JP2016225284A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell having higher durability of a separator than a conventional fuel cell.SOLUTION: An electrode opposing region 144 of a separator 140 facing an electrode 120 includes a plurality of conductive portions 145, and a plurality of high resistance portions 146 having higher resistance than the plurality of conductive portions 145 and electrically separating each of the plurality of conductive portions 145. The separator 140 is formed using a base material made of a metal material. The plurality of high resistance portions 146 are formed by oxidizing a part of the base material. Therefore, the plurality of high resistance portions 146 are made of oxides of the base material generated by oxidizing a part of the base material. The plurality of conductive portions 145 are composed of a base material. This makes it possible to increase the durability of the separator, as compared with the case of forming the separator by joining the members constituting the plurality of conductive portions and the members constituting the plurality of high resistance portions.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell.

特許文献1に、セパレータのうち電極に対向する領域を、複数の導電性領域に分割した燃料電池が開示されている。特許文献1の燃料電池では、複数の導電性領域を導電性材料で構成し、複数の導電性領域を区画する部分を非導電性材料で構成し、導電性材料と非導電性材料の2つの部材を接合して一体化している。   Patent Document 1 discloses a fuel cell in which a region of a separator facing an electrode is divided into a plurality of conductive regions. In the fuel cell of Patent Document 1, a plurality of conductive regions are formed of a conductive material, a portion that partitions the plurality of conductive regions is formed of a nonconductive material, and two of a conductive material and a nonconductive material are used. The members are joined and integrated.

これによれば、セパレータのうち電極に対向する領域を、複数の導電性領域に分割しているので、複数の導電性領域のそれぞれを流れる電流を測定することで、燃料電池の発電面内の電流分布を測定できる。   According to this, since the region facing the electrode in the separator is divided into a plurality of conductive regions, by measuring the current flowing through each of the plurality of conductive regions, the power generation surface of the fuel cell Current distribution can be measured.

特開2013−30471号公報JP2013-30471A

しかし、上記した従来の燃料電池では、導電性材料と非導電性材料の2つの部材を一体化してセパレータを形成するので、冷熱サイクル時に、2つの部材の接合面に熱応力がかかり、接合面にクラックが生じるおそれがある。2つの部材の接合面にクラックが生じると、そこから反応ガス(燃料ガスや酸化剤ガス)の漏れが生じてしまう。このように、従来の燃料電池では、熱応力によってセパレータにクラックが生じる可能性が高く、セパレータの耐久性が低いという課題がある。   However, in the conventional fuel cell described above, since the separator is formed by integrating the two members of the conductive material and the non-conductive material, thermal stress is applied to the joint surface between the two members during the cooling cycle, and the joint surface There is a risk of cracking. If a crack occurs in the joint surface between the two members, leakage of the reaction gas (fuel gas or oxidant gas) occurs from there. As described above, in the conventional fuel cell, there is a high possibility that cracks are generated in the separator due to thermal stress, and the durability of the separator is low.

本発明は上記点に鑑みて、上記した従来の燃料電池と比較して、セパレータの耐久性が高い燃料電池を提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a fuel cell having a separator having higher durability than the above-described conventional fuel cell.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
電解質(110)と、
電解質の両側に設けられたカソード側電極(120)およびアノード側電極(130)と、
カソード側電極の電解質側とは反対側に設けられ、カソード側電極に供給される酸化剤ガスの流路(141c)を有するカソード側セパレータ(140、180)と、
アノード側電極の電解質側とは反対側に設けられ、アノード側電極に供給される燃料ガスの流路(153c)を有するアノード側セパレータ(150)と、
アノード側セパレータとカソード側セパレータの少なくとも一方のセパレータは、アノード側電極またはカソード側電極に対向する電極対向領域(144、154)において、複数の導電部(145)と、複数の導電部よりも高抵抗であって、複数の導電部のそれぞれを分け隔てる高抵抗部(146)とを有し、
少なくとも一方のセパレータは、金属材料からなる母材で構成されており、
複数の導電部は、母材で構成され、
高抵抗部は、母材の酸化物で構成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1,
An electrolyte (110);
A cathode side electrode (120) and an anode side electrode (130) provided on both sides of the electrolyte;
A cathode side separator (140, 180) provided on the opposite side of the cathode side electrode from the electrolyte side and having a flow path (141c) for an oxidant gas supplied to the cathode side electrode;
An anode separator (150) provided on the opposite side of the anode side electrode from the electrolyte side and having a fuel gas flow path (153c) supplied to the anode side electrode;
At least one of the anode-side separator and the cathode-side separator has a plurality of conductive portions (145) higher than the plurality of conductive portions in the electrode facing region (144, 154) facing the anode-side electrode or the cathode-side electrode. A high resistance portion (146) that separates each of the plurality of conductive portions;
At least one of the separators is composed of a base material made of a metal material,
The plurality of conductive parts are made of a base material,
The high resistance portion is characterized by being composed of an oxide of a base material.

また、請求項2に記載の発明では、
電解質(110)と、電解質の両側に設けられたカソード側電極(120)およびアノード側電極(130)と、カソード側電極の電解質側とは反対側に設けられ、カソード側電極に供給される酸化剤ガスの流路(141c)を有するカソード側セパレータ(140)と、アノード側電極の電解質側とは反対側に設けられ、アノード側電極に供給される燃料ガスの流路(153c)を有するアノード側セパレータ(150)とを有するとともに、互いに積層された複数のセル(10a)と、
複数のセルとともに積層され、複数のセルと電気的に直列に接続された少なくとも1つ以上の電流センサ(13)とを備え、
1つの電流センサは、隣接するセルと接触する複数の電流測定部(13a)を有し、
複数のセルのそれぞれのアノード側セパレータとカソード側セパレータのうち電流センサに隣接するセパレータは、アノード側電極またはカソード側電極に対向する電極対向領域(144、154)において、複数の導電部(145)と、複数の導電部よりも高抵抗であって、複数の導電部のそれぞれを分け隔てる高抵抗部(146)とを有し、
複数の導電部のそれぞれは、複数の電流測定部のいずれか1つの電流測定部と電気的に接続されており、
電流センサに隣接するセパレータは、金属材料からなる母材で構成されており、
複数の導電部は、母材で構成され、
高抵抗部は、母材の酸化物で構成されていることを特徴としている。
In the invention according to claim 2,
The electrolyte (110), the cathode side electrode (120) and anode side electrode (130) provided on both sides of the electrolyte, and the oxidation provided on the opposite side of the cathode side electrode from the electrolyte side and supplied to the cathode side electrode A cathode separator (140) having a flow path (141c) for the agent gas, and an anode having a flow path (153c) for the fuel gas provided on the opposite side of the anode side electrode from the electrolyte side and supplied to the anode side electrode A plurality of cells (10a) having a side separator (150) and stacked on each other;
Comprising at least one current sensor (13) laminated with a plurality of cells and electrically connected in series with the plurality of cells;
One current sensor has a plurality of current measuring units (13a) in contact with adjacent cells,
The separator adjacent to the current sensor among the anode-side separator and the cathode-side separator of each of the plurality of cells has a plurality of conductive portions (145) in the electrode facing region (144, 154) facing the anode-side electrode or the cathode-side electrode. And a high resistance portion (146) that is higher in resistance than the plurality of conductive portions and separates each of the plurality of conductive portions,
Each of the plurality of conductive parts is electrically connected to any one of the plurality of current measurement parts.
The separator adjacent to the current sensor is composed of a base material made of a metal material,
The plurality of conductive parts are made of a base material,
The high resistance portion is characterized by being composed of an oxide of a base material.

