (negative electrode) side of the fuel cell 10, a hydrogen supply pipe 30 a for supplying hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel cell 10, and the generated water accumulated on the hydrogen electrode side together with a small amount of hydrogen from the fuel cell 10 to the outside air A hydrogen discharge pipe 30b is connected to discharge. Furthermore, the hydrogen supply pipe 30a and the hydrogen discharge pipe 30b are connected via a hydrogen circulation pipe 30c.

水素供給配管３０ａの最上流部には、高圧水素が充填された高圧水素タンク３１が設けられ、水素供給配管３０ａにおける高圧水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁３２が設けられている。   A high-pressure hydrogen tank 31 filled with high-pressure hydrogen is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply pipe 30a, and is supplied to the fuel cell 10 between the high-pressure hydrogen tank 31 and the fuel cell 10 in the hydrogen supply pipe 30a. A hydrogen pressure regulating valve 32 for adjusting the pressure of hydrogen is provided.

水素排出配管３０ｂには、生成水を微量な水素とともに外気へ排出するために所定の時間間隔で開閉する電磁弁３４が設けられている。なお、上述の電気化学反応では、水素極側において生成水は発生しないものの、水素極側には、酸素極側から各セル１０ａの電解質膜を透過した生成水が溜まるおそれがある。そこで、本実施形態では、水素排出配管３０ｂおよび電磁弁３４を設けている。   The hydrogen discharge pipe 30b is provided with an electromagnetic valve 34 that opens and closes at predetermined time intervals in order to discharge the produced water together with a small amount of hydrogen to the outside air. In the above-described electrochemical reaction, generated water is not generated on the hydrogen electrode side, but generated water that has permeated the electrolyte membrane of each cell 10a from the oxygen electrode side may accumulate on the hydrogen electrode side. Therefore, in this embodiment, the hydrogen discharge pipe 30b and the electromagnetic valve 34 are provided.

水素循環配管３０ｃは、水素供給配管３０ａの水素調圧弁３２下流側と水素排出配管３０ｂの電磁弁３４上流側とを接続するように設けられている。これにより、燃料電池１０から流出した未反応の水素を、燃料電池１０に循環させて再供給している。また、水素循環配管３０ｃには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３３が配置されている。   The hydrogen circulation pipe 30c is provided to connect the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 32 of the hydrogen supply pipe 30a and the upstream side of the electromagnetic valve 34 of the hydrogen discharge pipe 30b. Thereby, the unreacted hydrogen flowing out from the fuel cell 10 is circulated to the fuel cell 10 and re-supplied. Further, a hydrogen pump 33 for circulating hydrogen in the hydrogen flow path 30 is disposed in the hydrogen circulation pipe 30c.

ところで、燃料電池１０は発電効率を確保するために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。このため、燃料電池１０には、燃料電池１０を冷却するための冷却水回路４０が接続されている。この冷却水回路４０には、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させるウォータポンプ４１、電動ファン４２を備えたラジエータ（放熱器）４３が設けられている。   By the way, the fuel cell 10 needs to be maintained at a constant temperature (for example, about 80 ° C.) during operation in order to ensure power generation efficiency. Therefore, a cooling water circuit 40 for cooling the fuel cell 10 is connected to the fuel cell 10. The coolant circuit 40 is provided with a water pump 41 that circulates coolant (heat medium) in the fuel cell 10 and a radiator 43 that includes an electric fan 42.

さらに、冷却水回路４０には、冷却水を、ラジエータ４３を迂回するように流すバイパス流路４４が設けられている。冷却水回路４０とバイパス流路４４との合流点には、バイパス流路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。この流路切替弁４５の弁開度が調整されることによって、冷却水回路４０の冷却能力が調整される。   Further, the cooling water circuit 40 is provided with a bypass flow path 44 through which the cooling water flows so as to bypass the radiator 43. A flow path switching valve 45 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the bypass flow path 44 is provided at the junction of the cooling water circuit 40 and the bypass flow path 44. The cooling capacity of the cooling water circuit 40 is adjusted by adjusting the valve opening degree of the flow path switching valve 45.

また、冷却水回路４０の燃料電池１０の出口側近傍には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段としての冷却水温度センサ４６が設けられている。この冷却水温度センサ４６により冷却水温度を検出することで、燃料電池１０の温度を間接的に検出することができる。なお、この冷却水温度センサ４６の検出信号も、制御装置５０に入力される。   Further, a cooling water temperature sensor 46 as a cooling water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 10 is provided in the vicinity of the outlet side of the fuel cell 10 of the cooling water circuit 40. By detecting the cooling water temperature by the cooling water temperature sensor 46, the temperature of the fuel cell 10 can be indirectly detected. The detection signal of the cooling water temperature sensor 46 is also input to the control device 50.

制御装置５０は、入力信号に基づいて、燃料電池システムを構成する各種電気式アクチュエータの作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。   The control device 50 controls the operation of various electric actuators constituting the fuel cell system on the basis of input signals, and is composed of a well-known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits. Yes.

具体的には、制御装置５０の入力側には、上述の電圧センサ１１、電流センサ１２および冷却水温度センサ４６の検出信号等の他に、後述する水分量測定装置１００のから出力される検出信号が入力される。一方、出力側には、上述の空気ポンプ２１、空気調圧弁２３、水素調圧弁３２、水素ポンプ３３、電磁弁３４、ウォータポンプ４１、流路切替弁４５等の各種電気式アクチュエータが接続されている。   Specifically, on the input side of the control device 50, in addition to the detection signals of the voltage sensor 11, the current sensor 12, and the cooling water temperature sensor 46 described above, detection output from the moisture amount measuring device 100 described later is performed. A signal is input. On the other hand, on the output side, various electric actuators such as the air pump 21, the air pressure regulating valve 23, the hydrogen pressure regulating valve 32, the hydrogen pump 33, the electromagnetic valve 34, the water pump 41, and the flow path switching valve 45 are connected. Yes.

