JP2010097739A - Fuel cell system - Google Patents

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Tadao Kimura
忠雄 木村
Masaki Mitsui
雅樹 三井
Katsumi Takatsu
克己 高津
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system detecting and controlling with high accuracy a volume of liquid component collected in a tank of a separating part. <P>SOLUTION: The fuel cell system is provided with a fuel cell stack, a first supply part supplying fuel, a second supply part supplying gas containing an oxidant, a separating part 10 retaining liquid 38 separated from gas-liquid mixture fluid consisting of either a reaction product generated at an anode electrode and a cathode electrode or gas, and equipped with a tank 30 with side faces processed in irregular shapes, a liquid volume detecting part 36 consisting of a pair of detection electrodes 36A, 36B for detecting a volume of the liquid 38, the detection electrodes 36A, 36B fitted along the irregular shapes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池から排出される気液混合流体から分離した液体が貯留されるタンクの液量検出に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a liquid level detection in a tank in which a liquid separated from a gas-liquid mixed fluid discharged from a fuel cell is stored.

近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まっている。また、小型民生用途のみならず、電力貯蔵用や電気自動車用などの長期に渡る耐久性や安全性が要求される大型の二次電池に対する技術開発も加速してきている。さらに、充電を必要とする二次電池よりも燃料供給によって長時間連続して使用できる燃料電池が注目されている。   2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have become rapidly portable and cordless, and there is an increasing demand for secondary batteries that are small and lightweight and have high energy density as power sources for driving these devices. In addition, technological development for large-sized secondary batteries, which are required not only for small consumer applications but also for long-term durability and safety, such as for power storage and electric vehicles, has been accelerated. Furthermore, a fuel cell that can be used continuously for a long time by supplying fuel is attracting attention rather than a secondary battery that requires charging.

燃料電池は、少なくとも、セルスタックを含む燃料電池スタックと、セルスタックに燃料を供給する燃料供給部と、酸化剤を供給する酸化剤供給部とを有する。そして、セルスタックは、一般に、アノード電極と、カソード電極と、これらの電極の間に介在する電解質膜とからなる膜電極接合体と、セパレータとを積層し、積層方向の両端にエンドプレートを配して構成されている。   The fuel cell includes at least a fuel cell stack including a cell stack, a fuel supply unit that supplies fuel to the cell stack, and an oxidant supply unit that supplies an oxidant. In general, a cell stack is formed by laminating a membrane electrode assembly including an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane interposed between these electrodes, and a separator, and arranging end plates at both ends in the laminating direction. Configured.

このような燃料電池スタックとして、直接メタノール型燃料電池(DMFC)が開発されている。DMFCにおいては、燃料としてメタノール水溶液が、酸化剤として空気中の酸素が用いられる。その結果、アノード電極からは反応生成物である二酸化炭素および燃料の残分である未反応メタノールや水などの水溶液が排出される。そのため、携帯機器においては、排出された水溶液を燃料供給部へ戻すのが一般的である。一方、カソード電極からは反応生成物の水や水蒸気とともに、カソード電極を経た窒素や未反応の酸素などが排出される。このとき、燃料電池システムでは、アノード電極の反応で水が必要であるため、カソード電極で生成した水を燃料供給部へ戻して再利用している。これにより、燃料電池スタックから排出される液体成分を循環させて利用することで、燃料電池システムの可搬性を向上させている。   As such a fuel cell stack, a direct methanol fuel cell (DMFC) has been developed. In DMFC, an aqueous methanol solution is used as a fuel, and oxygen in the air is used as an oxidant. As a result, carbon dioxide which is a reaction product and an aqueous solution such as unreacted methanol and water which are the remainder of the fuel are discharged from the anode electrode. Therefore, in a portable device, the discharged aqueous solution is generally returned to the fuel supply unit. On the other hand, nitrogen, unreacted oxygen and the like that have passed through the cathode electrode are discharged from the cathode electrode together with water and water vapor as reaction products. At this time, in the fuel cell system, since water is required for the reaction of the anode electrode, the water generated by the cathode electrode is returned to the fuel supply unit and reused. Accordingly, the liquid component discharged from the fuel cell stack is circulated and used, thereby improving the portability of the fuel cell system.

しかし、液体成分を直接、燃料供給部に戻す場合、最適な燃料濃度で燃料電池システムを発電させることが困難となる。   However, when the liquid component is returned directly to the fuel supply unit, it becomes difficult to generate power in the fuel cell system with an optimal fuel concentration.

そこで、燃料電池スタックからの排出物を直接、燃料供給部へ戻すのではなく、気体成分と液体成分とを分離した後、液体成分をタンクに貯留して、必要な量を燃料供給部へ供給する方法が一般的に行われている。そのため、タンクに貯留される液体成分の量を管理することが重要となる。   Therefore, instead of returning the exhaust from the fuel cell stack directly to the fuel supply unit, after separating the gas component and the liquid component, the liquid component is stored in the tank and the required amount is supplied to the fuel supply unit. The method to do is generally done. Therefore, it is important to manage the amount of liquid component stored in the tank.

一方、燃料タンク内の燃料の貯留量を検出するために、燃料タンクに一対の電極を設け、この電極間の静電容量の変化から燃料の貯留量を検知する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, in order to detect the amount of fuel stored in the fuel tank, a method is disclosed in which a pair of electrodes is provided in the fuel tank and the amount of fuel stored is detected from a change in capacitance between the electrodes (for example, , See Patent Document 1).

また、燃料電池のアノード電極、カソード電極からの排出溶液を回収するタンクの液量を検出する静電容量型の液量検知機能を備えた燃料電池システムが開示されている(例えば、特許文献2参照)。以下に、特許文献2に示す燃料電池システムのタンクの液量を検出する液量検知機能について、図12を参照しながら簡単に説明する。   In addition, a fuel cell system having a capacitance type liquid amount detection function for detecting the amount of liquid in a tank that collects a solution discharged from an anode electrode and a cathode electrode of a fuel cell is disclosed (for example, Patent Document 2). reference). Hereinafter, the liquid amount detection function for detecting the liquid amount in the tank of the fuel cell system shown in Patent Document 2 will be briefly described with reference to FIG.

図12(a)は、従来の燃料電池システムの液量検知機能を説明するタンク110の概略斜視図で、図12(b)は図12(a)の12B−12B線断面図、図12(c)は図12(a)の12C−12C線断面図である。   12 (a) is a schematic perspective view of a tank 110 for explaining the liquid level detection function of a conventional fuel cell system, FIG. 12 (b) is a sectional view taken along the line 12B-12B of FIG. 12 (a), and FIG. FIG. 12C is a sectional view taken along line 12C-12C in FIG.

図12(a)や図12(b)に示すように、タンク110は、アノード電極(図示せず)から排出された溶液を導入する導入管132Aとカソード電極(図示せず)から排出された溶液を導入する導入管132Bおよび溶液を排出する排出管132Cを備えている。また、図12(c)に示すように、タンク110は、その対向する平坦な側面に設けられた、一対の検出電極136A、136Bからなる液量検知部136を有している。そして、一対の検出電極136A、136B間に存在する溶液の液量を、静電容量の変化により検出している。
特開2006−040836号公報 特開2007−220453号公報
As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the tank 110 was discharged from the introduction tube 132A for introducing the solution discharged from the anode electrode (not shown) and the cathode electrode (not shown). An introduction pipe 132B for introducing the solution and a discharge pipe 132C for discharging the solution are provided. Further, as shown in FIG. 12C, the tank 110 has a liquid amount detection unit 136 including a pair of detection electrodes 136A and 136B provided on the opposing flat side surfaces. Then, the amount of the solution existing between the pair of detection electrodes 136A and 136B is detected by a change in capacitance.
JP 2006-040836 A JP 2007-220453 A

しかしながら、特許文献1の燃料電池システムによれば、例えば燃料カートリッジなどの燃料タンクに存在する燃料の量を検知するものであり、カソード電極から排出されタンクに貯留される水などの液体成分の量を検出する構成ではない。しかし、特許文献1の技術をタンク内の液体成分の量を検知する応用することは可能である。   However, according to the fuel cell system of Patent Document 1, for example, the amount of fuel present in a fuel tank such as a fuel cartridge is detected, and the amount of liquid components such as water discharged from the cathode electrode and stored in the tank. It is not the structure which detects. However, it is possible to apply the technique of Patent Document 1 to detect the amount of the liquid component in the tank.

ところが、特許文献1の技術を応用しても、携帯性に優れる燃料電池システムを構築する場合、タンクの小型化や薄型化の要求により貯留される液体成分の量が制限される。さらに、タンクから液体成分が溢れたり、枯渇したりしないように、高精度に液体成分の量を検出することが要求される。なぜなら、液量の検知機能の向上により検出誤差などが抑制されるため、同じ容量のタンクにおいても貯留する液体成分の量を増加できるからである。   However, even when the technology of Patent Document 1 is applied, when a fuel cell system having excellent portability is constructed, the amount of liquid components stored is limited due to the demand for miniaturization and thinning of the tank. Furthermore, it is required to detect the amount of the liquid component with high accuracy so that the liquid component does not overflow or deplete from the tank. This is because the detection error and the like are suppressed by improving the liquid volume detection function, so that the amount of liquid component stored can be increased even in a tank having the same capacity.