請求項1、2に記載の発明によれば、セパレータの電極対向領域を複数の導電部に分割しているで、複数の導電部のそれぞれを流れる電流を測定することで、燃料電池の発電面内の電流分布を測定することができる。さらに、セパレータを構成する1つの部材の一部を酸化(化学変化)させて高抵抗部を形成しているので、2つの部材を接合して一体化してセパレータを形成する場合と比較して、熱応力によるクラックの発生を抑制できる。   According to the first and second aspects of the invention, the electrode facing region of the separator is divided into a plurality of conductive portions, and by measuring the current flowing through each of the plurality of conductive portions, the power generation surface of the fuel cell The current distribution within can be measured. Furthermore, since a part of one member constituting the separator is oxidized (chemical change) to form a high resistance portion, compared to the case where the separator is formed by joining and integrating the two members, Generation of cracks due to thermal stress can be suppressed.

よって、請求項1、2に記載の発明によれば、セパレータの耐久性が高い燃料電池を提供できる。   Therefore, according to the first and second aspects of the invention, a fuel cell having high separator durability can be provided.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole fuel cell system composition in a 1st embodiment. 第1実施形態における燃料電池の斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell in a 1st embodiment. 図2中の電流センサの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the current sensor in FIG. 2. 第1実施形態における第1セルと電流センサの断面図である。It is sectional drawing of the 1st cell in 1st Embodiment, and a current sensor. 第1実施形態における第1セルのカソード側セパレータの平面図である。It is a top view of the cathode side separator of the 1st cell in a 1st embodiment. 第1実施形態における第2セルと電流センサの断面図である。It is sectional drawing of the 2nd cell and current sensor in 1st Embodiment. 第2実施形態における第1セルと電流センサの断面図である。It is sectional drawing of the 1st cell and current sensor in 2nd Embodiment. 第3実施形態における第1セルと電流センサの断面図である。It is sectional drawing of the 1st cell and current sensor in 3rd Embodiment. 第4実施形態における第1セルと電流センサの断面図である。It is sectional drawing of the 1st cell and current sensor in 4th Embodiment. 第4実施形態における電流センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the current sensor in 4th Embodiment. 第4実施形態における電流センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the current sensor in 4th Embodiment. 他の実施形態における第1セルのカソード側セパレータの平面図である。It is a top view of the cathode side separator of the 1st cell in other embodiments.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
まず、図1に示す本実施形態の燃料電池10を備える燃料電池システムについて説明する。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、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電気負荷に電力を供給するものである。
(First embodiment)
First, a fuel cell system including the fuel cell 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described. 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 driving a vehicle, a secondary battery, and various auxiliary machines for vehicles (not shown). It is.

燃料電池10は、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ものである。本実施形態では、燃料電池10として、固体高分子電解質型のものを採用している。   The fuel cell 10 generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In the present embodiment, a solid polymer electrolyte type is used as the fuel cell 10.

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ている。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。   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
燃料電池10から出力される電気エネルギは、燃料電池10の各セル10aから出力される電圧を検出するセルモニタ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、セルモニタ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
The electric energy output from the fuel cell 10 is measured by a cell monitor 11 that detects a voltage output from each cell 10a of the fuel cell 10 and a current sensor 12 that detects a current output as the fuel cell 10 as a whole. . Note that detection signals from the cell monitor 11 and the current sensor 12 are input to a control device 50 described later.

また、燃料電池10の空気極(正極、カソード側電極)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, cathode side 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 fuel cell 10 An air discharge pipe 20b for discharging the surplus air after the chemical reaction and the generated water generated at 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、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 functions to humidify the air supplied to the fuel cell 10.

燃料電池10の水素極(負極、アノード側電極)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, anode side electrode) side of the fuel cell 10, a hydrogen supply pipe 30a for supplying hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel cell 10, the generated water accumulated on the hydrogen electrode side is fueled with a small amount of hydrogen. A hydrogen discharge pipe 30b for discharging from the battery 10 to the outside air is connected. 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温度検出手段としての温度センサ46が設けられている。この温度センサ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 temperature sensor 46 as a 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 in the cooling water circuit 40. By detecting the cooling water temperature by the temperature sensor 46, the temperature of the fuel cell 10 can be indirectly detected. The detection signal of the 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、上述のセルモニタ11、電流センサ12および温度センサ46の検出信号等の他に、後述する電流検出回路51から出力される電流信号が入力される。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, a current signal output from a current detection circuit 51 described later is input to the input side of the control device 50 in addition to the detection signals of the cell monitor 11, the current sensor 12, and the temperature sensor 46 described above. . 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.

図2に示すように、燃料電池10は、複数の電流センサ13を備えている。複数の電流センサ13は、燃料電池10の内部を流れる電流を測定するものであり、図1に示すように、電流検出回路51を介して、制御装置50に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 includes a plurality of current sensors 13. The plurality of current sensors 13 measure the current flowing through the fuel cell 10 and are electrically connected to the control device 50 via a current detection circuit 51 as shown in FIG.

電流センサ13は、セル10aに隣接して配置されている。本実施形態では、複数の電流センサ13が複数のセル10aとともに積層されており、複数の電流センサ13および複数のセル10aは、電気的に直列に接続されている。複数の電流センサ13は、隣り合うセル10aの間に配置されているものと、積層された複数のセル10aのうち積層方向端部に位置するセル10aに隣接して配置されているものとがある。   The current sensor 13 is disposed adjacent to the cell 10a. In the present embodiment, a plurality of current sensors 13 are stacked together with a plurality of cells 10a, and the plurality of current sensors 13 and the plurality of cells 10a are electrically connected in series. The plurality of current sensors 13 are arranged between the adjacent cells 10a and the ones arranged adjacent to the cells 10a located at the end in the stacking direction among the stacked cells 10a. is there.

図3に示すように、電流センサ13は、複数の電流測定部13aが一体に形成された板状部材13bによって構成されている。電流測定部13aは、複数のセル10aの積層方向に流れる電流を測定するためのものである。   As shown in FIG. 3, the current sensor 13 is configured by a plate-like member 13b in which a plurality of current measuring units 13a are integrally formed. The current measuring unit 13a is for measuring a current flowing in the stacking direction of the plurality of cells 10a.

電流測定部13aは、特開2012−248305号公報に記載のものと同様の構成である。すなわち、図4に示すように、電流測定部13aは、板状部材13bの両面に配置された一対の電極部13c、13dと、板状部材13bの内部に形成された図示しない抵抗体とを備えている。板状部材13bは絶縁体で構成され、一対の電極部13c、13dは導体で構成されている。抵抗体は、一対の電極部13c、13dと電気的に接続されている。なお、複数のセル10aの積層方向に流れる電流を測定できれば、電流測定部13aの構造は、上記した構造に限られず、他の構造であってもよい。   The current measuring unit 13a has the same configuration as that described in JP 2012-248305 A. That is, as shown in FIG. 4, the current measurement unit 13a includes a pair of electrode portions 13c and 13d disposed on both surfaces of the plate-like member 13b and a resistor (not shown) formed inside the plate-like member 13b. I have. The plate-like member 13b is made of an insulator, and the pair of electrode portions 13c and 13d are made of a conductor. The resistor is electrically connected to the pair of electrode portions 13c and 13d. As long as the current flowing in the stacking direction of the plurality of cells 10a can be measured, the structure of the current measurement unit 13a is not limited to the above structure, and may be another structure.

図3に示すように、複数の電流測定部13aは、電流センサ13の面方向にマトリックス状に配置されている。すなわち、複数の電流測定部13aは、電流センサ13の平面において、直交する二方向に格子状に並んで配置されている。これにより、電流センサ13をセル10aに隣接して配置したとき、複数の電流測定部13aがセル10aの面方向に複数配置されるので、電流センサ13によってセル10aの面内における電流分布を測定することができる。   As shown in FIG. 3, the plurality of current measuring units 13 a are arranged in a matrix in the surface direction of the current sensor 13. In other words, the plurality of current measuring units 13 a are arranged in a grid in two orthogonal directions on the plane of the current sensor 13. Thereby, when the current sensor 13 is arranged adjacent to the cell 10a, a plurality of current measuring units 13a are arranged in the plane direction of the cell 10a, so that the current distribution in the plane of the cell 10a is measured by the current sensor 13. can do.