次に、本実施形態の水分量測定装置１００の詳細について説明する。水分量測定装置１００は、燃料電池１０の積層方向の両端側、および中央側に配置された３つのセンサセル１００ａ、センサセル１００ａの温度を検出するセル温度センサ１０２、後述する膨潤量検出部１３０の各配置箇所に対応する部位の水分量を測定して制御装置５０へ出力する信号処理回路５１を備えて構成されている。   Next, the detail of the moisture content measuring apparatus 100 of this embodiment is demonstrated. The water content measuring apparatus 100 includes three sensor cells 100a disposed on both ends and a center side of the fuel cell 10 in the stacking direction, a cell temperature sensor 102 that detects the temperature of the sensor cell 100a, and a swelling amount detector 130 that will be described later. A signal processing circuit 51 is provided that measures the amount of water in a portion corresponding to the arrangement location and outputs the measured moisture amount to the control device 50.

まず、図２〜図４によりセンサセル１００ａの概要について説明する。図２は燃料電池１０の外管斜視図、図３は燃料電池内の温度分布を説明する説明図、図４はセンサセル１００ａの分解図を示している。   First, the outline of the sensor cell 100a will be described with reference to FIGS. 2 is a perspective view of the outer tube of the fuel cell 10, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the temperature distribution in the fuel cell, and FIG. 4 is an exploded view of the sensor cell 100a.

図２に示すように、センサセル１００ａは、燃料電池１０の内部水分状態がセル１０ａの温度に影響を受けることを考慮して、燃料電池１０におけるセル１０ａの積層方向の両端側、および中央側に配置されている。ここで、燃料電池１０の運転中における温度分布は、図３に示すように、中央側のセルで高温となり、両端側のセルで低温となっている。   As shown in FIG. 2, the sensor cell 100a is arranged on both ends and the center side in the stacking direction of the cells 10a in the fuel cell 10 in consideration that the internal moisture state of the fuel cell 10 is affected by the temperature of the cell 10a. Has been placed. Here, as shown in FIG. 3, the temperature distribution during operation of the fuel cell 10 is high in the cells on the center side and low in the cells on both ends.

センサセル１００ａは、図４に示すように、後述する電解質膜１１１の両側に一対の電極１１２、１１３を配置した四角形状の膜電極接合体１１０を、一対のセパレータ１２０で狭持する構成となっている。   As shown in FIG. 4, the sensor cell 100 a has a configuration in which a pair of separators 120 sandwich a rectangular membrane electrode assembly 110 in which a pair of electrodes 112 and 113 are arranged on both sides of an electrolyte membrane 111 described later. Yes.

なお、図示しないが、一対のセパレータ１２０における膜電極接合体１１０の外周縁部の各角部に対応する部位の近傍には、膜電極接合体１１０に空気および水素を供給するためのマニホールド、および膜電極接合体１１０から空気および水素を排出するためのマニホールドがそれぞれ形成されている。   Although not shown, in the vicinity of the portion corresponding to each corner of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110 in the pair of separators 120, a manifold for supplying air and hydrogen to the membrane electrode assembly 110, and Manifolds for discharging air and hydrogen from the membrane electrode assembly 110 are formed.

そして、センサセル１００ａには、膜電極接合体１１０の外周縁部における各角部から外方側に突出するように４つの膨潤量検出部１３０が設けられている。つまり、膜電極接合体１１０に空気および水素を供給・排出するためのマニホールドの近傍に各膨潤量検出部１３０が設けられる構成となっている。これは、空気および水素を供給・排出するためのマニホールドの近傍で電解質膜１１１の含有水分量にバラツキが生じやすいためである。   The sensor cell 100a is provided with four swelling amount detection units 130 so as to protrude outward from the respective corners of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110. That is, each swelling amount detection unit 130 is provided in the vicinity of a manifold for supplying and discharging air and hydrogen to and from the membrane electrode assembly 110. This is because the water content of the electrolyte membrane 111 tends to vary in the vicinity of the manifold for supplying and discharging air and hydrogen.

次に、図５、図６によりセンサセル１００ａの詳細について説明する。図５は、センサセル１００ａの膜電極接合体１１０をセル１０ａの積層方向から見た透視図であり、図６は、本実施形態におけるセンサセル１００ａの部分断面図である。ここで、図６は、図５のＡ−Ａ断面図に対応している。なお、各膨潤量検出部１３０の内部構成はそれぞれ同等な構成となっているため、図６で示す膨潤量検出部１３０の内部構成を代表して説明し、他の膨潤量検出部１３０の説明を省略する。   Next, details of the sensor cell 100a will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view of the membrane electrode assembly 110 of the sensor cell 100a as viewed from the stacking direction of the cells 10a. FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the sensor cell 100a in the present embodiment. Here, FIG. 6 corresponds to the AA cross-sectional view of FIG. In addition, since the internal structure of each swelling amount detection part 130 becomes an equivalent structure, respectively, it demonstrates on behalf of the internal structure of the swelling amount detection part 130 shown in FIG. 6, and description of the other swelling amount detection part 130 Is omitted.

図５、図６に示すように、センサセル１００ａは、電解質膜１１１、触媒層１１２、および拡散層１１３からなる膜電極接合体（ＭＥＡ）１１０と、一対のセパレータ１２０とを備えている。電解質膜１１１の両外側には、触媒層１１２が配置され、各触媒層１１２の外側には拡散層１１３が配置されており、各拡散層１１３の外側には、セパレータ１２０が配置されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the sensor cell 100 a includes a membrane electrode assembly (MEA) 110 including an electrolyte membrane 111, a catalyst layer 112, and a diffusion layer 113, and a pair of separators 120. A catalyst layer 112 is disposed on both outer sides of the electrolyte membrane 111, a diffusion layer 113 is disposed on the outer side of each catalyst layer 112, and a separator 120 is disposed on the outer side of each diffusion layer 113.