一般に、静電容量は、電極間に挟まれる物質の誘電率が一定の場合、対向する電極の面積に比例し、電極の間隔に反比例する。そこで、高精度に液体成分の貯留量を検知するために、例えばタンクの高さを高くした場合、タンクが大型化し燃料電池システムの小型・薄型化が困難である。また、対向する電極間の距離を狭くした場合、タンクに必要な液体の貯留量を確保できないという課題がある。つまり、携帯機器などに搭載される燃料電池システムにおいては、タンク内に必要量の液体成分を確保するとともに、小型・薄型化することが重要となる。   In general, when the dielectric constant of a substance sandwiched between electrodes is constant, the capacitance is proportional to the area of the opposing electrodes and inversely proportional to the distance between the electrodes. Therefore, in order to detect the storage amount of the liquid component with high accuracy, for example, when the height of the tank is increased, the tank becomes large and it is difficult to reduce the size and thickness of the fuel cell system. Moreover, when the distance between the opposing electrodes is narrowed, there is a problem that the amount of liquid storage required for the tank cannot be secured. In other words, in a fuel cell system mounted on a portable device or the like, it is important to secure a necessary amount of liquid components in the tank and to reduce the size and thickness.

また、特許文献2の燃料電池システムにおいても、図12に示すようなタンクの液量を直接検出する液量検知機能を開示しているが、液量を高精度に検出する場合においては、特許文献1の燃料電池システムと同様の課題がある。   Further, the fuel cell system of Patent Document 2 also discloses a liquid amount detection function for directly detecting the liquid amount in the tank as shown in FIG. 12, but in the case of detecting the liquid amount with high accuracy, the patent There is the same problem as the fuel cell system of Document 1.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、分離部のタンクに貯留される液体成分の量を高精度に検知して制御する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that detects and controls the amount of liquid component stored in a tank of a separation unit with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、アノード電極とカソード電極とアノード電極とカソード電極との間に介在する電解質膜とを積層した膜電極接合体を含む燃料電池スタックと、アノード電極に燃料を供給する第1供給部と、カソード電極に酸化剤を含むガスを供給する第2供給部と、アノード電極で発生した反応生成物および燃料の残分とカソード電極で発生した反応生成物およびカソード電極を経たガスの少なくとも一方で構成された気液混合流体から液体を分離する気液分離膜および分離された液体を保持し対向する側面が凹凸形状に加工されたタンクとを有する分離部と、タンクの互いに対向する側面に設けたタンク内の液体の量を検出する一対の検出電極からなる液量検知部と、を備え、液量検知部が凹凸形状に沿って設けられた構成を有する。   To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack including a membrane electrode assembly in which an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane interposed between the anode electrode and the cathode electrode are stacked. A first supply section for supplying fuel to the anode electrode, a second supply section for supplying a gas containing an oxidant to the cathode electrode, a reaction product generated at the anode electrode, a residue of fuel, and a reaction generated at the cathode electrode A gas-liquid separation membrane that separates the liquid from the gas-liquid mixed fluid composed of at least one of the product and the gas that has passed through the cathode electrode, and a tank that holds the separated liquid and has opposite side surfaces processed into irregular shapes A separation unit, and a liquid level detection unit comprising a pair of detection electrodes for detecting the amount of liquid in the tank provided on opposite sides of the tank. Having the structure provided along the Jo.

この構成により、タンクに設けられた液量検知部を構成する検出電極の対向面積を拡大して、液体成分の量を高精度に検出し、その量を制御することができる。   With this configuration, it is possible to enlarge the facing area of the detection electrodes constituting the liquid amount detection unit provided in the tank, detect the amount of the liquid component with high accuracy, and control the amount.

本発明によれば、タンクに設けられた液量検知部を構成する検出電極の対向面積を拡大して、液体成分の量を高精度に検出して制御する、小型化や薄型化の容易な燃料電池システムを実現できる。   According to the present invention, the opposing area of the detection electrodes constituting the liquid amount detection unit provided in the tank is enlarged, and the amount of the liquid component is detected and controlled with high accuracy. A fuel cell system can be realized.

本発明の第1の発明は、アノード電極とカソード電極とアノード電極とカソード電極との間に介在する電解質膜とを積層した膜電極接合体を含む燃料電池スタックと、アノード電極に燃料を供給する第1供給部と、カソード電極に酸化剤を含むガスを供給する第2供給部と、アノード電極で発生した反応生成物および燃料の残分とカソード電極で発生した反応生成物およびカソード電極を経たガスの少なくとも一方で構成された気液混合流体から液体を分離する気液分離膜および分離された液体を保持し対向する側面が凹凸形状に加工されたタンクとを有する分離部と、タンクの互いに対向する側面に設けたタンク内の液体の量を検出する一対の検出電極からなる液量検知部と、を備え、液量検知部が凹凸形状に沿って設けられた構成を有する。   According to a first aspect of the present invention, a fuel cell stack including a membrane electrode assembly in which an anode electrode, a cathode electrode, an electrolyte membrane interposed between the anode electrode and the cathode electrode are stacked, and fuel is supplied to the anode electrode The first supply part, the second supply part for supplying a gas containing an oxidant to the cathode electrode, the reaction product and fuel residue generated at the anode electrode, the reaction product generated at the cathode electrode and the cathode electrode A separation unit having a gas-liquid separation membrane that separates a liquid from a gas-liquid mixed fluid composed of at least one of gas, and a tank that holds the separated liquid and has opposite side surfaces processed into a concavo-convex shape; A liquid amount detection unit comprising a pair of detection electrodes for detecting the amount of liquid in the tank provided on the opposite side surface, and the liquid amount detection unit has a configuration provided along an uneven shape .

この構成により、タンクに設けられた検出電極の対向面積を拡大して、液体成分の量を高精度に検出して制御することができる。   With this configuration, it is possible to detect and control the amount of the liquid component with high accuracy by expanding the facing area of the detection electrodes provided in the tank.

本発明の第2の発明は、第1の発明において、凹凸形状の対向する間隔が等しい。これにより、高感度とともに、液量と静電容量とを高い線形性で検出できるので制御性を向上することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the spacing between the concave and convex shapes is equal. As a result, the liquid level and the capacitance can be detected with high linearity as well as high sensitivity, so that controllability can be improved.

本発明の第3の発明は、第1の発明において、凹凸形状の対向する間隔が異なる。これにより、高感度とともに、液量と静電容量とを対向する電極間隔により不連続に変化させることができるため、特に高い検出精度が要求される領域の感度をさらに向上できる。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the opposing intervals of the concavo-convex shape are different. Accordingly, since the liquid amount and the electrostatic capacity can be changed discontinuously by the distance between the electrodes facing each other with high sensitivity, the sensitivity in a region where particularly high detection accuracy is required can be further improved.

本発明の第4の発明は、第1の発明から第3の発明のいずれかにおいて、凹凸形状が、波形形状である。これにより、検出電極の加工性を向上できる。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the concavo-convex shape is a corrugated shape. Thereby, the workability of the detection electrode can be improved.

本発明の第5の発明は、第1の発明において、検出電極に接続され、分離部内の液体の量を検出する算出部を、さらに備える。これにより、算出部でタンク内の液体の量を把握することにより、それに基づいてタンク内の液体の量を制御することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the computer further includes a calculation unit that is connected to the detection electrode and detects the amount of the liquid in the separation unit. Accordingly, the amount of liquid in the tank can be grasped by the calculation unit, and the amount of liquid in the tank can be controlled based on the grasped amount.

以下、本発明の実施の形態について、直接メタノール型燃料電池(DMFC)を例に、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a direct methanol fuel cell (DMFC) as an example. The present invention is not limited to the contents described below as long as it is based on the basic characteristics described in this specification.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図2は、本発明の実施の形態1における燃料電池スタックの発電動作を説明する断面模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the power generation operation of the fuel cell stack according to Embodiment 1 of the present invention.

以下に、図1および図2を用いて、燃料電池システムの概略と燃料電池スタックの動作について説明する。   Hereinafter, the outline of the fuel cell system and the operation of the fuel cell stack will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1に示すように、燃料電池システムは、少なくとも、燃料電池スタック1、燃料タンク4、燃料を供給する燃料ポンプからなる第1供給部5、空気を供給する空気ポンプからなる第2供給部6、算出部7Aを備えた制御部7、蓄電部8、DC/DCコンバータ9、一対の検出電極からなる液量検知部11を備えたタンク12からなる分離部10とを有する。このとき、必要に応じて、分離部10のタンク12を冷却する、例えば冷却ファンなどの冷却部13が設けられる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes at least a fuel cell stack 1, a fuel tank 4, a first supply unit 5 including a fuel pump that supplies fuel, and a second supply unit 6 including an air pump that supplies air. A control unit 7 including a calculation unit 7A, a power storage unit 8, a DC / DC converter 9, and a separation unit 10 including a tank 12 including a liquid amount detection unit 11 including a pair of detection electrodes. At this time, if necessary, a cooling unit 13 such as a cooling fan is provided to cool the tank 12 of the separation unit 10.