電流センサ13の外周部には、複数のセル10aの積層方向に貫通する貫通孔が形成されている。これらの貫通孔は、複数のセル10aを積層した際に、複数のセル10aの積層方向に空気(Air)、冷却水(H2O)、水素(H2)が流れるマニホールド部を構成する。本実施形態では、電流センサ13の長手方向一端側の外周部に、空気供給マニホールド部14aと、冷却水供給マニホールド部15aと、水素供給マニホールド部16aが形成されている。電流センサ13の長手方向他端側の外周部に、空気排出マニホールド部14bと、冷却水排出マニホールド部15bと、水素排出マニホールド部16bが形成されている。   A through-hole penetrating in the stacking direction of the plurality of cells 10 a is formed in the outer peripheral portion of the current sensor 13. These through holes constitute a manifold part through which air (Air), cooling water (H 2 O), and hydrogen (H 2) flow in the stacking direction of the plurality of cells 10 a when the plurality of cells 10 a are stacked. In the present embodiment, an air supply manifold portion 14a, a cooling water supply manifold portion 15a, and a hydrogen supply manifold portion 16a are formed on the outer peripheral portion on one end side in the longitudinal direction of the current sensor 13. An air discharge manifold portion 14b, a cooling water discharge manifold portion 15b, and a hydrogen discharge manifold portion 16b are formed on the outer peripheral portion on the other end side in the longitudinal direction of the current sensor 13.

電流検出回路51は、複数の電流測定部13aの出力信号からセル10aの積層方向に流れる電流を演算処理して、電流信号を制御装置50へ出力する信号処理回路である。具体的には、図示しない電圧センサで検出した各電流測定部13aの一対の電極部13c、13dの電位差と、各電流測定部13aの一対の電極部13c、13dの間の電流経路の抵抗値とを用いて演算処理する。これにより、セル10aの各電流測定部13aに対応する部位あたりのセル10aの積層方向に流れる電流値を演算する。   The current detection circuit 51 is a signal processing circuit that performs arithmetic processing on the current flowing in the stacking direction of the cells 10 a from the output signals of the plurality of current measurement units 13 a and outputs the current signal to the control device 50. Specifically, the potential difference between the pair of electrodes 13c and 13d of each current measurement unit 13a detected by a voltage sensor (not shown) and the resistance value of the current path between the pair of electrodes 13c and 13d of each current measurement unit 13a. And processing using. Thereby, the value of the current flowing in the stacking direction of the cells 10a per region corresponding to each current measuring unit 13a of the cell 10a is calculated.

制御装置50では、電流検出回路51によって得た各電流測定部13aの電流値に基づいて、各セル10aの面内における電流分布を検出する。そして、制御装置50は、検出された電流分布に基づいて燃料電池10の発電状態を推定し、空気供給量および供給圧、水素供給圧、冷却水循環量の制御等を行う。これにより、燃料電池システムの効率および信頼性を向上させている。   The control device 50 detects the current distribution in the plane of each cell 10 a based on the current value of each current measurement unit 13 a obtained by the current detection circuit 51. Then, the control device 50 estimates the power generation state of the fuel cell 10 based on the detected current distribution, and controls the air supply amount and supply pressure, the hydrogen supply pressure, the cooling water circulation amount, and the like. This improves the efficiency and reliability of the fuel cell system.

なお、ここでは、セル10aの面内における直流電流の分布を検出したが、セル10aの面内における交流電流の分布を検出して、セル10aの面内におけるインピーダンス分布を検出するようにしてもよい。この場合、交流電圧印加手段を用いて、交流電圧を燃料電池10に印加する。燃料電池10に交流電圧を印加している際に、セルモニタ11と電流検出回路51から入力された電流分布を測定する。そして、セルモニタ11で測定した電圧値の変化と電流検出回路51から入力された電流分布の変化に基づいて、演算により各セル10aの交流インピーダンスを測定することができる。   Here, the DC current distribution in the plane of the cell 10a is detected. However, the AC current distribution in the plane of the cell 10a is detected to detect the impedance distribution in the plane of the cell 10a. Good. In this case, an alternating voltage is applied to the fuel cell 10 using an alternating voltage application means. When an alternating voltage is applied to the fuel cell 10, the current distribution input from the cell monitor 11 and the current detection circuit 51 is measured. And based on the change of the voltage value measured with the cell monitor 11, and the change of the current distribution input from the current detection circuit 51, the alternating current impedance of each cell 10a can be measured by calculation.

図2に示すように、複数のセル10aは、カソード側セパレータが電流センサ13に隣接する第1セル10a1と、アノード側セパレータが電流センサ13に隣接する第2セル10a2と、電流センサ13に隣接しない(すなわち、電流センサ13から離れている)第3セル10a3とを有している。以下、第1セル10a1について、図4、5を用いて説明する。なお、図4は、図5中のA−A線断面位置に相当する第1セル10a1の断面図である。   As shown in FIG. 2, the plurality of cells 10 a includes a first cell 10 a 1 having a cathode separator adjacent to the current sensor 13, a second cell 10 a 2 having an anode separator adjacent to the current sensor 13, and the current sensor 13. The third cell 10a3 is not (that is, away from the current sensor 13). Hereinafter, the first cell 10a1 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of the first cell 10a1 corresponding to the cross-sectional position along the line AA in FIG.

図4に示すように、第1セル10a1は、電解質膜110と、カソード側電極120(酸素極または酸化剤極ともいう)と、アノード側電極130(水素極または燃料極ともいう)と、カソード側セパレータ140と、アノード側セパレータ150とを備える。カソード側電極120は、図示しないが、電解質膜側の触媒層と、ガス拡散層とを有する。アノード側電極130は、図示しないが、電解質膜側の触媒層と、ガス拡散層とを有する。本実施形態では、電解質膜110と両電極120、130の構造体として、電解質膜と触媒層、ガス拡散層が一体化された膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)を用いている。   As shown in FIG. 4, the first cell 10a1 includes an electrolyte membrane 110, a cathode side electrode 120 (also referred to as an oxygen electrode or an oxidant electrode), an anode side electrode 130 (also referred to as a hydrogen electrode or a fuel electrode), a cathode A side separator 140 and an anode side separator 150 are provided. Although not shown, the cathode side electrode 120 has a catalyst layer on the electrolyte membrane side and a gas diffusion layer. Although not shown, the anode side electrode 130 includes a catalyst layer on the electrolyte membrane side and a gas diffusion layer. In this embodiment, a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) in which an electrolyte membrane, a catalyst layer, and a gas diffusion layer are integrated is used as the structure of the electrolyte membrane 110 and both electrodes 120 and 130.

カソード側セパレータ140およびアノード側セパレータ150は、隣り合うセル10a同士を電気的に接続するとともに、隣り合うセル10aの一方のセル10aを流れる反応ガス(水素または空気)が他方のセル10aへ流入することを遮断するものである。   The cathode-side separator 140 and the anode-side separator 150 electrically connect adjacent cells 10a, and a reactive gas (hydrogen or air) flowing through one cell 10a of the adjacent cells 10a flows into the other cell 10a. It is a thing to cut off.

図5に示すように、カソード側セパレータ140の外周部には、複数のセル10aの積層方向に貫通する貫通孔が形成されている。これらの貫通孔は、複数のセル10aを積層した際に、複数のセル10aの積層方向に空気(Air)、冷却水(H2O)、水素(H2)が流れるマニホールド部を構成する。本実施形態では、カソード側セパレータ140の長手方向一端側の外周部に、空気供給マニホールド部141aと、冷却水供給マニホールド部142aと、水素供給マニホールド部143aが形成されている。カソード側セパレータ140の長手方向他端側の外周部に、空気排出マニホールド部141bと、冷却水排出マニホールド部142bと、水素排出マニホールド部143bが形成されている。   As shown in FIG. 5, a through-hole penetrating in the stacking direction of the plurality of cells 10 a is formed in the outer peripheral portion of the cathode-side separator 140. These through holes constitute a manifold part through which air (Air), cooling water (H 2 O), and hydrogen (H 2) flow in the stacking direction of the plurality of cells 10 a when the plurality of cells 10 a are stacked. In the present embodiment, an air supply manifold portion 141a, a cooling water supply manifold portion 142a, and a hydrogen supply manifold portion 143a are formed on the outer peripheral portion on one end side in the longitudinal direction of the cathode side separator 140. An air discharge manifold portion 141b, a cooling water discharge manifold portion 142b, and a hydrogen discharge manifold portion 143b are formed on the outer peripheral portion on the other end side in the longitudinal direction of the cathode side separator 140.