ここで、触媒層１１２および拡散層１１３は、各電極（負極（水素極）、正極（空気極））を構成している。触媒層１１２は、カーボン担体に電気化学反応を促進する触媒（白金等）を担持させたカーボン担持白金触媒等で構成され、拡散層１１３は、導電体でかつ液体水分保持性能を有するカーボンクロス等で構成されている。   Here, the catalyst layer 112 and the diffusion layer 113 constitute each electrode (negative electrode (hydrogen electrode), positive electrode (air electrode)). The catalyst layer 112 is composed of a carbon-supported platinum catalyst or the like in which a catalyst (such as platinum) that promotes an electrochemical reaction is supported on a carbon support, and the diffusion layer 113 is a carbon cloth or the like that is a conductor and has liquid moisture retention performance. It consists of

また、一対のセパレータ１２０は、空気極と対向する面に空気極に空気を供給するための空気通路１２１ａが形成されたセパレータ１２１と水素極と対向する面に水素極に水素を供給するための水素通路１２２ａが形成されたセパレータ１２２からなる。各セパレータ１２０は、導電性金属又はカーボン材よりなる板状部材で構成されている。   The pair of separators 120 is for supplying hydrogen to the hydrogen electrode on the surface facing the separator 121 and the hydrogen electrode on which the air passage 121a for supplying air to the air electrode is formed on the surface facing the air electrode. The separator 122 is formed with a hydrogen passage 122a. Each separator 120 is composed of a plate-like member made of a conductive metal or a carbon material.

そして、センサセル１００ａには、膜電極接合体１１０の外周縁部の各角部からセル１０ａの積層方向に直交する方向であって膜電極接合体１１０から遠ざかる方向に突出するように４つの膨潤量検出部１３０が設けられている。   The sensor cell 100a has four swelling amounts so as to protrude from each corner of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110 in a direction orthogonal to the stacking direction of the cells 10a and away from the membrane electrode assembly 110. A detection unit 130 is provided.

具体的には、各膨潤量検出部１３０は、各セパレータ１２０間における膜電極接合体１１０の外周縁部の各角部に対応する位置に区画形成された膨潤室１３１、電解質膜１１１と同一平面状において電解質膜１１１の外周縁部と当接して配置され、電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤する膨潤部材１３２、および膨潤部材１３２の膨潤量を測定する膨潤量検出手段を構成する膨潤量検出機構１３３を有して構成されている。なお、膨潤部材１３２は、膨潤室１３１内に配置されている。   Specifically, each swelling amount detection unit 130 is flush with the swelling chamber 131 and the electrolyte membrane 111 that are partitioned at positions corresponding to the respective corners of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110 between the separators 120. The swelling member 132 is disposed in contact with the outer peripheral edge of the electrolyte membrane 111 and absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111 to swell, and the swelling amount detection means for measuring the swelling amount of the swelling member 132 is configured. A swelling amount detection mechanism 133 is provided. The swelling member 132 is disposed in the swelling chamber 131.

膨潤室１３１は、膨潤部材１３２が電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿した場合に、膨潤部材１３２がセル１０ａの積層方向に直交する方向であって電解質膜１１１から遠ざかる方向（以下、膨潤方向とも呼ぶ）にのみ膨潤することを許容するように区画形成されている。   When the swelling member 132 absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111, the swelling chamber 131 is a direction in which the swelling member 132 is perpendicular to the stacking direction of the cells 10a and away from the electrolyte membrane 111 (hereinafter also referred to as the swelling direction). It is defined so as to allow swelling only.

具体的には、膨潤室１３１は、膨潤部材１３２と電解質膜１１１とが当接する部位における電解質膜１１１の外周縁部に沿う方向（以下、膨潤室１３１、膨潤部材１３２の幅方向とも呼ぶ）の寸法は、膨潤部材１３２が幅方向に膨潤しないように、膨潤部材１３２の幅方向と同一寸法となっている。つまり、膨潤室１３１の幅方向の壁面によって、膨潤部材１３２が幅方向に膨潤することを規制している。   Specifically, the swelling chamber 131 is in a direction along the outer peripheral edge of the electrolyte membrane 111 at a portion where the swelling member 132 and the electrolyte membrane 111 abut (hereinafter also referred to as the width direction of the swelling chamber 131 and the swelling member 132). The dimensions are the same as the width direction of the swelling member 132 so that the swelling member 132 does not swell in the width direction. That is, the swelling member 132 is restricted from swelling in the width direction by the wall surface in the width direction of the swelling chamber 131.

さらに、膨潤室１３１は、膨潤部材１３２の膨潤方向における一端側（電解質膜１１１に近い側）の壁面が、膨潤部材１３２と電解質膜１１１とが当接可能に開口している。また、膨潤室１３１は、膨潤部材１３２の膨潤方向における他端側（電解質膜１１１から遠い側）の壁面が膨潤部材１３２と隙間が空くように区画形成されている。   Furthermore, in the swelling chamber 131, the wall surface on one end side (side closer to the electrolyte membrane 111) in the swelling direction of the swelling member 132 is opened so that the swelling member 132 and the electrolyte membrane 111 can come into contact with each other. In addition, the swelling chamber 131 is partitioned so that the wall surface on the other end side (the side far from the electrolyte membrane 111) in the swelling direction of the swelling member 132 is spaced from the swelling member 132.

さらに、膨潤部材１３２は、電解質膜１１１と同一平面状に配置される構成であるため、膨潤部材１３２は、電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿すると、膨順方向にのみ膨潤する。なお、膨潤部材１３２は、膨潤室１３１内の膨潤部材１３２の膨潤方向における他端側に形成された隙間を埋めるように膨潤する。   Further, since the swelling member 132 is configured to be disposed on the same plane as the electrolyte membrane 111, the swelling member 132 swells only in the expansion direction when moisture contained in the electrolyte membrane 111 is absorbed. The swelling member 132 swells so as to fill a gap formed on the other end side in the swelling direction of the swelling member 132 in the swelling chamber 131.

ここで、本実施形態の膨潤部材１３２は、電解質膜１１１と同様の材料、例えば、スルホン酸フルオロポリマ、ナフィオン（登録商標）等で構成され、電解質膜１１１同様に水分を含有する。つまり、膨潤部材１３２は、電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤する構成となっている。   Here, the swelling member 132 of the present embodiment is made of the same material as the electrolyte membrane 111, for example, a sulfonic acid fluoropolymer, Nafion (registered trademark), and the like, and contains moisture similarly to the electrolyte membrane 111. That is, the swelling member 132 is configured to absorb moisture contained in the electrolyte membrane 111 and swell.