また、燃料電池スタック1は、発電部を有し、発電された電力は、正極端子2と負極端子3から出力される。そして、出力された電力は、DC/DCコンバータ9に入力される。このとき、第1供給部5は燃料タンク4中のメタノール水溶液などの燃料を燃料電池スタック1のアノード電極21に供給し、第2供給部6は酸化剤である空気などのガスを燃料電池スタック1のカソード電極22に供給する。また、制御部7は燃料を供給する第1供給部5と空気などのガスを供給する第2供給部6の駆動を制御するとともに、DC/DCコンバータ9を制御して外部機器(図示せず)への出力と蓄電部8への充放電を制御する。そして、燃料タンク4と第1供給部5と制御部7は、燃料電池スタック1内のアノード電極21に燃料を供給する燃料供給部を構成する。一方、第2供給部6と制御部7は、燃料電池スタック1内のカソード電極22に酸化剤などのガスを供給する酸化剤供給部を構成する。また、分離部10は、アノード電極21およびカソード電極22から排出される気液混合流体から液体成分(主に、水)を分離してタンク12に貯留し、貯留された液体成分は燃料タンク4から供給される燃料とともに第1供給部5に供給する。   The fuel cell stack 1 has a power generation unit, and the generated power is output from the positive terminal 2 and the negative terminal 3. Then, the output power is input to the DC / DC converter 9. At this time, the first supply unit 5 supplies a fuel such as an aqueous methanol solution in the fuel tank 4 to the anode electrode 21 of the fuel cell stack 1, and the second supply unit 6 supplies a gas such as air as an oxidant to the fuel cell stack. 1 is supplied to one cathode electrode 22. The control unit 7 controls driving of the first supply unit 5 that supplies fuel and the second supply unit 6 that supplies gas such as air, and controls the DC / DC converter 9 to control external devices (not shown). ) And charging / discharging of the power storage unit 8 are controlled. The fuel tank 4, the first supply unit 5, and the control unit 7 constitute a fuel supply unit that supplies fuel to the anode electrode 21 in the fuel cell stack 1. On the other hand, the second supply unit 6 and the control unit 7 constitute an oxidant supply unit that supplies a gas such as an oxidant to the cathode electrode 22 in the fuel cell stack 1. The separation unit 10 separates a liquid component (mainly water) from the gas-liquid mixed fluid discharged from the anode electrode 21 and the cathode electrode 22 and stores the separated liquid component in the tank 12. The stored liquid component is stored in the fuel tank 4. The fuel is supplied to the first supply unit 5 together with the fuel supplied from.

以下に、燃料電池スタック1の構造および動作について簡単に説明する。   Hereinafter, the structure and operation of the fuel cell stack 1 will be briefly described.

図2に示すように、燃料電池スタック1は、起電部である膜電極接合体(MEA)24と、MEA24を挟むように配置された、アノード側エンドプレート25とカソード側エンドプレート26を有する。なお、燃料電池スタックを、MEA24を複数枚積層して構成する場合、MEA24間にセパレータを設け、セパレータを介して積層する。そして、アノード側エンドプレート25とカソード側エンドプレート26は、MEA24の積層方向の両端を挟む。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 1 includes a membrane electrode assembly (MEA) 24 that is an electromotive portion, and an anode side end plate 25 and a cathode side end plate 26 that are disposed so as to sandwich the MEA 24. . When the fuel cell stack is configured by stacking a plurality of MEAs 24, separators are provided between the MEAs 24 and stacked via the separators. The anode side end plate 25 and the cathode side end plate 26 sandwich both ends of the MEA 24 in the stacking direction.

また、MEA24は、アノード電極21、カソード電極22、アノード電極21とカソード電極22との間に介在する電解質膜23とが積層して構成されている。そして、アノード電極21は、アノード側エンドプレート25の側から順に、拡散層21A、微多孔層(MPL)21B、触媒層21Cを積層して構成されている。同様に、カソード電極22は、カソード側エンドプレート26の側から順に、拡散層22A、微多孔層(MPL)22B、触媒層22Cを積層して構成されている。さらに、正極端子2はカソード電極22に、負極端子3はアノード電極21に、それぞれ電気的に接続されている。   The MEA 24 is configured by laminating an anode electrode 21, a cathode electrode 22, and an electrolyte membrane 23 interposed between the anode electrode 21 and the cathode electrode 22. The anode electrode 21 is configured by laminating a diffusion layer 21A, a microporous layer (MPL) 21B, and a catalyst layer 21C in this order from the anode side end plate 25 side. Similarly, the cathode electrode 22 is configured by laminating a diffusion layer 22A, a microporous layer (MPL) 22B, and a catalyst layer 22C in this order from the cathode side end plate 26 side. Further, the positive electrode terminal 2 is electrically connected to the cathode electrode 22, and the negative electrode terminal 3 is electrically connected to the anode electrode 21.

ここで、拡散層21A、22Aは、例えばカーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロスなどからなる。MPL21B、22Bは、例えばポリテトラフルオロエチレンまたはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体とカーボンとから構成されている。そして、触媒層21C、22Cは、白金やルテニウムなど、各電極反応に適した触媒を炭素表面に高分散させ、この触媒体をバインダーで結着させることで形成されている。また、電解質膜23は、水素イオンを透過するイオン交換膜、例えばパーフルオロスルホン酸・テトラフルオロエチレン共重合体で構成されている。アノード側エンドプレート25、カソード側エンドプレート26とセパレータは、例えばカーボン材やステンレス鋼で構成され、アノード電極21には燃料を流通させる燃料流路25A、カソード電極22には酸化剤などのガスを流通するガス流路26Aが、例えば溝形状で設けられている。   Here, the diffusion layers 21A and 22A are made of, for example, carbon paper, carbon felt, carbon cloth, or the like. The MPLs 21B and 22B are made of, for example, polytetrafluoroethylene or a tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer and carbon. The catalyst layers 21C and 22C are formed by highly dispersing a catalyst suitable for each electrode reaction such as platinum and ruthenium on the carbon surface and binding the catalyst body with a binder. The electrolyte membrane 23 is made of an ion exchange membrane that transmits hydrogen ions, such as a perfluorosulfonic acid / tetrafluoroethylene copolymer. The anode side end plate 25, the cathode side end plate 26 and the separator are made of, for example, a carbon material or stainless steel. The anode electrode 21 is supplied with a fuel flow path 25A through which fuel flows, and the cathode electrode 22 is supplied with a gas such as an oxidant. The circulating gas channel 26A is provided in a groove shape, for example.

上記のように構成された燃料電池スタック1は、図1と図2に示すように、アノード電極21に燃料であるメタノールを含む水溶液が燃料ポンプからなる第1供給部5によって供給され、カソード電極22に空気ポンプなどからなる第2供給部6によって加圧された酸化剤である空気などのガスが供給される。そして、アノード電極21に供給されたメタノール水溶液とこれに由来するメタノールと水蒸気は拡散層21AにてMPL21Bの全面に拡散し、さらにMPL21Bを通過して触媒層21Cに達する。同様に、カソード電極22に供給された空気に含まれる酸素は、拡散層22AでMPL22Bの全面に拡散し、MPL22Bを通過して触媒層22Cに達する。また、触媒層21Cに達したメタノールは(1)式のように反応し、触媒層22Cに達した酸素は(2)式のように反応する。   In the fuel cell stack 1 configured as described above, as shown in FIGS. 1 and 2, an aqueous solution containing methanol as a fuel is supplied to the anode electrode 21 by the first supply unit 5 including a fuel pump, and the cathode electrode A gas such as air that is an oxidant pressurized by the second supply unit 6 composed of an air pump or the like is supplied to 22. Then, the methanol aqueous solution supplied to the anode electrode 21, methanol and water vapor derived therefrom are diffused over the entire surface of the MPL 21B in the diffusion layer 21A, and further pass through the MPL 21B to reach the catalyst layer 21C. Similarly, oxygen contained in the air supplied to the cathode electrode 22 diffuses over the entire surface of the MPL 22B in the diffusion layer 22A, passes through the MPL 22B, and reaches the catalyst layer 22C. Further, the methanol that has reached the catalyst layer 21C reacts as shown in the formula (1), and the oxygen that reaches the catalyst layer 22C reacts as shown in the formula (2).