カソード側セパレータ140のカソード側電極120に対向する面であって、カソード側電極120に対向する電極対向領域144には、複数のセル10aの積層方向に対して直交する方向に空気が流れる空気流路(酸化剤ガス流路)141cが設けられている。空気流路141cは、空気供給マニホールド部141aから空気排出マニホールド部141bの間において、複数の直線状の流路形状となっている。   An air flow in which air flows in a direction orthogonal to the stacking direction of the plurality of cells 10a in the electrode facing region 144 facing the cathode side electrode 120 of the cathode side separator 140 and facing the cathode side electrode 120. A channel (oxidant gas channel) 141c is provided. The air flow path 141c has a plurality of linear flow path shapes between the air supply manifold portion 141a and the air discharge manifold portion 141b.

また、図4に示すように、カソード側セパレータ140のカソード側電極120側とは反対側の面には、冷却水が流れる冷却水流路142cが設けられている。   Further, as shown in FIG. 4, a cooling water flow path 142c through which cooling water flows is provided on the surface of the cathode side separator 140 opposite to the cathode side electrode 120 side.

図示しないが、アノード側セパレータ150の外周部にも、カソード側セパレータ140と同様に、各マニホールド部が形成されている。図4に示すように、アノード側セパレータ150のアノード側電極130に対向する面には、水素が流れる水素流路(燃料ガス流路)153cが設けられている。水素流路153cは、空気流路141cと同様に、水素供給マニホールド部から水素排出マニホールド部の間において、複数の直線状の流路形状となっている。また、アノード側セパレータ150のアノード側電極130側とは反対側の面には、カソード側セパレータ140の冷却水流路142cと同様に、冷却水流路152cが設けられている。   Although not shown, each manifold portion is formed on the outer peripheral portion of the anode-side separator 150 similarly to the cathode-side separator 140. As shown in FIG. 4, a hydrogen channel (fuel gas channel) 153 c through which hydrogen flows is provided on the surface of the anode separator 150 that faces the anode electrode 130. Similar to the air flow path 141c, the hydrogen flow path 153c has a plurality of linear flow path shapes between the hydrogen supply manifold portion and the hydrogen discharge manifold portion. Further, a cooling water flow path 152 c is provided on the surface of the anode side separator 150 opposite to the anode side electrode 130 side, similarly to the cooling water flow path 142 c of the cathode side separator 140.

図4に示すように、第1セル10a1のカソード側セパレータ140の電極対向領域144と、電流センサ13の複数の電極部13cとが接触している。カソード側セパレータ140の電極対向領域144は、複数の導電部145と、複数の導電部145よりも高抵抗であって、複数の導電部145のそれぞれを区画する高抵抗部146とを有している。高抵抗部146は、隣り合う2つの電極部13c同士を構造的につなげる部位に形成されている。   As shown in FIG. 4, the electrode facing region 144 of the cathode separator 140 of the first cell 10a1 and the plurality of electrode portions 13c of the current sensor 13 are in contact with each other. The electrode facing region 144 of the cathode-side separator 140 has a plurality of conductive portions 145 and a high resistance portion 146 that is higher in resistance than the plurality of conductive portions 145 and partitions each of the plurality of conductive portions 145. Yes. The high resistance portion 146 is formed at a site that structurally connects two adjacent electrode portions 13c.

本実施形態では、図5に示すように、複数の導電部145の数は、電流センサ13の一面側に配置された複数の電極部13cの数と同じであり、複数の導電部145は、電流センサ13の複数の電極部13cと同様に、マトリックス状に配置されている。すなわち、複数の導電部145は、複数の直線状の空気流路141cに平行な方向と垂直な方向のそれぞれに並んで配置されている。そして、複数の導電部145のそれぞれは、電流センサ13の複数の電極部13cのうち複数の導電部145のそれぞれと対向する電極部13cと接触している。すなわち、複数の導電部145のいずれか1つは、電流センサ13の複数の電極部13cのいずれか1つと電気的に接続されている。このため、複数のセル10aの積層方向に電流が流れるとき、1つの導電部145を流れる電流が、対向する1つの電極部13cに流入するようになっている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the number of the plurality of conductive portions 145 is the same as the number of the plurality of electrode portions 13 c arranged on the one surface side of the current sensor 13, and the plurality of conductive portions 145 are: Similar to the plurality of electrode portions 13c of the current sensor 13, they are arranged in a matrix. That is, the plurality of conductive portions 145 are arranged side by side in a direction parallel to a plurality of linear air flow paths 141c and in a direction perpendicular to the direction. Each of the plurality of conductive portions 145 is in contact with the electrode portion 13 c facing each of the plurality of conductive portions 145 among the plurality of electrode portions 13 c of the current sensor 13. In other words, any one of the plurality of conductive portions 145 is electrically connected to any one of the plurality of electrode portions 13 c of the current sensor 13. For this reason, when a current flows in the stacking direction of the plurality of cells 10a, a current flowing through one conductive portion 145 flows into one opposing electrode portion 13c.

これにより、セル10a1の局所的な各領域のそれぞれから複数の電流測定部13aへ電流が流れるときの電流の回り込みを抑制できる。すなわち、セル10aの積層方向に電流が流れるときに、セル10a1の一部の局所的な領域から流出の電流が、1つの電流測定部13aに向かう流れと、セパレータ140内をセル10a1の積層方向に直交する方向に流れて隣りの電流測定部13aに向かう流れに分かれることを抑制できる。   As a result, current wraparound when current flows from each of the local regions of the cell 10a1 to the plurality of current measurement units 13a can be suppressed. That is, when a current flows in the stacking direction of the cells 10a, a current flowing out from a partial region of the cell 10a1 flows toward one current measuring unit 13a, and the stacking direction of the cells 10a1 in the separator 140 It is possible to suppress the flow from flowing in a direction orthogonal to the direction toward the adjacent current measuring unit 13a.

本実施形態では、図4に示すように、カソード側セパレータ140の電極対向領域144は、断面が波形状であり、カソード側セパレータ140の両面のそれぞれに凹凸形状を有している。このため、カソード側セパレータ140の電極対向領域144は、カソード側電極120に接触する第1接触部144aと、電流センサ13の電極部13cに接触する第2接触部144bと、カソード側電極120と電極部13cのどちらにも接触せず、第1接触部144aと第2接触部144bとを連結する連結部144cとを有している。高抵抗部146は、複数の直線状の空気流路141cに平行な方向に延びている高抵抗部146aと、複数の直線状の空気流路141cに垂直な方向に延びている高抵抗部146bとを有している(図5参照)。複数の直線状の空気流路141cに平行な方向に延びている高抵抗部146aは、連結部144cに形成されている。また、高抵抗部146は、図5に示すように、複数の直線状の空気流路141cの全てを囲む枠状の高抵抗部146cを有している。なお、各形状の高抵抗部146a、146b、146cは、本実施形態では、つながっているが、つながっていなくてもよい。要するに、高抵抗部146は、1つであっても複数に分けられていてもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the electrode facing region 144 of the cathode side separator 140 has a corrugated cross section, and has an uneven shape on both sides of the cathode side separator 140. For this reason, the electrode facing region 144 of the cathode separator 140 includes a first contact portion 144a that contacts the cathode side electrode 120, a second contact portion 144b that contacts the electrode portion 13c of the current sensor 13, and the cathode side electrode 120. It has the connection part 144c which does not contact any of the electrode parts 13c and connects the first contact part 144a and the second contact part 144b. The high resistance portion 146 includes a high resistance portion 146a extending in a direction parallel to the plurality of linear air flow paths 141c and a high resistance portion 146b extending in a direction perpendicular to the plurality of linear air flow paths 141c. (See FIG. 5). A high resistance portion 146a extending in a direction parallel to the plurality of linear air flow paths 141c is formed in the connecting portion 144c. Moreover, the high resistance part 146 has the frame-shaped high resistance part 146c surrounding all the some linear air flow paths 141c, as shown in FIG. In addition, although the high resistance parts 146a, 146b, and 146c of each shape are connected in this embodiment, they may not be connected. In short, the high resistance portion 146 may be one or may be divided into a plurality.