また、膨潤部材１３２は、電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤するため、電解質膜１１１の含有水分量が多い場合は、膨潤部材１３２の膨潤量が多く、電解質膜１１１の含有水分量が少ない場合は、膨潤部材１３２の膨潤量が少ない状態となる。このように、電解質膜１１１の含有水分量と膨潤部材１３２の膨潤量とは、密接な相関関係を有している。   Further, since the swelling member 132 absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111 and swells, when the amount of moisture contained in the electrolyte membrane 111 is large, the swelling amount of the swelling member 132 is large and the amount of moisture contained in the electrolyte membrane 111. When the amount is small, the swelling amount of the swelling member 132 is small. Thus, the moisture content of the electrolyte membrane 111 and the swelling amount of the swelling member 132 have a close correlation.

なお、膨潤部材１３２は、電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿しやすいように電解質膜１１１よりも親水性基（親水性のスルホン酸基）の割合が多い構造（例えば、電解質膜１１１よりも微細なクラスタ構造）を有する材料を用いてもよい。この場合、膨潤部材１３２がより膨潤しやすくなるため、膨潤量検出部１３０で膨潤量を検出しやすくすることができる。   The swelling member 132 has a structure with a higher proportion of hydrophilic groups (hydrophilic sulfonic acid groups) than the electrolyte membrane 111 so as to easily absorb moisture contained in the electrolyte membrane 111 (for example, finer than the electrolyte membrane 111). A material having a cluster structure) may be used. In this case, since the swelling member 132 becomes easier to swell, the swelling amount can be easily detected by the swelling amount detector 130.

また、上述のように膨潤部材１３２は、膜電極接合体１１０の外周縁部に形成された膨潤室１３１内に配置される構成であるため、膨潤部材１３２の両側面が一対の電極１１２、１１３と接触しないように配置される構成となっている。すなわち、膨潤部材１３２は、センサセル１００ａにおける発電に寄与しない部位に配置される構成となっている。   Further, as described above, since the swelling member 132 is arranged in the swelling chamber 131 formed at the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110, both sides of the swelling member 132 are paired with the electrodes 112 and 113. It is the structure arrange | positioned so that it may not contact. That is, the swelling member 132 is configured to be disposed at a site that does not contribute to power generation in the sensor cell 100a.

次に、本実施形態の膨潤量検出機構１３３は、膨潤部材１３２に埋設された磁性体１３３ａ、および磁性体１３３ａの位置を検出する位置検出手段である近接センサ１３３ｂで構成されている。   Next, the swelling amount detection mechanism 133 of the present embodiment includes a magnetic body 133a embedded in the swelling member 132 and a proximity sensor 133b that is a position detection unit that detects the position of the magnetic body 133a.

この磁性体１３３ａは、膨潤部材１３２に埋設されているため、膨潤部材１３２が電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤（体積変化）すると、膨潤部材１３２の膨潤方向に移動する。   Since the magnetic body 133a is embedded in the swelling member 132, when the swelling member 132 absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111 and swells (changes in volume), the magnetic body 133a moves in the swelling direction of the swelling member 132.

また、近接センサ１３３ｂは、セパレータ１２０における膨潤部材１３２の膨潤方向の外側に配設されている。そのため、磁性体１３３ａは、膨潤部材１３２が電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤すると、近接センサ１３３ｂに近づくように移動することとなる。   Further, the proximity sensor 133b is disposed outside the swelling member 132 in the separator 120 in the swelling direction. For this reason, when the swelling member 132 absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111 and swells, the magnetic body 133a moves so as to approach the proximity sensor 133b.

つまり、近接センサ１３３ｂで検出する磁性体１３３ａの位置が近接センサ１３３ｂに対して近いほど膨潤部材１３２の膨潤量が多く、磁性体１３３ａの位置が近接センサ１３３ｂに対して遠いほど膨潤部材１３２の膨潤量が少ない状態となる。   That is, as the position of the magnetic body 133a detected by the proximity sensor 133b is closer to the proximity sensor 133b, the swelling amount of the swelling member 132 is larger, and as the position of the magnetic body 133a is farther from the proximity sensor 133b, the swelling of the swelling member 132 is increased. The amount becomes small.

また、膨潤部材１３２には、セル温度センサ１０２が設けられている。このセル温度センサ１０２は、膨潤部材１３２の温度変化によって吸湿できる水分量が変化することを考慮して設けられており、各膨潤量検出部１３０の膨潤部材１３２の温度を検出している。なお、セル温度センサ１０２は、膨潤部材１３２の温度を直接検出する構成でなくとも、間接的にセンサセル１００ａの温度を検出する構成としてもよい。   The swelling member 132 is provided with a cell temperature sensor 102. The cell temperature sensor 102 is provided in consideration of a change in the amount of moisture that can be absorbed by the temperature change of the swelling member 132, and detects the temperature of the swelling member 132 of each swelling amount detection unit 130. The cell temperature sensor 102 may not be configured to directly detect the temperature of the swelling member 132 but may be configured to indirectly detect the temperature of the sensor cell 100a.

次に、本実施形態の燃料電池１０の内部水分量制御について図７に基づいて説明する。図７は、制御装置５０のＣＰＵがＲＯＭ等に格納された制御プログラムにしたがって行う水分量制御の流れを示すフローチャートである。図７の制御フローは、燃料電池システムの作動後にスタートする。   Next, the internal water content control of the fuel cell 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a flow of moisture amount control performed by the CPU of the control device 50 in accordance with a control program stored in a ROM or the like. The control flow in FIG. 7 starts after the operation of the fuel cell system.

まず、ステップＳ１０にて、各センサセル１００ａの各膨潤量検出部１３０における膨潤量検出機構１３３で、膨潤部材１３２の膨潤量を検出する。具体的には、膨潤部材１３２に埋設された磁性体１３３ａの位置を近接センサ１３３ｂで検出する。   First, in step S10, the swelling amount of the swelling member 132 is detected by the swelling amount detection mechanism 133 in each swelling amount detector 130 of each sensor cell 100a. Specifically, the proximity sensor 133b detects the position of the magnetic body 133a embedded in the swelling member 132.

そして、近接センサ１３３ｂの検出値と膨潤部材１３２とを関連付けた制御マップ等を用いて、近接センサ１３３ｂの検出値から膨潤部材１３２の膨潤量を検出する。なお、この制御マップは、予め実験等で作成し、制御装置５０のＲＯＭ等に記憶しておけばよい。   Then, the swelling amount of the swelling member 132 is detected from the detection value of the proximity sensor 133b by using a control map or the like that associates the detection value of the proximity sensor 133b with the swelling member 132. The control map may be created in advance by experiments or the like and stored in the ROM or the like of the control device 50.