Figure 2010097739
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Figure 2010097739
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その結果、電力が発生するとともに、アノード電極21側には二酸化炭素、カソード電極22側には水などの気液混合流体が、それぞれ反応生成物として生成され、図1に示す分離部10に供給される。そして、以下で、図3を用いて詳細に説明するように、分離部10の気液分離膜を介して、アノード電極21の二酸化炭素は燃料電池システムから外部へと排気されるとともに、カソード電極22で反応しない窒素などの気体や未反応の酸素も、同様に燃料電池システムの外部へと排気される。このとき、アノード電極21側ではメタノール水溶液中のメタノールの全てが反応に寄与するわけではないので、図1に示すように排出されたメタノール水溶液は、分離部10のタンク12を介して第1供給部5に還流される。同様に、アノード電極21の反応で消費される水を供給するために、カソード電極22で生成した水も、分離部10のタンク12を介して第1供給部5に還流されアノード電極21側へ供給される。   As a result, electric power is generated, and a gas-liquid mixed fluid such as carbon dioxide is produced on the anode electrode 21 side and water is produced on the cathode electrode 22 side as reaction products, which are supplied to the separation unit 10 shown in FIG. Is done. In the following, as will be described in detail with reference to FIG. 3, the carbon dioxide in the anode electrode 21 is exhausted from the fuel cell system to the outside through the gas-liquid separation membrane of the separator 10, and the cathode electrode A gas such as nitrogen that does not react at 22 and unreacted oxygen are also exhausted to the outside of the fuel cell system. At this time, not all of the methanol in the methanol aqueous solution contributes to the reaction on the anode electrode 21 side, so the methanol aqueous solution discharged as shown in FIG. 1 is supplied through the tank 12 of the separation unit 10 to the first supply. Reflux to part 5. Similarly, in order to supply water consumed by the reaction of the anode electrode 21, the water generated at the cathode electrode 22 is also refluxed to the first supply unit 5 via the tank 12 of the separation unit 10 and moved to the anode electrode 21 side. Supplied.

これにより、燃料電池スタック1から排出される水などの液体成分を分離部10を介して、循環させることで、燃料であるメタノール水溶液の濃度を調節することができる。その結果、外部から水を供給する必要がなくなるとともに、反応生成物の水を外部に排出する(廃棄する)必要がなくなる。したがって燃料電池システムの可搬性、携帯性や、燃料などの利用効率が向上する。   Thereby, the liquid component such as water discharged from the fuel cell stack 1 is circulated through the separation unit 10, whereby the concentration of the methanol aqueous solution that is the fuel can be adjusted. As a result, it is not necessary to supply water from the outside, and it is not necessary to discharge (dispose) the water of the reaction product to the outside. Therefore, the portability and portability of the fuel cell system and the utilization efficiency of fuel and the like are improved.

そして、分離部10を介して、水などの液体を効率的に循環させるには、分離部10のタンク12に回収される液体が、溢れたり、渇水状態にならないように、所定の範囲内に液量を保ち、第1供給部5に供給することが重要となる。なぜなら、液体の量、つまり液量または貯留量が過剰になると分離部10のタンク12から漏水する。また、液体の貯留量が過少になると、アノード電極に供給される燃料の濃度を調節することができなくなる。   In order to efficiently circulate a liquid such as water through the separation unit 10, the liquid collected in the tank 12 of the separation unit 10 is within a predetermined range so that the liquid does not overflow or become drought. It is important to maintain the amount of liquid and supply it to the first supply unit 5. This is because when the amount of liquid, that is, the amount of liquid or the amount of storage becomes excessive, water leaks from the tank 12 of the separation unit 10. In addition, when the liquid storage amount becomes too small, the concentration of fuel supplied to the anode electrode cannot be adjusted.

つまり、燃料電池システムの高い信頼性を維持するには、特に、分離部10のタンク12に貯留される液体の量を高感度で検出して高精度に制御することが重要となる。   In other words, in order to maintain high reliability of the fuel cell system, it is particularly important to detect the amount of liquid stored in the tank 12 of the separation unit 10 with high sensitivity and control it with high accuracy.

そこで、以下に、高精度で液体の量を検出する分離部10の液量検知部の構造および検出感度について、図3および図4を用いて詳細に説明する。   Therefore, the structure and detection sensitivity of the liquid amount detection unit of the separation unit 10 that detects the amount of liquid with high accuracy will be described in detail below with reference to FIGS. 3 and 4.

図3(a)は本発明の実施の形態1における分離部の斜視図で、図3(b)は図3(a)の3B−3B線断面図、図3(c)は図3(a)の3C−3C線断面図である。   FIG. 3A is a perspective view of the separation portion according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line 3B-3B in FIG. 3A, and FIG. 3C is FIG. 3C-3C cross-sectional view of FIG.

図3(a)に示すように、分離部10は、少なくともタンク30と、タンク30の対向する側面に設けられた一対の検出電極からなる液量検知部36と、気液分離膜31と、導入管32A、32Bと、排出管32Cとで構成されている。このとき、導入管32A、32Bはタンク30の上部に、排出管32Cはタンク30の下部にそれぞれ接続されている。そして、カソード電極で発生した反応生成物である水や水蒸気およびカソード電極を経たガスは導入管32Aから分離部10のタンク30へ流入する。一方、アノード電極で発生した反応生成物である二酸化炭素および燃料の残分である未反応メタノールを含む水は導入管32Bから分離部10のタンク30へ流入する。   As shown in FIG. 3A, the separation unit 10 includes at least a tank 30, a liquid amount detection unit 36 including a pair of detection electrodes provided on opposite sides of the tank 30, a gas-liquid separation film 31, It consists of introduction pipes 32A and 32B and a discharge pipe 32C. At this time, the introduction pipes 32A and 32B are connected to the upper part of the tank 30, and the discharge pipe 32C is connected to the lower part of the tank 30, respectively. Then, water and water vapor, which are reaction products generated at the cathode electrode, and gas passing through the cathode electrode flow into the tank 30 of the separation unit 10 from the introduction pipe 32A. On the other hand, water containing carbon dioxide, which is a reaction product generated at the anode electrode, and unreacted methanol, which is a residue of fuel, flows into the tank 30 of the separation unit 10 from the introduction pipe 32B.

また、タンク30の上面に設けられた気液分離膜31は、気液混合流体である、二酸化炭素や水蒸気などの気体成分と水などの液体成分を分離し、余分な気体成分を外部に気体状態で排出するとともに、液体38をタンク30内に貯留する。そして、タンク30内に貯留された液体38は、排出管32Cに設けた図示しない弁を介して、図1に示す第1供給部5の入口側へ供給される。なお、気液分離膜31は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)やテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素樹脂で作られた多孔質体のシートで構成することができる。または、これらフッ素樹脂をコートしたカーボン繊維などで作られたクロス、ペーパーや不織布状のシートを用いることができる。また、タンク30は樹脂やセラミック等の絶縁材料で構成される。   The gas-liquid separation film 31 provided on the upper surface of the tank 30 separates a gas component such as carbon dioxide and water vapor, which is a gas-liquid mixed fluid, and a liquid component such as water, and gases an excess gas component to the outside. The liquid 38 is stored in the tank 30 while being discharged in a state. The liquid 38 stored in the tank 30 is supplied to the inlet side of the first supply unit 5 shown in FIG. 1 through a valve (not shown) provided in the discharge pipe 32C. The gas-liquid separation membrane 31 is a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), or tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP). It can be comprised with the sheet | seat of the porous body made by. Alternatively, cloth, paper, or nonwoven fabric sheet made of carbon fiber coated with these fluororesins can be used. The tank 30 is made of an insulating material such as resin or ceramic.

また、図3(a)および図3(c)に示すように、タンク30の対向する一対の側面は、例えば波形形状で対向する間隔が等しい凹凸形状に加工され、凹凸形状に沿って一対の検出電極36A、36Bを設けて液量検知部36を構成している。そして、検出電極36Aと検出電極36B間の静電容量(電気容量)の変化により、タンク30内の液体38の量が、所定の範囲内に維持されているか否かを検出する。つまり、対向する検出電極36A、36B間に存在する気体部分と液体部分の静電容量を並列で検出することにより、その変化から液体38の量を制御部7の算出部7Aで算出することで、液体38の量が検出される。このとき、タンク30の壁面(側面)は、検出電極間に、直列に接続されて静電容量の一部を構成するので、検出精度を向上させるために、誘電率の小さい材料で構成することが好ましい。   Further, as shown in FIGS. 3A and 3C, the pair of opposing side surfaces of the tank 30 are processed into a concavo-convex shape having an equal interval, for example, in a wavy shape, and a pair of side surfaces along the concavo-convex shape. The detection electrodes 36A and 36B are provided to configure the liquid amount detection unit 36. Then, it is detected whether or not the amount of the liquid 38 in the tank 30 is maintained within a predetermined range based on a change in capacitance (electric capacity) between the detection electrode 36A and the detection electrode 36B. That is, by detecting in parallel the capacitance of the gas portion and the liquid portion existing between the opposing detection electrodes 36A and 36B, the amount of the liquid 38 is calculated by the calculation unit 7A of the control unit 7 from the change. The amount of liquid 38 is detected. At this time, the wall surface (side surface) of the tank 30 is connected in series between the detection electrodes and constitutes a part of the capacitance. Therefore, in order to improve detection accuracy, the wall surface (side surface) of the tank 30 should be made of a material having a low dielectric constant. Is preferred.

そして、制御部7は液体38の液量に基づいて第2供給部6の流量などを制御し、タンク30内の液体38の液量を所定の範囲に制御する。   Then, the control unit 7 controls the flow rate of the second supply unit 6 based on the liquid amount of the liquid 38, and controls the liquid amount of the liquid 38 in the tank 30 within a predetermined range.