カソード側セパレータ140は、一枚の板状の金属材料からなる母材をプレス成型して製造されるものである。プレス成型によってカソード側セパレータ140の両面に凹凸形状が形成されている。カソード側セパレータ140の一方の片面に形成された凹凸形状によって空気流路141cが構成されている。カソード側セパレータ140の他方の片面に形成された凹凸形状によって冷却水流路142cが構成されている。   The cathode-side separator 140 is manufactured by press-molding a base material made of a single plate-like metal material. Concave and convex shapes are formed on both surfaces of the cathode-side separator 140 by press molding. The air flow path 141c is configured by the concavo-convex shape formed on one side of the cathode-side separator 140. The cooling water flow path 142c is configured by an uneven shape formed on the other side of the cathode-side separator 140.

そして、高抵抗部146は、プレス成型された母材の一部を酸化処理して形成されたものであり、母材の酸化物、すなわち、母材に含まれる金属元素の酸化物で構成されている。このため、高抵抗部146は、導電部145との間に接合面がなく、導電部145と連続した一体構造を有する。高抵抗部146を形成するための酸化処理としては、酸素雰囲気下で加熱する熱酸化処理を採用することができる。   The high resistance portion 146 is formed by oxidizing a part of the press-molded base material, and is composed of an oxide of the base material, that is, an oxide of a metal element contained in the base material. ing. For this reason, the high resistance part 146 has no joint surface between the conductive part 145 and has an integrated structure continuous with the conductive part 145. As the oxidation treatment for forming the high resistance portion 146, a thermal oxidation treatment in which heating is performed in an oxygen atmosphere can be employed.

本実施形態では、Tiからなる金属板をプレス成型してセパレータ140を製造する。そして、プレス成型した金属板のうち高抵抗部146の形成予定領域に対して、酸素雰囲気下で半導体レーザを用いて局所的に加熱する。このとき、金属板の厚さ方向全域が酸化されるように、加熱条件を設定する。これにより、セパレータ140にTiOで構成された高抵抗部146を形成する。 In this embodiment, the separator 140 is manufactured by press-molding a metal plate made of Ti. Then, the region where the high resistance portion 146 is to be formed in the press-molded metal plate is locally heated using a semiconductor laser in an oxygen atmosphere. At this time, the heating conditions are set so that the entire thickness direction of the metal plate is oxidized. Thereby, the high resistance part 146 made of TiO 2 is formed in the separator 140.

なお、高抵抗部146を形成するための酸化処理としては、電解液中で電解をかける陽極酸化処理を採用してもよい。ただし、金属板に対して陽極酸化処理を行った場合、金属板の表面に酸化被膜が形成される。このため、陽極酸化処理を採用する場合では、隣り合う導電部145の間の電流流れを抑制できるように、カソード側電極120に接触する第1接触部144aの表面や、電流センサ13の電極部13cに接触する第2接触部144bの表面に、高抵抗部146を形成する。このようにしても、セル10a1の局所的な各領域のそれぞれから複数の電流測定部13aへ電流が流れるときの電流の回り込みを抑制できる。この場合も、図5に示すように、高抵抗部146は、カソード側セパレータ140の平面レイアウト上で、複数の導電部145のそれぞれを分け隔てる位置に形成されることになる。   In addition, as an oxidation process for forming the high resistance part 146, you may employ | adopt the anodic oxidation process which electrolyzes in electrolyte solution. However, when anodizing is performed on the metal plate, an oxide film is formed on the surface of the metal plate. For this reason, when the anodizing treatment is employed, the surface of the first contact portion 144a that contacts the cathode-side electrode 120 or the electrode portion of the current sensor 13 so that the current flow between the adjacent conductive portions 145 can be suppressed. The high resistance portion 146 is formed on the surface of the second contact portion 144b that comes into contact with 13c. Even if it does in this way, the wraparound of the electric current when an electric current flows into each of the some electric current measurement part 13a from each local area | region of the cell 10a1 can be suppressed. Also in this case, as shown in FIG. 5, the high resistance portion 146 is formed at a position separating each of the plurality of conductive portions 145 on the planar layout of the cathode-side separator 140.

アノード側セパレータ150も、高抵抗部146の形成を除き、カソード側セパレータ140と同様に、一枚の板状の金属材料からなる母材をプレス成型して製造される。   The anode-side separator 150 is also manufactured by press-molding a base material made of a single plate-like metal material, like the cathode-side separator 140, except for the formation of the high resistance portion 146.

次に、第2セル10a2について、図6を用いて説明する。なお、図6は、第2セル10a2の断面図であり、図4に対応している。   Next, the second cell 10a2 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the second cell 10a2, and corresponds to FIG.

第2セル10a2は、電流センサ13に隣接するアノード側セパレータ150に高抵抗部156が形成され、カソード側セパレータ140に高抵抗部146が形成されていない点が、第1セル10a1と異なるものであり、その他の構成は、第1セル10a1と同じである。   The second cell 10a2 is different from the first cell 10a1 in that the high resistance portion 156 is formed on the anode side separator 150 adjacent to the current sensor 13 and the high resistance portion 146 is not formed on the cathode side separator 140. In other respects, the configuration is the same as that of the first cell 10a1.

すなわち、第2セル10a2のアノード側セパレータ150は、アノード側電極130に対向する電極対向領域154において、複数の導電部155と、高抵抗部156とを有している。電極対向領域154、導電部155および高抵抗部156は、それぞれ、第1セル10a1のカソード側セパレータ140における電極対向領域144、導電部145および高抵抗部146に対応するものである。   That is, the anode-side separator 150 of the second cell 10a2 has a plurality of conductive portions 155 and a high resistance portion 156 in the electrode facing region 154 facing the anode-side electrode 130. The electrode facing region 154, the conductive portion 155, and the high resistance portion 156 correspond to the electrode facing region 144, the conductive portion 145, and the high resistance portion 146 in the cathode separator 140 of the first cell 10a1, respectively.

第2セル10a2は、複数のセル10aの積層方向の電流流れにおいて、電流センサ13の下流側に位置している。このため、第2セル10a2においては、電流センサ13から第2セル10a2に流れる電流におけるセルの面方向への電流の回り込みを抑制できる。   The second cell 10a2 is located on the downstream side of the current sensor 13 in the current flow in the stacking direction of the plurality of cells 10a. For this reason, in the 2nd cell 10a2, the wraparound of the electric current to the surface direction of the cell in the electric current which flows into the 2nd cell 10a2 from the current sensor 13 can be suppressed.

複数のセル10aのうち第3セル10a3は、基本的に、第1セル10a1と同じ構造である。ただし、第3セル10a3のカソード側セパレータ140は、第1セル10a1のカソード側セパレータ140と同じ形状であるが、高抵抗部146を有していない点が相違する。   Of the plurality of cells 10a, the third cell 10a3 is basically the same structure as the first cell 10a1. However, the cathode side separator 140 of the third cell 10a3 has the same shape as the cathode side separator 140 of the first cell 10a1, but is different in that the high resistance portion 146 is not provided.