次に、ステップＳ２０にて、各センサセル１００ａの各膨潤量検出部１３０におけるセル温度センサ１０２で、それぞれの膨潤部材１３２の温度を検出する。   Next, in step S20, the temperature of each swelling member 132 is detected by the cell temperature sensor 102 in each swelling amount detection unit 130 of each sensor cell 100a.

次に、ステップＳ３０で、各膨潤量検出部１３０で検出した膨潤部材１３２の膨潤量とセル温度センサ１０２で検出した温度から各センサセル１００ａ内の各膨潤量検出部１３０における電解質膜１１１の含有水分量を測定する。具体的には、膨潤部材１３２の膨潤量およびセンサセル１００ａの温度と、電解質膜１１１の含有水分量とを関連付けた制御マップを用いて、各膨潤量検出部１３０の検出値とセル温度センサ１０２の検出値から電解質膜１１１の含有水分量を測定する。   Next, in step S30, the water content of the electrolyte membrane 111 in each swelling amount detection unit 130 in each sensor cell 100a from the swelling amount of the swelling member 132 detected by each swelling amount detection unit 130 and the temperature detected by the cell temperature sensor 102. Measure the amount. Specifically, using the control map that associates the swelling amount of the swelling member 132 and the temperature of the sensor cell 100a with the moisture content of the electrolyte membrane 111, the detection value of each swelling amount detector 130 and the cell temperature sensor 102 The moisture content of the electrolyte membrane 111 is measured from the detected value.

なお、膨潤部材１３２の膨潤量および温度と電解質膜１１１の含有水分量とを関連付けた制御マップは、予め実験等で作成し、制御装置５０のＲＯＭ等に記憶しておけばよい。   A control map that associates the swelling amount and temperature of the swelling member 132 with the moisture content of the electrolyte membrane 111 may be created in advance through experiments and stored in the ROM of the control device 50 or the like.

次に、ステップＳ４０で、燃料電池１０の内部水分状態が、ドライアップ状態か否かを判定する。このドライアップ状態か否かの判定は、ステップＳ３０で測定した各センサセル１００ａ内の各膨潤量検出部１３０で検出した電解質膜１１１の含有水分量に基づいて行なう。具体的には、各センサセル１００ａ内の各膨潤量検出部１３０で測定した電解質膜１１１の含有水分量の最小値若しくは平均値等が、予め実験等により設定した乾燥基準量を下回る場合にドライアップ状態と判定することができる。   Next, in step S40, it is determined whether or not the internal moisture state of the fuel cell 10 is in a dry-up state. The determination of whether or not this dry-up state is performed is performed based on the moisture content of the electrolyte membrane 111 detected by each swelling amount detection unit 130 in each sensor cell 100a measured in step S30. Specifically, when the minimum value or average value of the moisture content of the electrolyte membrane 111 measured by each swelling amount detection unit 130 in each sensor cell 100a is lower than the drying reference amount set in advance through experiments or the like, the dry up is performed. The state can be determined.

ステップＳ４０でドライアップ状態と判定された場合には、ステップＳ５０でドライアップ対策処理を行なう。ドライアップ対策処理としては、例えば、空気調圧弁２３を閉鎖側に絞るとともに、燃料電池１０の負荷率を増加される処理を行なえばよい。   If it is determined in step S40 that the vehicle is in a dry-up state, a dry-up countermeasure process is performed in step S50. As the dry-up countermeasure processing, for example, the air pressure regulating valve 23 may be narrowed to the closed side and the processing for increasing the load factor of the fuel cell 10 may be performed.

これによれば、空気調圧弁２３を閉鎖側に絞ることで、各セル１０ａへの加湿器２２で加湿された空気量を増加させることができる。また、燃料電池１０の負荷率を増加させることで燃料電池１０の発電に伴う生成水が増加する。従って、各セル１０ａにおける電解質膜１１１の含有水分量を増加させることができ、ドライアップ状態を解消することができる。なお、燃料電池１０の負荷率は、定格負荷に対する割合を意味している。   According to this, the air quantity humidified by the humidifier 22 to each cell 10a can be increased by restricting the air pressure regulating valve 23 to the closed side. Further, the generated water accompanying the power generation of the fuel cell 10 increases by increasing the load factor of the fuel cell 10. Therefore, the moisture content of the electrolyte membrane 111 in each cell 10a can be increased, and the dry-up state can be eliminated. Note that the load factor of the fuel cell 10 means a ratio to the rated load.

一方、ステップＳ４０でドライアップ状態と判定されなかった場合には、ステップＳ６０で燃料電池１０の水分状態がフラッディング状態か否かを判定する。このフラッディング状態か否かの判定は、ステップＳ３０で測定した電解質膜１１１の含有水分量に基づいて行なう。具体的には、各センサセル１００ａ内の各膨潤量検出部１３０で測定した電解質膜１１１の含有水分量の最大値若しくは平均値等が、予め実験等により設定した湿潤基準量を上回る場合にフラッディング状態と判定する。   On the other hand, if it is not determined in step S40 that the fuel cell 10 is in the dry-up state, it is determined in step S60 whether the moisture state of the fuel cell 10 is the flooding state. The determination as to whether or not the flooding state is present is made based on the moisture content of the electrolyte membrane 111 measured in step S30. Specifically, when the maximum value or the average value of the moisture content of the electrolyte membrane 111 measured by each swelling amount detection unit 130 in each sensor cell 100a exceeds the wet reference amount set in advance through experiments or the like, the flooding state Is determined.

ステップＳ６０でフラッディング状態と判定された場合には、ステップＳ７０でフラッディング対策処理を行なう。フラッディング対策処理としては、例えば、空気調圧弁２３若しくは水素排出配管３０ｂの電磁弁３４を開放側に開くとともに、空気ポンプ２１からの空気の供給量の増加若しくは水素調圧弁３２を開放側に開く処理を行なえばよい。   If it is determined in step S60 that the flooding state has occurred, a flooding countermeasure process is performed in step S70. As the flooding countermeasure process, for example, the air pressure regulating valve 23 or the electromagnetic valve 34 of the hydrogen discharge pipe 30b is opened to the open side, the air supply amount from the air pump 21 is increased, or the hydrogen pressure regulating valve 32 is opened to the open side. Should be done.