以下、対向する検出電極間の間隔が等しく、タンクの凹凸形状に沿って設けられた液量検知部で検出される液体の量と静電容量の関係について、図4を用いて説明する。   Hereinafter, the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit provided along the concave-convex shape of the tank and the capacitance between the detection electrodes facing each other will be described with reference to FIG.

図4は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を説明する模式図である。なお、図4中には、比較のために、図12で説明した従来構成の液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を示す特性Bも同時に示している。そして、図4は、横軸に分離部10のタンク30内の液体の量を示し、縦軸に、その液体の量に対して液量検知部36で検出された静電容量を示している。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention and the capacitance. In FIG. 4, for comparison, a characteristic B indicating the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit having the conventional configuration described in FIG. 12 and the capacitance is also shown. 4 shows the amount of liquid in the tank 30 of the separation unit 10 on the horizontal axis and the capacitance detected by the liquid amount detection unit 36 with respect to the amount of liquid on the vertical axis. .

図4に示すように、本実施の形態の液量検知部で得られる液体の量と静電容量との関係を示す特性Aは、従来の液量検知部で得られる特性Bよりも、液量の変化に対する静電容量の変化が大きく、高感度であることがわかる。これは、タンク内の液量が等しい場合、波形形状で検出電極を構成することにより対向する電極の面積を広くできるので、電極面積に従って大きな静電容量を検出できることによるものである。また、波形形状の検出電極にも関わらず、検出電極の間隔が一定であるために、従来の液量検知部と同様に、液体の量と静電容量の関係が高い線形性を有している。これにより、制御部の制御の構成を簡略化できるとともに、高精度の制御を実現できる。   As shown in FIG. 4, the characteristic A indicating the relationship between the amount of liquid obtained by the liquid quantity detection unit and the capacitance of the present embodiment is higher than the characteristic B obtained by the conventional liquid quantity detection part. It can be seen that the change in the capacitance with respect to the change in the amount is large and the sensitivity is high. This is because, when the amount of liquid in the tank is equal, the area of the opposing electrode can be increased by configuring the detection electrode in a waveform shape, so that a large capacitance can be detected according to the electrode area. In addition, since the interval between the detection electrodes is constant in spite of the waveform-shaped detection electrodes, the relationship between the liquid amount and the capacitance has a high linearity like the conventional liquid amount detection unit. Yes. Thereby, while being able to simplify the control structure of a control part, highly accurate control is realizable.

本実施の形態によれば、波形形状で対向する一対の検出電極36A、36Bにより、電極面積を拡大して液量検知部の検出感度を向上させることにより高精度の制御を実現できる。   According to the present embodiment, highly accurate control can be realized by enlarging the electrode area and improving the detection sensitivity of the liquid amount detection unit by the pair of detection electrodes 36A and 36B facing each other in a waveform shape.

また、本実施の形態によれば、検出電極の面積の拡大により、分離部のタンクに貯留される、液体の温度を効率的に放熱して、液体の蒸散量(蒸発量)による液量の過剰な減少を抑制できる。その結果、第1供給部に供給して、燃料の濃度を調整する液体の不足を抑制して、燃料効率に優れた燃料電池システムを実現できる。そのため、検出電極36A、36Bは熱伝導率の観点から、銅またはその合金、アルミニウムまたはその合金で形成することが好ましい。これらの金属の板や箔をタンク30に結合させて用いることができる。あるいは蒸着等の方法で薄膜として形成してもよい。また、図3(a)に示すように、検出電極36A、36Bをタンク30の側面の全面に設けることが好ましい。これにより、放熱を促進することができるとともに、電極面積の拡大により検出感度を高めることができる。   In addition, according to the present embodiment, by increasing the area of the detection electrode, the temperature of the liquid stored in the tank of the separation unit is efficiently dissipated, and the amount of liquid due to the transpiration amount (evaporation amount) of the liquid is reduced. Excessive decrease can be suppressed. As a result, it is possible to realize a fuel cell system with excellent fuel efficiency by suppressing the shortage of the liquid that is supplied to the first supply unit and adjusts the concentration of the fuel. Therefore, the detection electrodes 36A and 36B are preferably formed of copper or an alloy thereof, aluminum or an alloy thereof from the viewpoint of thermal conductivity. These metal plates and foils can be combined with the tank 30 for use. Or you may form as a thin film by methods, such as vapor deposition. Further, as shown in FIG. 3A, the detection electrodes 36 </ b> A and 36 </ b> B are preferably provided on the entire side surface of the tank 30. Thereby, heat dissipation can be promoted, and detection sensitivity can be increased by increasing the electrode area.

また、本実施の形態によれば、タンクの側面が波形形状に加工されているため、凹凸形状の変曲点や遮蔽される領域が存在しないので、金属の貼り付けや蒸着などで検出電極を容易に形成できる。   In addition, according to the present embodiment, since the side surface of the tank is processed into a corrugated shape, there are no inflection points or shielded regions in the uneven shape, so the detection electrode can be attached by attaching metal or by vapor deposition. Can be easily formed.

なお、本実施の形態では、波形形状の波のピッチを一定に形成した例で説明したが、これに限られず、対向する検出電極の間隔が等しければ波形の形状は任意である。   In the present embodiment, an example in which the wave pitch of the waveform shape is formed constant has been described. However, the present invention is not limited to this, and the waveform shape is arbitrary as long as the intervals between the opposing detection electrodes are equal.

以下に、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの液量検知部の別の例について、図5を用いて説明する。   Hereinafter, another example of the liquid amount detection unit of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

図5(a)は本発明の実施の形態1における分離部の別の例の斜視図で、図5(b)は図5(a)の5B−5B線断面図、図5(c)は図5(a)の5C−5C線断面図である。   FIG. 5A is a perspective view of another example of the separation portion in Embodiment 1 of the present invention, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line 5B-5B in FIG. 5A, and FIG. It is the 5C-5C sectional view taken on the line of Fig.5 (a).

図5(a)および図5(c)に示すように、分離部50のタンク52の対向する側面に、例えば台形形状で、かつ対向する台形形状の間隔が等しい凹凸形状を設け、凹凸形状に沿って液量検知部56の一対の検出電極56A、56Bを設けた点で、上記液量検知部36と異なる。なお、その他の構成や材料などは同様であり、説明を省略する。   As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (c), for example, a trapezoidal shape is provided on the opposite side surface of the tank 52 of the separation unit 50, and the interval between the opposing trapezoidal shapes is equal. It differs from the said liquid quantity detection part 36 by the point which provided the pair of detection electrodes 56A and 56B of the liquid quantity detection part 56 along. Other configurations and materials are the same, and the description is omitted.

すなわち、図5(c)に示すように、タンク52の対向する一対の側面は、例えば台形形状で対向する間隔が等しくなるように凹凸形状に加工され、その凹凸形状に沿って一対の検出電極56A、56Bを設けて液量検知部56を構成している。そして、上記と同様に、検出電極56Aと検出電極56B間の静電容量(電気容量)の変化により、タンク52の液体38の量が、所定の範囲内に維持されているか否かが検出される。   That is, as shown in FIG. 5C, the pair of opposing side surfaces of the tank 52 is processed into a concavo-convex shape so that the opposing intervals are equal, for example, in a trapezoidal shape, and a pair of detection electrodes along the concavo-convex shape. 56A and 56B are provided to configure the liquid amount detection unit 56. In the same manner as described above, whether or not the amount of the liquid 38 in the tank 52 is maintained within a predetermined range is detected by a change in capacitance (electric capacity) between the detection electrode 56A and the detection electrode 56B. The

なお、上記実施の形態の分離部50に設けられた液量検知部56で検出される液体の量と静電容量との関係は、図4と同様であり、説明を省略する。   The relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit 56 provided in the separation unit 50 of the above embodiment and the capacitance is the same as in FIG.

上記実施の形態によれば、台形形状の凹凸形状で対向する一対の検出電極56A、56Bにより電極面積を拡大させて、液量検知部の検出感度を向上させることにより高精度の制御を実現できる。   According to the above-described embodiment, highly accurate control can be realized by increasing the detection sensitivity of the liquid amount detection unit by enlarging the electrode area with the pair of detection electrodes 56A and 56B facing each other in a trapezoidal uneven shape. .

なお、上記実施の形態では、凹凸形状が台形形状を例に説明したが、これに限られず、三角形状、鋸の歯の形状や蛇腹形状など、対向する検出電極の間隔が等しくなる形状であれば任意である。また、電極面積を拡大して放熱性を向上させる場合には、矩形形状の凹凸形状でもよい。   In the above embodiment, the concavo-convex shape has been described by taking the trapezoidal shape as an example. Is optional. Moreover, when expanding an electrode area and improving heat dissipation, rectangular uneven | corrugated shape may be sufficient.