上述の通り、本実施形態では、第1セル10a1において、カソード側セパレータ140の電極対向領域144は、複数の導電部145と、複数の導電部145のそれぞれを分け隔てる高抵抗部146とを有している。これによれば、カソード側セパレータ140の電極対向領域144を複数の導電部145に分割しているので、セル10aの面内における電流分布を測定することができる。なお、「複数の導電部145のそれぞれを分け隔てる」とは、少なくとも隣り合う導電部145の間の電流流れを抑制できる程度に、複数の導電部145が分け隔てられていることを意味し、複数の導電部145のそれぞれが完全に絶縁分離されていることを意味するものではない。   As described above, in the present embodiment, in the first cell 10a1, the electrode facing region 144 of the cathode-side separator 140 has a plurality of conductive portions 145 and a high resistance portion 146 that separates each of the plurality of conductive portions 145. doing. According to this, since the electrode facing region 144 of the cathode separator 140 is divided into the plurality of conductive portions 145, the current distribution in the plane of the cell 10a can be measured. Note that “separate each of the plurality of conductive portions 145” means that the plurality of conductive portions 145 are separated to an extent that current flow between at least adjacent conductive portions 145 can be suppressed, It does not mean that each of the plurality of conductive portions 145 is completely insulated and separated.

さらに、本実施形態では、第1セル10a1のカソード側セパレータ140を、一枚の板状の金属材料からなる母材を用いて形成するとともに、高抵抗部146を、母材の一部に対する酸化処理によって形成している。このため、高抵抗部146は、母材に含まれる金属元素の酸化物で構成されている。これによれば、カソード側セパレータ140を構成する1つの部材の一部を酸化(化学変化)させて高抵抗部146を形成しているので、2つの部材を接合して一体化してセパレータを形成する場合と比較して、熱応力によるクラックの発生を抑制できる。   Further, in the present embodiment, the cathode separator 140 of the first cell 10a1 is formed using a base material made of a single plate-like metal material, and the high resistance portion 146 is oxidized against a part of the base material. Formed by processing. For this reason, the high resistance part 146 is comprised with the oxide of the metal element contained in a base material. According to this, a part of one member constituting the cathode side separator 140 is oxidized (chemically changed) to form the high resistance portion 146. Therefore, the two members are joined and integrated to form the separator. Compared with the case where it does, the crack generation by a thermal stress can be suppressed.

また、本実施形態では、第2セル10a2のアノード側セパレータ150においても、電極対向領域154を高抵抗部156によって複数の導電部155に分割している。そして、第2セル10a2の高抵抗部156も、アノード側セパレータ150を構成する母材の一部を酸化処理して形成されるものである。したがって、第2セル10a2のアノード側セパレータ150においても、第1セル10a1のカソード側セパレータ140と同様のことが言える。   In the present embodiment, also in the anode-side separator 150 of the second cell 10a2, the electrode facing region 154 is divided into a plurality of conductive portions 155 by the high resistance portion 156. The high resistance portion 156 of the second cell 10a2 is also formed by oxidizing part of the base material constituting the anode separator 150. Therefore, the same can be said for the anode-side separator 150 of the second cell 10a2 as for the cathode-side separator 140 of the first cell 10a1.

よって、本実施形態によれば、上記した特許文献1の燃料電池と比較して、第1セル10a1のカソード側セパレータ140および第2セル10a2のアノード側セパレータ150の耐久性を向上させることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the durability of the cathode side separator 140 of the first cell 10a1 and the anode side separator 150 of the second cell 10a2 can be improved as compared with the fuel cell of Patent Document 1 described above. .

また、本実施形態では、一枚の板状の金属材料からなる母材をプレス成型するとともに、母材の一部を酸化処理することによって、第1セル10a1の高抵抗部146を有するカソード側セパレータ140を製造している。第2セル10a2のアノード側セパレータ150についても同様である。このため、本実施形態によれば、導電性材料と非導電性材料の2つの部材を一体化して、高抵抗部を有するセパレータを形成する場合における2つの部材を一体化するという工程の複雑さを解消することができる。   In the present embodiment, the cathode side having the high resistance portion 146 of the first cell 10a1 is formed by press-molding a base material made of a single plate-like metal material and oxidizing part of the base material. The separator 140 is manufactured. The same applies to the anode-side separator 150 of the second cell 10a2. For this reason, according to this embodiment, the complexity of the process of integrating the two members in the case of forming the separator having the high resistance portion by integrating the two members of the conductive material and the non-conductive material. Can be eliminated.

また、本実施形態では、第1セル10a1のカソード側セパレータ140は、第3セル10a3のカソード側セパレータと同じ形状のセパレータを用いて構成されている。第2セル10a2のアノード側セパレータ150についても同様である。これにより、第1セル10a1のカソード側セパレータ140および第2セル10a2のアノード側セパレータ150を、第3セル10a3のセパレータとは異なる形状のもので構成する場合と比較して、燃料電池10の生産性を高めることができる。   In the present embodiment, the cathode separator 140 of the first cell 10a1 is configured using a separator having the same shape as the cathode separator of the third cell 10a3. The same applies to the anode-side separator 150 of the second cell 10a2. As a result, the production of the fuel cell 10 is made in comparison with the case where the cathode-side separator 140 of the first cell 10a1 and the anode-side separator 150 of the second cell 10a2 are configured with shapes different from the separator of the third cell 10a3. Can increase the sex.

(第2実施形態)
第1実施形態では、セパレータが表面に張り付けられていない電流センサ13を、複数のセル10aと積層していたが、本実施形態では、図7に示すように、セパレータ160、170が表面に予め張り付けられた電流センサ13を、複数のセル10aと積層している。セパレータ160は、第1実施形態のカソード側セパレータ140と同じ形状であり、セパレータ170は、第1実施形態のアノード側セパレータ150と同じ形状である。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the current sensor 13 with the separator not attached to the surface is laminated with the plurality of cells 10a. However, in this embodiment, as shown in FIG. The pasted current sensor 13 is stacked with a plurality of cells 10a. The separator 160 has the same shape as the cathode-side separator 140 of the first embodiment, and the separator 170 has the same shape as the anode-side separator 150 of the first embodiment.

本実施形態では、セパレータ140とセパレータ170の2枚のセパレータが、重ね合わされており、第1セル10a1のカソード側セパレータ180を構成している。   In the present embodiment, two separators of the separator 140 and the separator 170 are overlapped to constitute the cathode side separator 180 of the first cell 10a1.

本実施形態においても、第1セル10a1のカソード側セパレータ180は、電極対向領域144が、第1実施形態のカソード側セパレータ140と同様に、高抵抗部146によって、複数の導電部145に区画されている。このため、第1実施形態と同様の効果を奏する。   Also in the present embodiment, in the cathode side separator 180 of the first cell 10a1, the electrode facing region 144 is partitioned into a plurality of conductive portions 145 by the high resistance portion 146, similarly to the cathode side separator 140 of the first embodiment. ing. For this reason, there exists an effect similar to 1st Embodiment.

また、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1セル10a1のカソード側セパレータ180は、電流センサ13に隣接していないセパレータと同一形状のセパレータを用いて構成されている。これにより、燃料電池10の生産性を高めることができる。なお、本実施形態では、第1セル10a1のカソード側セパレータについて説明したが、同様のことが、第2セル10a2のアノード側セパレータについても言える。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the cathode separator 180 of the first cell 10a1 is configured using a separator having the same shape as the separator not adjacent to the current sensor 13. Thereby, the productivity of the fuel cell 10 can be increased. In the present embodiment, the cathode separator of the first cell 10a1 has been described. The same applies to the anode separator of the second cell 10a2.

また、本実施形態では、電流センサ13のうち電極部13c、13dは、対向するセパレータ170、160に対して、接合されておらず、単に接触している。電流センサ13のうち電極部13c、13d以外の部分は、接着剤を介して、対向するセパレータ170、160に接合されている。特に、電流センサ13のうち各マニホールド部14a、14b、15a、15b、16a、16bの周囲の部分が、接着剤を介して、対向するセパレータ170、160に接合されている。これにより、ガス漏れが防止されている。   In the present embodiment, the electrode portions 13c and 13d of the current sensor 13 are not joined to the opposing separators 170 and 160, but are simply in contact with each other. Portions of the current sensor 13 other than the electrode portions 13c and 13d are joined to the opposing separators 170 and 160 via an adhesive. In particular, portions of the current sensor 13 around the manifold portions 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, and 16b are joined to the opposing separators 170 and 160 via an adhesive. This prevents gas leakage.