これによれば、空気調圧弁２３若しくは電磁弁３４を開放側に開くことで、排出ガスととともに電解質膜１１１に含まれる水分を外部に排出することができる。また、空気ポンプ２１からの空気の供給量の増加、若しくは水素調圧弁３２を開放側に開くことで、電解質膜１１１に含まれる水分を外部に排出し易くすることができる。従って、各セル１０ａにおける電解質膜１１１の含有水分量を減少させることができ、フラッディング状態を解消することができる。   According to this, by opening the air pressure regulating valve 23 or the electromagnetic valve 34 to the open side, moisture contained in the electrolyte membrane 111 can be discharged to the outside together with the exhaust gas. In addition, by increasing the amount of air supplied from the air pump 21 or opening the hydrogen pressure regulating valve 32 to the open side, it is possible to easily discharge moisture contained in the electrolyte membrane 111 to the outside. Therefore, the water content of the electrolyte membrane 111 in each cell 10a can be reduced, and the flooding state can be eliminated.

なお、上述のステップＳ３０の処理が、本発明の水分量測定手段に相当し、ステップＳ４０〜ステップＳ７０の処理が、本発明の水分量制御手段に相当している。   In addition, the process of the above-mentioned step S30 corresponds to the moisture content measuring means of the present invention, and the processes of steps S40 to S70 correspond to the moisture content control means of the present invention.

以上説明したように、本実施形態の構成では、各膨潤量検出部１３０において検出する膨潤部材１３２の膨潤量およびセル温度センサ１０２で検出する膨潤部材１３２の温度に基づいて、電解質膜１１１の含有水分量を測定する構成とすることで、各セル１０ａにおける温度のバラツキが生じたとしても、電解質膜１１１の含有水分量を正確に測定することができる。   As described above, in the configuration of the present embodiment, the inclusion of the electrolyte membrane 111 is based on the swelling amount of the swelling member 132 detected by each swelling amount detection unit 130 and the temperature of the swelling member 132 detected by the cell temperature sensor 102. By adopting a configuration that measures the amount of water, the amount of water contained in the electrolyte membrane 111 can be accurately measured even if the temperature of each cell 10a varies.

さらに、電解質膜１１１と同一平面状に配置した膨潤部材１３２にて水分を吸湿する構成とすることで、電解質膜１１１が厚さ方向に膨潤して他の構成（セパレータ１２０等）と干渉することを抑制することができる。   Furthermore, by adopting a configuration in which moisture is absorbed by the swelling member 132 arranged in the same plane as the electrolyte membrane 111, the electrolyte membrane 111 swells in the thickness direction and interferes with other configurations (such as the separator 120). Can be suppressed.

また、膨潤部材１３２を配置する膨潤室１３１を発電に寄与しない部位に設ける構成とすることで、膨潤部材１３２を燃料電池１０の発電に伴う膜痩せ等の劣化から保護することができる。従って、膨潤部材１３２の劣化による膨潤量の検出誤差が生じるのを抑制することができるため、電解質膜１１１の含有水分量を正確に測定することができる。   In addition, by providing the swelling chamber 131 in which the swelling member 132 is disposed in a portion that does not contribute to power generation, the swelling member 132 can be protected from deterioration such as film thinning accompanying power generation of the fuel cell 10. Accordingly, since it is possible to suppress the detection error of the swelling amount due to the deterioration of the swelling member 132, the water content in the electrolyte membrane 111 can be accurately measured.

また、水分量測定装置１００で正確に測定した電解質膜１１１の含有水分量に基づいて燃料電池１０の積層方向における水分状態を判定することができるため、燃料電池１０の内部水分量を適切に管理することができる。   Further, since the moisture state in the stacking direction of the fuel cell 10 can be determined based on the moisture content of the electrolyte membrane 111 accurately measured by the moisture content measuring apparatus 100, the internal moisture content of the fuel cell 10 is appropriately managed. can do.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。ここで、図８は、本実施形態におけるセンサセル１００ａの部分断面図である。なお、図８は、図５のＡ−Ａ断面図に対応している。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the sensor cell 100a in the present embodiment. 8 corresponds to the AA cross-sectional view of FIG.

上述の実施形態では、膨潤量検出部１３０における膨潤量検出機構１３３を、膨潤部材１３２に埋設された磁性体１３３ａと磁性体１３３ａの位置を検出する近接センサ１３３ｂとで構成する例について説明した。本実施形態では、膨潤量検出機構１３３を圧力センサ１３３ｃで構成する例について説明する。以下、上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。   In the above-described embodiment, the example in which the swelling amount detection mechanism 133 in the swelling amount detection unit 130 includes the magnetic body 133a embedded in the swelling member 132 and the proximity sensor 133b that detects the position of the magnetic body 133a has been described. In the present embodiment, an example in which the swelling amount detection mechanism 133 is configured by a pressure sensor 133c will be described. Hereinafter, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

具体的には、図８に示すように、膨潤室１３１において膨潤部材１３２と電解質膜１１１と当接させる一端側の反対側（電解質膜１１１から遠い側）に圧力センサ１３３ｃを配設する。そして、膨潤部材１３２が電解質膜１１１に含まれる水分を吸湿して膨潤する際に、膨潤部材１３２の膨潤によって発生する押圧力を圧力センサ１３３ｃで検出する。   Specifically, as shown in FIG. 8, the pressure sensor 133 c is disposed on the opposite side (the far side from the electrolyte membrane 111) of the swelling chamber 131 to the side where the swelling member 132 and the electrolyte membrane 111 are brought into contact. Then, when the swelling member 132 absorbs moisture contained in the electrolyte membrane 111 and swells, the pressure sensor 133 c detects the pressing force generated by the swelling of the swelling member 132.

そして、圧力センサ１３３ｃの検出値と膨潤部材１３２とを関連付けた制御マップ等を用いて、圧力センサ１３３ｃの検出値から膨潤部材１３２の膨潤量を検出する。なお、この制御マップは、予め実験等で作成し、制御装置５０のＲＯＭ等に記憶しておけばよい。   Then, the swelling amount of the swelling member 132 is detected from the detection value of the pressure sensor 133c, using a control map that associates the detection value of the pressure sensor 133c with the swelling member 132. The control map may be created in advance by experiments or the like and stored in the ROM or the like of the control device 50.