以下に、液量検知部の一対の検出電極間の静電容量の変化から液体38の量(貯留量)を測定する方法の一例について、図6と図7を用いて簡単に説明する。   Hereinafter, an example of a method for measuring the amount (reserved amount) of the liquid 38 from the change in capacitance between the pair of detection electrodes of the liquid amount detection unit will be briefly described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの制御部の算出部の構成を示すブロック回路図で、図7は図6に示すブロック回路図の主要な位置における波形図である。   6 is a block circuit diagram showing a configuration of a calculation unit of the control unit of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 7 is a waveform diagram at main positions of the block circuit diagram shown in FIG.

図6に示すように、算出部7Aは、パルス発生部41と、抵抗器43、44と、排他的論理和ゲート45と、パルス時間測定部42から構成されている。このとき、パルス発生部41は抵抗器43、44の一方の端子に接続され、他方の端子は排他的論理和ゲート45の入力端子に接続されている。また、検出電極36Aはグランドに接続され、検出電極36Bは抵抗器44と排他的論理和ゲート45の入力端子との間に接続されている。そして、排他的論理和ゲート45の出力端子はパルス時間測定部42に接続されている。   As shown in FIG. 6, the calculation unit 7 </ b> A includes a pulse generation unit 41, resistors 43 and 44, an exclusive OR gate 45, and a pulse time measurement unit 42. At this time, the pulse generator 41 is connected to one terminal of the resistors 43 and 44, and the other terminal is connected to the input terminal of the exclusive OR gate 45. The detection electrode 36A is connected to the ground, and the detection electrode 36B is connected between the resistor 44 and the input terminal of the exclusive OR gate 45. The output terminal of the exclusive OR gate 45 is connected to the pulse time measuring unit 42.

以下、図7を参照しながら、静電容量の変化から液体の量を測定する方法について説明する。   Hereinafter, a method for measuring the amount of liquid from a change in capacitance will be described with reference to FIG.

まず、図7(a)に示すパルス信号が、パルス発生部41から抵抗器43、44の一方の端子に入力される。   First, the pulse signal shown in FIG. 7A is input from the pulse generator 41 to one terminal of the resistors 43 and 44.

つぎに、図7(b)に示すように、抵抗器43の一方の端子に入力されたパルス信号は、抵抗器43の他方の端子である点Xで、入力されたパルス信号とほぼ同じタイミングの信号が出力される。このとき、パルス信号の立ち上がりと立ち下りにおいて、抵抗器43の抵抗値と、配線などに起因する浮遊容量により、波形が若干鈍った状態で排他的論理和ゲート45に入力される。   Next, as shown in FIG. 7B, the pulse signal input to one terminal of the resistor 43 has substantially the same timing as the input pulse signal at the point X which is the other terminal of the resistor 43. Is output. At this time, the pulse signal is input to the exclusive OR gate 45 in a state where the waveform is slightly dull due to the resistance value of the resistor 43 and the stray capacitance caused by the wiring or the like at the rise and fall of the pulse signal.

一方、図7(c)に示すように、抵抗器44の他方の端子である点Yには検出電極36Aと検出電極36B間の静電容量Cによって、抵抗器44に入力されたパルス信号の立ち上がりと立ち下がりにおいて、抵抗器の抵抗値Rと静電容量Cの時定数により大きく鈍った状態で排他的論理和ゲート45に入力される。   On the other hand, as shown in FIG. 7C, the other terminal of the resistor 44, the point Y, has a pulse signal input to the resistor 44 due to the capacitance C between the detection electrode 36A and the detection electrode 36B. At the rise and fall, the signal is input to the exclusive OR gate 45 in a state of being largely dull due to the time constant of the resistance value R and the capacitance C of the resistor.

つぎに、図7(d)に示すように、排他的論理和ゲート45の出力である点Zの出力には入力パルス1つに対して、立ち上がりと立ち下がりの両方のタイミングで検出電極間の静電容量に比例した幅のパルス信号が出力される。そして、このパルス信号の幅をパルス時間測定部42で計測して検出電極間の静電容量を推定する。さらに、推定した静電容量とタンク内の液体の量との関係式を予め記憶している算出部7Aは、その関係式からタンク内の液体の量を算出する。   Next, as shown in FIG. 7 (d), the output of the point Z which is the output of the exclusive OR gate 45 is between the detection electrodes at both rising and falling timings with respect to one input pulse. A pulse signal having a width proportional to the capacitance is output. The pulse signal width is measured by the pulse time measurement unit 42 to estimate the capacitance between the detection electrodes. Further, the calculation unit 7A that stores in advance a relational expression between the estimated capacitance and the amount of liquid in the tank calculates the amount of liquid in the tank from the relational expression.

なお、点Yの出力は、点Xの出力と同様に、検出電極が接続されていなければ入力容量(浮遊容量)と抵抗器43の抵抗値との時定数により同様に鈍る。そこで、静電容量を正確に推定するために、抵抗器43、44の抵抗値をできるだけそろえて、入力容量に起因する誤差を抑制することが好ましい。   Similarly to the output at the point X, the output at the point Y is similarly dull due to the time constant between the input capacitance (floating capacitance) and the resistance value of the resistor 43 if the detection electrode is not connected. Therefore, in order to accurately estimate the capacitance, it is preferable to align the resistance values of the resistors 43 and 44 as much as possible to suppress errors caused by the input capacitance.

(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。なお、分離部以外は、図1を用いて説明した実施の形態1の燃料電池システムと同様であるので、説明を省略する。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings. Except for the separation unit, the fuel cell system is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.

図8(a)は本発明の実施の形態2における分離部の斜視図で、図8(b)は図8(a)の8B−8B線断面図、図8(c)は図8(a)の8C−8C線断面図である。   FIG. 8A is a perspective view of the separation portion according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A, and FIG. 8C is FIG. Is a cross-sectional view taken along line 8C-8C.

図8(a)および図8(c)に示すように、分離部70のタンク72の対向する側面に設けられた液量検知部76の一対の検出電極76A、76Bの間隔が異なるように設けた点で、実施の形態1の液量検知部と異なる。なお、その他の構成や材料などは同様であり、説明を省略する。   As shown in FIGS. 8A and 8C, the pair of detection electrodes 76A and 76B of the liquid amount detection unit 76 provided on the opposite side surfaces of the tank 72 of the separation unit 70 are provided so as to have different intervals. This is different from the liquid amount detection unit of the first embodiment. Other configurations and materials are the same, and the description is omitted.

すなわち、図8(c)に示すように、タンク72の対向する一対の側面は、例えば波形形状で対向する間隔が異なるように凹凸形状に加工され、その凹凸形状に沿って一対の検出電極76A、76Bを設けて液量検知部56を構成している。そして、実施の形態1と同様に、検出電極76Aと検出電極76B間の静電容量(電気容量)の変化により、タンク72の液体38の量が、所定の範囲内に維持されているか否かが検出される。   That is, as shown in FIG. 8C, the pair of opposing side surfaces of the tank 72 is processed into a concavo-convex shape so that the opposing interval differs, for example, in a waveform shape, and the pair of detection electrodes 76A along the concavo-convex shape. , 76B are provided to constitute the liquid amount detection unit 56. Similarly to the first embodiment, whether or not the amount of the liquid 38 in the tank 72 is maintained within a predetermined range due to a change in capacitance (electric capacitance) between the detection electrode 76A and the detection electrode 76B. Is detected.

以下、対向する検出電極間の間隔が異なり、タンクの凹凸形状に沿って設けられた液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係について、図9を用いて説明する。   Hereinafter, the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit provided along the concavo-convex shape of the tank and the capacitance between the opposing detection electrodes will be described with reference to FIG.

図9は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を説明する模式図である。なお、図9中には、比較のために、図12で説明した従来構成の液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を示す特性Bも同時に示している。そして、図9は、横軸に分離部10のタンク52内の液量を示し、縦軸に、その液量に対して液量検知部で検出される静電容量を示している。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention and the capacitance. In FIG. 9, for comparison, a characteristic B indicating the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit having the conventional configuration described in FIG. 12 and the capacitance is also shown. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the amount of liquid in the tank 52 of the separation unit 10, and the vertical axis indicates the capacitance detected by the liquid amount detection unit with respect to the liquid amount.

図9に示すように、本実施の形態の液量検知部76で得られる液体の量と静電容量との関係を示す特性Cは、図4の特性Aと同様に、従来の液量検知部で得られる特性Bよりも、液量の変化に対する静電容量の変化が大きく、高感度であることがわかる。   As shown in FIG. 9, the characteristic C indicating the relationship between the amount of liquid obtained by the liquid quantity detection unit 76 of the present embodiment and the capacitance is similar to the characteristic A in FIG. It can be seen that the change in the capacitance with respect to the change in the liquid amount is larger and the sensitivity is higher than the characteristic B obtained in the part.