(第3実施形態)
図8に示すように、本実施形態では、第2実施形態と同様に、セパレータ160、170が表面に予め張り付けられた電流センサ13を、複数のセル10aと積層している。このため、セパレータ140とセパレータ170の2枚のセパレータが、重ね合わされており、電流センサ13に隣接するカソード側セパレータ180を構成している。セパレータ170が第1セパレータを構成しており、セパレータ140が第1セパレータよりも電流センサから離れた側に位置する第2セパレータを構成している。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, as in the second embodiment, the current sensor 13 having separators 160 and 170 attached in advance to the surface is stacked with a plurality of cells 10a. For this reason, the two separators 140 and 170 are overlapped to form a cathode-side separator 180 adjacent to the current sensor 13. The separator 170 constitutes a first separator, and the separator 140 constitutes a second separator located on the side farther from the current sensor than the first separator.

さらに、本実施形態では、下記の通り、セパレータ170のうちガス流路として使用されない空間に、導電性材料が配置されている。   Furthermore, in this embodiment, as described below, a conductive material is arranged in a space that is not used as a gas flow path in the separator 170.

セパレータ170は、アノード側セパレータ150と同様に、凹凸形状を有している。セパレータ170は、セパレータ140との間に冷却水流路142cを形成している。セパレータ170は、電流センサ13との間に複数の空間171を形成している。したがって、セパレータ170は、冷却水流路142cを流れる冷却水と、セパレータ170と電流センサ13の間の複数の空間171とを隔てている。複数の空間171には、1つの電極部13cのみに面する空間172と、2つの電極部13cに面する空間173とが含まれる。空間172は、セパレータ170と1つの電極部13cとによって囲まれた空間である。この空間172は、水素流路153cと同じ形状の空間であるが、水素流路として使用されない空間である。   The separator 170 has an uneven shape, similar to the anode-side separator 150. Separator 170 forms cooling water flow path 142 c between separator 140. The separator 170 forms a plurality of spaces 171 between the current sensor 13. Therefore, the separator 170 separates the cooling water flowing through the cooling water flow path 142 c and the plurality of spaces 171 between the separator 170 and the current sensor 13. The plurality of spaces 171 includes a space 172 that faces only one electrode portion 13c and a space 173 that faces two electrode portions 13c. The space 172 is a space surrounded by the separator 170 and one electrode portion 13c. This space 172 is a space having the same shape as the hydrogen flow path 153c, but is not used as a hydrogen flow path.

そこで、本実施形態では、この空間172に、導電性材料として、導電性ペーストが固化された固化物174が配置されている。導電性ペーストは、導電性粉末が溶媒に溶解または分散されたものである。したがって、導電性ペーストの固化物174は、導電性粉末の集合体である。導電性粉末としては、銅や銀などの金属粉末が挙げられる。導電性粉末の形状は、球状、棒状等のいずれであってもよい。導電性粉末の大きさは、いずれの大きさであってもよい。溶媒としては、有機溶媒、合成樹脂、水などが挙げられる。セパレータ160、170が一体化された電流センサ13の製造の際に、空間172に導電性ペーストを流し込んだ後、導電性ペーストを固化させる。これにより、導電性ペーストの固化物174が形成される。   Therefore, in the present embodiment, a solidified material 174 obtained by solidifying a conductive paste is disposed in the space 172 as a conductive material. The conductive paste is obtained by dissolving or dispersing conductive powder in a solvent. Therefore, the solidified product 174 of the conductive paste is an aggregate of conductive powder. Examples of the conductive powder include metal powders such as copper and silver. The shape of the conductive powder may be either spherical or rod-like. The size of the conductive powder may be any size. Examples of the solvent include organic solvents, synthetic resins, and water. In manufacturing the current sensor 13 in which the separators 160 and 170 are integrated, after the conductive paste is poured into the space 172, the conductive paste is solidified. Thereby, the solidified product 174 of the conductive paste is formed.

本実施形態によれば、空間172に導電性材料が配置されているので、カソード側セパレータ180における電流測定部13aにつながる電流経路を拡大できる。これにより、電流測定部13aにつながる電流経路の抵抗を低減でき、電流センサ13による電流測定の精度を向上できる。   According to the present embodiment, since the conductive material is disposed in the space 172, the current path connected to the current measuring unit 13a in the cathode side separator 180 can be expanded. Thereby, the resistance of the current path connected to the current measurement unit 13a can be reduced, and the accuracy of current measurement by the current sensor 13 can be improved.

なお、本実施形態では、導電性ペーストを固化させたが、導電性を有していれば、導電性ペーストを固化させなくてもよい。また、導電性材料としては、導電性ペースト以外のものを用いてもよい。導電性材料は、セパレータのうち1つの電極部13cに対して空間172を挟んで対向する部分と、1つの電極部13cとを電気的に接続した構造となっていればよい。   In this embodiment, the conductive paste is solidified. However, the conductive paste may not be solidified as long as it has conductivity. Further, as the conductive material, a material other than the conductive paste may be used. The conductive material should just be the structure which electrically connected the part which opposes on both sides of the space 172 with respect to one electrode part 13c among separators, and one electrode part 13c.

また、空間172に導電性材料が密な状態で配置されている場合、空間172の内部の熱容量が大きくなる。一方、空間172に導電性材料が疎な状態で配置されている場合、空間172の内部の電気抵抗が大きくなる。このため、空間172の内部の熱容量および電気抵抗が所望の大きさとなるように、導電性材料を選択することが好ましい。例えば、熱容量を小さく抑えたい場合、導電性材料として、導電性発泡体や導電性クッション材と呼ばれる空隙を有する構造体を用いることが好ましい。   Further, when the conductive material is densely disposed in the space 172, the heat capacity inside the space 172 increases. On the other hand, when the conductive material is disposed in the space 172 in a sparse state, the electrical resistance inside the space 172 increases. For this reason, it is preferable to select a conductive material so that the heat capacity and electric resistance inside the space 172 have desired sizes. For example, when it is desired to keep the heat capacity small, it is preferable to use a structure having a void called a conductive foam or a conductive cushion material as the conductive material.

また、本実施形態では、電流センサ13に貼り付けられたセパレータ160、170のうちセパレータ170において、セパレータ170と1つの電極部13cとによって囲まれた空間172に導電性材料を配置したが、セパレータ160と1つの電極部13dとによって囲まれた空間に導電性材料を配置してもよい。   In the present embodiment, the conductive material is disposed in the space 172 surrounded by the separator 170 and the one electrode portion 13c in the separator 170 among the separators 160 and 170 attached to the current sensor 13. A conductive material may be disposed in a space surrounded by 160 and one electrode portion 13d.

(第4実施形態)
図9に示すように、本実施形態では、セパレータ160、170が表面に予め張り付けられた電流センサ13において、セパレータ170と複数の電極部13cとが、低融点金属材料191を介して接合されている。換言すると、電流センサ13に隣接するカソード側セパレータ180と複数の電極部13cとが、低融点金属材料191を介して接合されている。また、セパレータ160、170が表面に予め張り付けられた電流センサ13において、セパレータ160と複数の電極部13dとが、低融点金属材料192を介して接合されている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 9, in the present embodiment, in the current sensor 13 in which the separators 160 and 170 are attached to the surface in advance, the separator 170 and the plurality of electrode portions 13 c are joined via the low melting point metal material 191. Yes. In other words, the cathode-side separator 180 adjacent to the current sensor 13 and the plurality of electrode portions 13 c are joined via the low melting point metal material 191. Further, in the current sensor 13 in which the separators 160 and 170 are attached to the surface in advance, the separator 160 and the plurality of electrode portions 13 d are joined via the low melting point metal material 192.

低融点金属材料191、192は、セパレータ160、170を構成する母材および電極部13c、13dを構成する金属材料よりも融点が低い金属材料である。例えば、母材としてはチタンが用いられ、電極部13c、13dを構成する金属材料としては銅が用いられ、低融点金属材料191、192としては半田が用いられる。   The low melting point metal materials 191 and 192 are metal materials having a melting point lower than that of the base material constituting the separators 160 and 170 and the metal material constituting the electrode portions 13c and 13d. For example, titanium is used as the base material, copper is used as the metal material constituting the electrode portions 13c and 13d, and solder is used as the low melting point metal materials 191 and 192.