次に、各センサセル１００ａの各膨潤量検出部１３０におけるセル温度センサ１０２で、膨潤部材１３２の温度を検出し、各膨潤量検出部１３０の膨潤量検出機構１３３で検出した膨潤量とセル温度センサ１０２で検出した温度から各センサセル１００ａ内の電解質膜１１１の含有水分量を測定する。   Next, the cell temperature sensor 102 in each swelling amount detection unit 130 of each sensor cell 100a detects the temperature of the swelling member 132, and the swelling amount detected by the swelling amount detection mechanism 133 of each swelling amount detection unit 130 and the cell temperature sensor. From the temperature detected at 102, the water content of the electrolyte membrane 111 in each sensor cell 100a is measured.

具体的には、膨潤部材１３２の膨潤量および温度と、電解質膜１１１の含有水分量とを関連付けた制御マップを用いて、各膨潤量検出部１３０の膨潤量検出機構１３３の検出値とセル温度センサ１０２の検出値から電解質膜１１１の含有水分量を測定する。なお、膨潤部材１３２の膨潤量（圧力センサ１３３ｃの検出値）および温度と電解質膜１１１の含有水分量とを関連付けた制御マップは、予め実験等で作成し、制御装置５０のＲＯＭ等に記憶しておけばよい。   Specifically, using the control map that associates the swelling amount and temperature of the swelling member 132 with the moisture content of the electrolyte membrane 111, the detection value and cell temperature of the swelling amount detection mechanism 133 of each swelling amount detection unit 130 The moisture content of the electrolyte membrane 111 is measured from the detection value of the sensor 102. A control map that associates the swelling amount of the swelling member 132 (detected value of the pressure sensor 133c) and the temperature with the moisture content of the electrolyte membrane 111 is created in advance through experiments or the like and stored in the ROM or the like of the control device 50. Just keep it.

このように、膨潤量検出機構１３３の構成を圧力センサ１３３ｃで構成したとしても、膨潤部材１３２の膨潤量を検出することができ、第１実施形態の構成と同様な効果を得ることができる。   Thus, even if the configuration of the swelling amount detection mechanism 133 is configured by the pressure sensor 133c, the amount of swelling of the swelling member 132 can be detected, and the same effect as the configuration of the first embodiment can be obtained.

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows.

（１）上述の実施形態では、センサセル１００ａにおける膜電極接合体１１０の外周縁部における各角部に４つの膨潤量検出部１３０を設ける例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、膜電極接合体１１０の外周縁部における水素若しくは空気を供給するためのマニホールド近傍で電解質膜１１１の含有水分量が最も変化しやすい部位に１つ設ける構成でもよく、逆に膜電極接合体１１０の周縁部に多数設けてもよい。   (1) In the above-described embodiment, the example in which the four swelling amount detection units 130 are provided at each corner portion of the outer peripheral edge portion of the membrane electrode assembly 110 in the sensor cell 100a has been described, but the embodiment is not limited thereto. For example, a configuration may be adopted in which one is provided in a portion where the water content of the electrolyte membrane 111 is most likely to change in the vicinity of the manifold for supplying hydrogen or air at the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 110. Many may be provided in the peripheral part of 110.

（２）上述の実施形態では、センサセル１００ａを燃料電池１０のセル１０ａの積層方向の両端側、および中央側に配置する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池１０における少なくともセル１０ａの積層方向の一端側と中央側に配置する構成であれ、燃料電池１０の積層方向における水分状態の分布を把握することができる。   (2) In the above-described embodiment, the example in which the sensor cell 100a is disposed on both ends and the center in the stacking direction of the cells 10a of the fuel cell 10 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, even if it is the structure arrange | positioned at the one end side and center side of the lamination direction of the cell 10a in the fuel cell 10, distribution of the moisture state in the lamination direction of the fuel cell 10 can be grasped | ascertained.

（３）上述の実施形態では、膨潤部材１３２の膨潤量の検出する場合や電解質膜１１１の含有水分量を測定する場合に、予め制御装置５０のＲＯＭ等に記憶しておいた制御マップに基づいているが、これに限定されず、例えば、理論式等に基づいて算出してもよい。   (3) In the above-described embodiment, when the swelling amount of the swelling member 132 is detected or when the moisture content of the electrolyte membrane 111 is measured, based on the control map stored in advance in the ROM or the like of the control device 50. However, the present invention is not limited to this, and may be calculated based on, for example, a theoretical formula.

（４）上述の実施形態では、燃料電池１０の内部水分状態の判定方法、および内部水分量の制御方法についての例を説明したが、説明した例に限定されず、他の内部水分状態の判定方法、および内部水分量の制御方法を採用することができる。   (4) In the above-described embodiment, the example of the determination method of the internal moisture state of the fuel cell 10 and the control method of the internal moisture amount has been described. However, the present invention is not limited to the described example, and determination of other internal moisture states The method and the control method of the amount of internal moisture can be adopted.

第１実施形態の燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第１実施形態の燃料電池の斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell of a 1st embodiment. 燃料電池の積層方向における温度分布を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the temperature distribution in the lamination direction of a fuel cell. 第１実施形態のセンサセルの分解図である。It is an exploded view of the sensor cell of a 1st embodiment. 第１実施形態のセンサセルの内部構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the internal structure of the sensor cell of 1st Embodiment. 第１実施形態のセンサセルの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the sensor cell of a 1st embodiment. 第１実施形態の水分量制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the moisture content control of 1st Embodiment. 第２実施形態のセンサセルの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the sensor cell of a 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池
１０ａ セル
５０ 制御装置
１００ 水分量測定装置
１００ａ センサセル（膨潤検出部が設けられた燃料電池セル）
１３１ 膨潤室
１３２ 膨潤部材
１３３ 膨潤量検出機構（膨潤量検出手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 10a Cell 50 Control apparatus 100 Water content measuring apparatus 100a Sensor cell (Fuel battery cell provided with a swelling detection unit)
131 swelling chamber 132 swelling member 133 swelling amount detection mechanism (swelling amount detection means)

Claims (8)