また、波形形状の検出電極の間隔が位置により異なるため、対向する波形の間隔の変化に同期して、液体の量に対して検出される静電容量が変化する。つまり、検出電極の間隔が狭くなるにしたがって、大きな静電容量が得られ、検出電極の間隔が広くなるにしたがって、小さい静電容量が得られる。その結果、液体の量に対する静電容量の変化の傾きが異なって検出される。そのため、タンク72の液体の量の上限や下限の位置で対向する波形形状の検出電極の間隔を狭くすることにより、特に上限位置および下限位置において、液体の量を高感度で検出して、高精度で制御することができる。   Further, since the interval between the waveform-shaped detection electrodes varies depending on the position, the detected capacitance changes with respect to the amount of liquid in synchronization with the change in the interval between the opposing waveforms. That is, as the interval between the detection electrodes is reduced, a larger capacitance is obtained, and as the interval between the detection electrodes is increased, a smaller capacitance is obtained. As a result, the gradient of the change in capacitance with respect to the amount of liquid is detected differently. Therefore, by narrowing the interval between the waveform-shaped detection electrodes facing each other at the upper limit and lower limit positions of the liquid amount in the tank 72, the amount of liquid is detected with high sensitivity, particularly at the upper limit position and the lower limit position. It can be controlled with accuracy.

本実施の形態によれば、検出電極76A、76Bの電極面積の拡大により液体の量の検出感度を向上できる。さらに、少なくとも所定の位置の検出電極の間隔を狭くすることにより、所定の位置の液体の量の検出感度がさらに高められ、高精度な制御が実現する。   According to the present embodiment, the detection sensitivity of the amount of liquid can be improved by increasing the electrode area of the detection electrodes 76A and 76B. Furthermore, by narrowing the interval between the detection electrodes at least at a predetermined position, the detection sensitivity of the amount of liquid at the predetermined position is further increased, and high-precision control is realized.

なお、本実施の形態では、波形形状からなる凹凸形状の検出電極をタンクの高さ方向において、対向する凹部の底部(または凸部の頂部)の位置を完全に一致させた例で説明したが、これに限られない。例えば、実施の形態1の液量検知部36の凹凸形状から本実施の形態の液量検知部76の凹凸形状まで、対向する凹部の底部(または凸部の頂部)の位置をずらして任意の配置で設けてもよい。同様に、高感度で液体の量を検出できる。   In the present embodiment, the concave-convex detection electrode having a corrugated shape has been described as an example in which the positions of the bottoms (or the tops of the convex parts) of the concave parts facing each other are completely matched in the height direction of the tank. Not limited to this. For example, the position of the bottom part (or the top part of the convex part) of the opposing concave part is shifted from the concave / convex shape of the liquid amount detection part 36 of the first embodiment to the concave / convex shape of the liquid quantity detection part 76 of the present embodiment. You may provide by arrangement. Similarly, the amount of liquid can be detected with high sensitivity.

以下に、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの液量検知部の別の例について、図10を用いて説明する。   Hereinafter, another example of the liquid amount detection unit of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.

図10(a)は本発明の実施の形態2における分離部の別の例の斜視図で、図10(b)は図10(a)の10B−10B線断面図、図10(c)は図10(a)の10C−10C線断面図である。   FIG. 10A is a perspective view of another example of the separation portion according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line 10B-10B of FIG. 10A, and FIG. It is the 10C-10C sectional view taken on the line of Fig.10 (a).

図10(a)および図10(c)に示すように、分離部80のタンク82の対向する側面に、例えば台形形状で、対向する台形形状の間隔が異なるように凹凸形状に加工され、凹凸形状に沿って液量検知部86の一対の検出電極86A、86Bを設けた点で、上記液量検知部76と異なる。   As shown in FIG. 10A and FIG. 10C, the opposing side surfaces of the tank 82 of the separation unit 80 are processed into an uneven shape, for example, in a trapezoidal shape so that the interval between the opposing trapezoidal shapes is different. It differs from the said liquid quantity detection part 76 by the point which provided the pair of detection electrodes 86A and 86B of the liquid quantity detection part 86 along the shape.

すなわち、図10(c)に示すように、タンク82の対向する一対の側面は、例えば台形形状で対向する間隔が異なるように凹凸形状に加工され、その凹凸形状に沿って一対の検出電極86A、86Bが設けられ液量検知部86が構成されている。そして、上記と同様に、検出電極86Aと検出電極86B間の静電容量(電気容量)の変化により、タンク82の液体38の量が、所定の範囲内に維持されているか否かが検出される。   That is, as shown in FIG. 10C, the pair of opposing side surfaces of the tank 82 are processed into a concavo-convex shape, for example, in a trapezoidal shape so that the opposing interval is different, and the pair of detection electrodes 86A along the concavo-convex shape. , 86B are provided, and the liquid amount detection unit 86 is configured. In the same manner as described above, whether or not the amount of the liquid 38 in the tank 82 is maintained within a predetermined range is detected based on a change in capacitance (electric capacity) between the detection electrode 86A and the detection electrode 86B. The

なお、上記実施の形態の分離部80に設けられた液量検知部86で検出される液体の量と静電容量との関係や、図9と同様であり、説明を省略する。   The relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit 86 provided in the separation unit 80 of the above embodiment and the capacitance is the same as in FIG.

上記実施の形態によれば、台形形状の凹凸形状で対向する一対の検出電極86A、86Bにより電極面積を拡大させて、液量検知部の検出感度を向上させることにより高精度の制御を実現できる。   According to the embodiment described above, highly accurate control can be realized by enlarging the electrode area by the pair of detection electrodes 86A and 86B facing each other in a trapezoidal uneven shape and improving the detection sensitivity of the liquid amount detection unit. .

なお、上記実施の形態では、台形形状からなる凹凸形状の検出電極をタンクの高さ方向において、対向する凹部の底部(または凸部の頂部)の位置をずらして配置した例で説明したが、これに限られない。例えば、凹部の底部(または凸部の頂部)の位置を完全に一致させて配置してもよく、高感度で液体の量を検出できる。   In the above-described embodiment, the description has been given of the example in which the concave and convex detection electrodes having a trapezoidal shape are arranged by shifting the positions of the bottom portions of the concave portions facing each other (or the top portions of the convex portions) in the height direction of the tank. It is not limited to this. For example, the position of the bottom part of the concave part (or the top part of the convex part) may be completely matched, and the amount of liquid can be detected with high sensitivity.

また、凹凸形状をずらして配置する場合、凹凸形状を矩形形状で設けてもよい。以下に、図11を用いて、その理由を説明する。図11(a)は本発明の実施の形態2における分離部のさらに別の例の斜視図で、図11(b)は図11(a)の11B−11B線断面図、図11(c)は図10(a)の11C−11C線断面図である。   In the case where the uneven shape is shifted, the uneven shape may be provided in a rectangular shape. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a perspective view of still another example of the separating portion according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line 11B-11B of FIG. 11A, and FIG. FIG. 11 is a sectional view taken along line 11C-11C in FIG.

図11(a)および図11(c)に示すように、分離部90のタンク92の液量検知部96を構成する実質的に対向する検出電極96A、96Bの有効な電極面積は、従来の液量検知部の電極面積と同程度となる。なぜなら、水平方向の検出電極は対向しないからである。しかし、図11(c)中に矢印で示すように、対向する検出電極96A、96Bの間隔が、3箇所で異なって形成され、実効的な間隔が狭くなることにより検出される静電容量が大きくなる。   As shown in FIGS. 11 (a) and 11 (c), the effective electrode areas of the substantially opposing detection electrodes 96A and 96B constituting the liquid amount detection unit 96 of the tank 92 of the separation unit 90 are the same as those in the related art. It is about the same as the electrode area of the liquid amount detection unit. This is because the horizontal detection electrodes do not face each other. However, as indicated by arrows in FIG. 11 (c), the detection electrodes 96A and 96B facing each other are formed with different intervals at three locations, and the detected capacitance is reduced by reducing the effective interval. growing.

なお、上記各実施の形態では、基本的に燃料電池システムが平坦な場所に設置された場合にタンク内の液量を検出し制御することを例に説明したが、これに限られない。例えば、傾斜センサなどを燃料電池システムに組み込み、傾斜センサによりタンクの傾き量を検出して、その傾き量で液量を補正して、同様の処理をしてもよい。これにより、例えば携帯機器など使用場所などの制約を大幅に緩和でき、利用範囲が拡大するとともに、制御精度をさらに向上できる。   In each of the above embodiments, the case has been described in which the amount of liquid in the tank is detected and controlled basically when the fuel cell system is installed on a flat place, but the present invention is not limited to this. For example, a tilt sensor or the like may be incorporated in the fuel cell system, the tilt amount of the tank may be detected by the tilt sensor, and the liquid amount may be corrected using the tilt amount, and the same processing may be performed. Thereby, restrictions, such as a use place, such as a portable apparatus, can be relieved greatly, for example, while a use range is expanded, control accuracy can further be improved.