固体高分子膜からなる電解質膜（１１１）を有して酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを出力する燃料電池セル（１０ａ）を複数積層配置して構成された燃料電池（１０）に適用され、前記複数の燃料電池セル（１０ａ）における少なくとも１つの燃料電池セル（１００ａ）の前記電解質膜（１１１）の含有水分量を測定する水分量測定装置であって、
前記少なくとも１つの燃料電池セル（１００ａ）における前記電解質膜（１１１）の同一平面上において前記電解質膜（１１１）の外周縁部に当接して配置され、前記電解質膜（１１１）に含まれる水分を吸湿して膨潤する膨潤部材（１３２）と、
前記膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出する膨潤量検出手段（１３３）と、
前記膨潤部材（１３２）が配置された燃料電池セル（１００ａ）の温度を検出するセル温度検出手段（１０２）と、
前記電解質膜（１１１）の含有水分量を測定する水分量測定手段とを備え、
前記水分量測定手段は、前記膨潤量検出手段（１３３）の検出値および前記セル温度検出手段（１０２）の検出値に基づいて前記電解質膜（１１１）の含有水分量を測定することを特徴とする水分量測定装置。 A fuel cell having an electrolyte membrane (111) made of a solid polymer membrane and having a plurality of stacked fuel cell cells (10a) that output an electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas. (10) is a moisture content measuring device for measuring the moisture content of the electrolyte membrane (111) of at least one fuel cell (100a) in the plurality of fuel cells (10a),
Moisture contained in the electrolyte membrane (111) is disposed on the same plane of the electrolyte membrane (111) in the at least one fuel cell (100a) in contact with the outer peripheral edge of the electrolyte membrane (111). A swelling member (132) that swells by absorbing moisture;
Swelling amount detecting means (133) for detecting the swelling amount of the swelling member (132);
Cell temperature detecting means (102) for detecting the temperature of the fuel cell (100a) in which the swelling member (132) is disposed;
Water content measuring means for measuring the water content of the electrolyte membrane (111),
The moisture content measuring means measures the moisture content of the electrolyte membrane (111) based on the detection value of the swelling amount detection means (133) and the detection value of the cell temperature detection means (102). Moisture content measuring device. 前記膨潤部材（１３２）は、膨潤室（１３１）内に配置され、
前記膨潤室（１３１）は、前記膨潤部材（１３２）が前記電解質膜（１１１）に含まれる水分を吸湿した場合に、前記膨潤部材（１３２）が前記燃料電池セル（１０ａ）の積層方向に直交する方向であって、前記電解質膜（１１１）から遠ざかる方向にのみ膨潤することを許容するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水分量測定装置。 The swelling member (132) is disposed in the swelling chamber (131),
The swelling chamber (131) is perpendicular to the stacking direction of the fuel cells (10a) when the swelling member (132) absorbs moisture contained in the electrolyte membrane (111). The moisture content measuring device according to claim 1, wherein the moisture content measuring device is provided so as to allow swelling only in a direction away from the electrolyte membrane (111). 前記電解質膜（１１１）の両側には、一対の電極（１１２、１１３）が配置されており、
前記膨潤部材（１３２）は、前記一対の電極（１１２、１１３）と接触しないように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の水分量測定装置。 A pair of electrodes (112, 113) are disposed on both sides of the electrolyte membrane (111),
The moisture measuring device according to claim 2, wherein the swelling member (132) is disposed so as not to contact the pair of electrodes (112, 113). 前記膨潤量検出手段（１３３）は、前記膨潤部材（１３２）に埋設されて前記膨潤部材（１３２）の膨潤量に応じて移動する磁性体（１３３ａ）と、前記磁性体（１３３ａ）の位置を検出する位置検出手段（１３３ｂ）とを有して構成され、前記位置検出手段（１３３ｂ）の検出値に基づいて前記膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水分量測定装置。   The swelling amount detection means (133) includes a magnetic body (133a) that is embedded in the swelling member (132) and moves according to the swelling amount of the swelling member (132), and positions of the magnetic body (133a). The position detecting means (133b) for detecting is configured to detect the amount of swelling of the swelling member (132) based on the detection value of the position detecting means (133b). The water content measuring apparatus according to any one of 3. 前記膨潤量検出手段（１３３）は、前記膨潤部材（１３２）に当接して配置されて前記膨潤部材（１３３）の膨潤量に応じて生ずる押圧力を検出する圧力センサ（１３３ｃ）を有して構成され、前記圧力センサ（１３３ｃ）の検出値に基づいて前記膨潤部材（１３２）の膨潤量を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水分量測定装置。   The swelling amount detection means (133) includes a pressure sensor (133c) that is disposed in contact with the swelling member (132) and detects a pressing force generated according to the swelling amount of the swelling member (133). The water content measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the device is configured to detect a swelling amount of the swelling member (132) based on a detection value of the pressure sensor (133c). 前記膨潤部材（１３２）は、前記電解質膜（１１１）よりも親水性基の割合が多い構造としていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の水分量測定装置。   The water content measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the swelling member (132) has a structure in which the ratio of hydrophilic groups is larger than that of the electrolyte membrane (111). 前記膨潤部材（１３２）は、少なくとも前記燃料電池（１０）の積層方向の一端側の燃料電池セル（１００ａ）、および前記燃料電池（１０）の積層方向の中央側の燃料電池セル（１００ａ）に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の水分量測定装置。   The swelling member (132) is at least on the fuel cell (100a) on one end side in the stacking direction of the fuel cell (10) and on the fuel cell (100a) on the center side in the stacking direction of the fuel cell (10). The water content measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein the device is provided. 請求項７に記載の水分量測定装置（１００）を適用した燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池（１０）の内部水分量を制御する水分量制御手段（５０）を備え、
前記水分量制御手段（５０）は、前記水分量測定手段で測定した前記電解質膜（１１１）の含有水分量に基づいて前記燃料電池（１０）の内部水分状態を判定し、前記燃料電池（１０）の内部水分量を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell to which the moisture content measuring device (100) according to claim 7 is applied,
Water content control means (50) for controlling the internal water content of the fuel cell (10);
The moisture amount control means (50) determines the internal moisture state of the fuel cell (10) based on the moisture content of the electrolyte membrane (111) measured by the moisture amount measurement means, and the fuel cell (10 ) To control the internal water content.
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