また、上記各実施の形態では、液量検知部として、タンクの対向する側面の全面に検出電極を設けた例で説明したが、これに限られない。例えば、2分割などの複数に分割した検出電極を形成して、複数の対向する検出電極間の静電容量の測定値から、液量の検出とともに、前後や左右の傾き量の検知部として用いてもよい。具体的には、例えば図3(a)において、液量検知部36の検出電極を左右に分割すれば、タンクが図面中の左右方向に傾いた場合、左右の液量検知部の静電容量に差が生じる。この差により、左右の傾き量を検知できる。また、検出電極を上下に分割すれば、前後の傾き量を検出できる。さらに、検出電極を左右および上下に分割すれば、左右および前後の傾き量を検出できる。同様に、タンクの異なる側面に別の複数分割した検出電極を形成してもよい。   Further, in each of the above-described embodiments, the liquid amount detection unit has been described as an example in which the detection electrode is provided on the entire surface of the opposing side surface of the tank. For example, a detection electrode divided into a plurality of parts, such as two, is formed and used as a sensor for detecting the amount of inclination along with the detection of the liquid amount from the measured capacitance value between a plurality of opposing detection electrodes. May be. Specifically, for example, in FIG. 3A, if the detection electrode of the liquid amount detection unit 36 is divided into left and right, the capacitance of the left and right liquid amount detection units when the tank is tilted in the left and right direction in the drawing. There will be a difference. From this difference, the left and right tilt amounts can be detected. In addition, if the detection electrode is divided into upper and lower parts, the amount of tilt before and after can be detected. Furthermore, if the detection electrode is divided into left and right and up and down, the left and right and front and back tilt amounts can be detected. Similarly, another plurality of divided detection electrodes may be formed on different side surfaces of the tank.

また、上記各実施の形態では、DMFCを例に説明したがこれに限られず、セルスタックと同様の発電素子を用いる燃料電池であれば本発明の構成の適用が可能である。例えば、水素を燃料とする、いわゆる高分子固体電解質燃料電池やメタノール改質型の燃料電池などにも適用できる。   In each of the above embodiments, the DMFC has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of the present invention can be applied to any fuel cell that uses a power generation element similar to a cell stack. For example, the present invention can be applied to a so-called solid polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel or a methanol reforming fuel cell.

本発明の燃料電池システムによれば、高い信頼性と、小型で携帯性が特に要望される電子機器の電源として有用である。   According to the fuel cell system of the present invention, it is useful as a power source for electronic devices that are particularly required to have high reliability, small size, and portability.

本発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における燃料電池スタックの発電動作を説明する断面模式図Sectional schematic diagram explaining the power generation operation of the fuel cell stack according to Embodiment 1 of the present invention. (a)本発明の実施の形態1における分離部の斜視図、(b)図3(a)の3B−3B線断面図、(c)図3(a)の3C−3C線断面図(A) The perspective view of the isolation | separation part in Embodiment 1 of this invention, (b) The 3B-3B sectional view taken on the line of Fig.3 (a), (c) The 3C-3C sectional view taken on the line of Fig.3 (a) 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を説明する模式図Schematic diagram illustrating the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention and the capacitance. (a)本発明の実施の形態1における分離部の別の例の斜視図、(b)図5(a)の5B−5B線断面図、(c)図5(a)の5C−5C線断面図(A) Perspective view of another example of separation part in Embodiment 1 of this invention, (b) 5B-5B sectional drawing of Fig.5 (a), (c) 5C-5C line of Fig.5 (a) Cross section 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの制御部の算出部の構成を示すブロック回路図1 is a block circuit diagram showing a configuration of a calculation unit of a control unit of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 図6に示すブロック回路図の主要な位置における波形図Waveform diagram at main positions in the block circuit diagram shown in FIG. (a)本発明の実施の形態2における分離部の斜視図、(b)図8(a)の8B−8B線断面図、(c)図8(a)の8C−8C線断面図(A) Perspective view of separation part in embodiment 2 of the present invention, (b) 8B-8B sectional view of FIG. 8 (a), (c) 8C-8C sectional view of FIG. 8 (a) 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの液量検知部で検出される液体の量と静電容量との関係を説明する模式図Schematic diagram illustrating the relationship between the amount of liquid detected by the liquid amount detection unit of the fuel cell system and the capacitance in Embodiment 2 of the present invention. (a)本発明の実施の形態2における分離部の別の例の斜視図、(b)図10(a)の10B−10B線断面図、(c)図10(a)の10C−10C線断面図(A) The perspective view of another example of the separation part in Embodiment 2 of this invention, (b) 10B-10B sectional view taken on the line of FIG. 10 (a), (c) The 10C-10C line of FIG. 10 (a) Cross section (a)本発明の実施の形態2における分離部のさらに別の例の斜視図、(b)図11(a)の11B−11B線断面図、(c)図11(a)の11C−11C線断面図(A) Perspective view of still another example of separation part in Embodiment 2 of the present invention, (b) 11B-11B cross-sectional view of FIG. 11 (a), (c) 11C-11C of FIG. 11 (a) Line cross section (a)従来の燃料電池システムの液量検知機能を説明するタンクの概略斜視図、(b)図12(a)の12B−12B線断面図、(c)図12(a)の12C−12C線断面図(A) The schematic perspective view of the tank explaining the liquid amount detection function of the conventional fuel cell system, (b) 12B-12B sectional view taken on the line of FIG. 12 (a), (c) 12C-12C of FIG. 12 (a) Line cross section

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
2 正極端子
3 負極端子
4 燃料タンク
5 第1供給部
6 第2供給部
7 制御部
7A 算出部
8 蓄電部
9 DC/DCコンバータ
10,50,70,80,90 分離部
11,36,56,76,86,96,136 液量検知部
12,30,52,72,82,92,110 タンク
13 冷却部
21 アノード電極
21A,22A 拡散層
21B,22B 微多孔層(MPL)
21C,22C 触媒層
22 カソード電極
23 電解質膜
24 膜電極接合体(MEA)
25 アノード側エンドプレート
25A 燃料流路
26 カソード側エンドプレート
26A ガス流路
31 気液分離膜
32A,32B,132A,132B 導入管
32C,132C 排出管
36A,36B,56A,56B,76A,76B,86A,86B,96A,96B,136A,136B 検出電極
38 液体
41 パルス発生部
42 パルス時間測定部
43,44 抵抗器
45 排他的論理和ゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Positive electrode terminal 3 Negative electrode terminal 4 Fuel tank 5 1st supply part 6 2nd supply part 7 Control part 7A Calculation part 8 Power storage part 9 DC / DC converter 10, 50, 70, 80, 90 Separation part 11, 36, 56, 76, 86, 96, 136 Liquid quantity detection unit 12, 30, 52, 72, 82, 92, 110 Tank 13 Cooling unit 21 Anode electrode 21A, 22A Diffusion layer 21B, 22B Microporous layer (MPL)
21C, 22C catalyst layer 22 cathode electrode 23 electrolyte membrane 24 membrane electrode assembly (MEA)
25 Anode side end plate 25A Fuel flow path 26 Cathode side end plate 26A Gas flow path 31 Gas-liquid separation membrane 32A, 32B, 132A, 132B Inlet pipe 32C, 132C Discharge pipe 36A, 36B, 56A, 56B, 76A, 76B, 86A , 86B, 96A, 96B, 136A, 136B Detection electrode 38 Liquid 41 Pulse generation unit 42 Pulse time measurement unit 43, 44 Resistor 45 Exclusive OR gate

Claims (5)

アノード電極とカソード電極と前記アノード電極と前記カソード電極との間に介在する電解質膜とを積層した膜電極接合体を含む燃料電池スタックと、
前記アノード電極に燃料を供給する第1供給部と、
前記カソード電極に酸化剤を含むガスを供給する第2供給部と、
前記アノード電極で発生した反応生成物および前記燃料の残分と前記カソード電極で発生した反応生成物および前記カソード電極を経た前記ガスの少なくとも一方で構成された気液混合流体から液体を分離する気液分離膜および分離された前記液体を保持し対向する側面が凹凸形状に加工されたタンクとを有する分離部と、
前記タンクの互いに対向する側面に設けた前記タンク内の前記液体の量を検出する一対の検出電極からなる液量検知部と、を備え、
前記液量検知部が前記凹凸形状に沿って設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack including a membrane electrode assembly in which an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane interposed between the anode electrode and the cathode electrode are stacked;
A first supply unit for supplying fuel to the anode electrode;
A second supply part for supplying a gas containing an oxidant to the cathode electrode;
A gas for separating a liquid from a gas-liquid mixed fluid composed of at least one of a reaction product generated at the anode electrode and a residue of the fuel, a reaction product generated at the cathode electrode, and the gas passed through the cathode electrode. A separation unit having a liquid separation membrane and a tank that holds the separated liquid and has opposite side surfaces processed into a concavo-convex shape;
A liquid amount detection unit comprising a pair of detection electrodes for detecting the amount of the liquid in the tank provided on the opposite side surfaces of the tank;
The fuel cell system, wherein the liquid amount detection unit is provided along the uneven shape.
前記凹凸形状の対向する間隔が等しいことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the opposing intervals of the concave and convex shapes are equal. 前記凹凸形状の対向する間隔が異なることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein an interval between the concave and convex shapes is different. 前記凹凸形状が、波形形状であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the uneven shape is a corrugated shape. 前記検出電極に接続され、前記分離部内の前記液体の量を検出する算出部を、さらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising a calculation unit connected to the detection electrode and detecting an amount of the liquid in the separation unit.
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