次に、セパレータ160、170と複数の電極部13c、13dとの接合方法について説明する。   Next, a method for joining the separators 160 and 170 and the plurality of electrode portions 13c and 13d will be described.

図10に示すように、ペースト状または溶融された低融点金属材料191、192を、複数の電極部13c、13dの表面に塗布する。これにより、複数の電極部13c、13dの表面に低融点金属材料191、192を設置する。   As shown in FIG. 10, paste-like or melted low-melting point metal materials 191 and 192 are applied to the surfaces of the plurality of electrode portions 13c and 13d. Thereby, the low melting point metal materials 191 and 192 are installed on the surfaces of the plurality of electrode portions 13c and 13d.

続いて、図11に示すように、複数の電極部13c、13dの表面に低融点金属材料191、192を設置した状態で、電流センサ13にセパレータ160、170を組み付ける。このとき、図示しないが、電流センサ13のうち少なくとも各マニホールド部14a、14b、15a、15b、16a、16bの周囲の部分は、対向するセパレータ170、160と接着剤で接着される。   Subsequently, as shown in FIG. 11, the separators 160 and 170 are assembled to the current sensor 13 with the low melting point metal materials 191 and 192 installed on the surfaces of the plurality of electrode portions 13 c and 13 d. At this time, although not shown, at least the portions around the manifold portions 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, and 16b of the current sensor 13 are bonded to the opposing separators 170 and 160 with an adhesive.

そして、電流センサ13とセパレータ160、170との間の空間に熱風を流すことで、低融点金属材料191、192を加熱して溶融させる。その後、低融点金属材料191、192を冷却して固化させる。これにより、セパレータ160、170と複数の電極部13c、13dとが、低融点金属材料191、192を介して接合される。その後、図2、9に示すように、複数のセル10と、電流センサ13とが積層される。   Then, the low melting point metal materials 191 and 192 are heated and melted by flowing hot air through the space between the current sensor 13 and the separators 160 and 170. Thereafter, the low melting point metal materials 191 and 192 are cooled and solidified. Thereby, separators 160 and 170 and a plurality of electrode parts 13c and 13d are joined via low melting metal material 191 and 192. Thereafter, as shown in FIGS. 2 and 9, the plurality of cells 10 and the current sensor 13 are stacked.

本実施形態では、電極部13c、13dの表面に設置された低融点金属材料191、192が溶融されることにより、セパレータ160、170と電極部13c、13dとが低融点金属材料191、192を介して金属的に接合されている。これによれば、セパレータ160、170と電極部13c、13dとが単に接触している場合と比較して、1つの電極部13c、13dにおけるセパレータ160、170との接触抵抗を下げることができる。また、複数の電極部13c、13dのそれぞれにおけるセパレータ160、170との接触抵抗のばらつきを低減できる。   In the present embodiment, the low melting point metal materials 191 and 192 installed on the surfaces of the electrode portions 13c and 13d are melted, so that the separators 160 and 170 and the electrode portions 13c and 13d form the low melting point metal materials 191 and 192. It is joined metallically. According to this, compared with the case where the separators 160 and 170 and the electrode parts 13c and 13d are simply contacting, the contact resistance with the separators 160 and 170 in one electrode part 13c and 13d can be lowered. Further, variation in contact resistance with the separators 160 and 170 in each of the plurality of electrode portions 13c and 13d can be reduced.

なお、本実施形態では、電流センサ13とセパレータ160、170との間の空間に熱風を流すことで、低融点金属材料191、192を加熱したが、他の加熱方法を採用してもよい。例えば、セパレータ160、170の電流センサ13側とは反対側の面に、熱風を当ててもよい。また、セパレータ160、170の電流センサ13側とは反対側の面に、平板形状の加熱板を当てて、加熱プレスしてもよい。また、セパレータ160、170の電流センサ13側とは反対側の面に、セパレータ160、170の電流センサ13側とは反対側の面に沿う凹凸形状を有する加熱板を当てて、加熱プレスしてもよい。   In the present embodiment, the low melting point metal materials 191 and 192 are heated by flowing hot air through the space between the current sensor 13 and the separators 160 and 170, but other heating methods may be employed. For example, hot air may be applied to the surface of the separators 160 and 170 opposite to the current sensor 13 side. In addition, a plate-shaped heating plate may be applied to the surface of the separators 160 and 170 on the side opposite to the current sensor 13 side, and heat pressing may be performed. Further, a heating plate having a concavo-convex shape along the surface opposite to the current sensor 13 side of the separators 160 and 170 is applied to the surface of the separators 160 and 170 opposite to the current sensor 13 side, and is heated and pressed. Also good.

また、本実施形態では、セパレータ170とセパレータ160の両方が、低融点金属材料を介して複数の電極部に接合されていたが、セパレータ170とセパレータ160のうちセパレータ170のみが低融点金属材料を介して複数の電極部に接合されていてもよい。   In the present embodiment, both the separator 170 and the separator 160 are joined to the plurality of electrode portions via the low melting point metal material, but only the separator 170 of the separator 170 and the separator 160 is made of the low melting point metal material. It may be joined to a plurality of electrode parts via.

また、本実施形態のセパレータ160、170と複数の電極部13c、13dとの接触構造を、第1実施形態のセパレータ140と複数の電極部13cとの接触構造に適用してもよい。すなわち、第1実施形態のセパレータ140と複数の電極部13cとを、低融点金属材料を介して接合してもよい。   Further, the contact structure between the separators 160 and 170 of the present embodiment and the plurality of electrode portions 13c and 13d may be applied to the contact structure between the separator 140 and the plurality of electrode portions 13c of the first embodiment. That is, you may join the separator 140 of 1st Embodiment, and the some electrode part 13c via a low melting metal material.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope described in the claims as follows.

(1)第1実施形態では、カソード側セパレータ140の空気流路141cは、空気供給マニホールド部141aから空気排出マニホールド部141bの間において、複数の直線状の流路形状となっていたが、図12に示すように、サーペンタイン状の流路形状となっていてもよい。アノード側セパレータ150の水素流路153cについても同様である。   (1) In the first embodiment, the air flow channel 141c of the cathode separator 140 has a plurality of linear flow channel shapes between the air supply manifold portion 141a and the air discharge manifold portion 141b. As shown in FIG. 12, it may have a serpentine-like channel shape. The same applies to the hydrogen flow path 153c of the anode-side separator 150.

(2)第1セル10a1のカソード側セパレータ140、180の断面形状は、図4、7に示す形状に限られず、他の形状であってもよい。第2セル10a2のアノード側セパレータ150の断面形状についても同様である。   (2) The cross-sectional shape of the cathode-side separators 140 and 180 of the first cell 10a1 is not limited to the shape shown in FIGS. 4 and 7, and may be other shapes. The same applies to the cross-sectional shape of the anode separator 150 of the second cell 10a2.

(3)第1実施形態では、第1セル10a1、第2セル10a2のように、1つのセル10aにおいて、カソード側セパレータ140とアノード側セパレータ150の一方に、高抵抗部146、156を形成したが、1つのセル10aの両側に電流センサ13が配置される場合では、1つのセル10aにおいて、カソード側セパレータ140とアノード側セパレータ150の両方に、高抵抗部146、156を形成してもよい。   (3) In the first embodiment, as in the first cell 10a1 and the second cell 10a2, the high resistance portions 146 and 156 are formed on one of the cathode side separator 140 and the anode side separator 150 in one cell 10a. However, when the current sensor 13 is disposed on both sides of one cell 10a, the high resistance portions 146 and 156 may be formed on both the cathode side separator 140 and the anode side separator 150 in one cell 10a. .

(4)第1実施形態の燃料電池10は、電流センサ13を複数備えていたが、電流センサ13の数は1つでもよい。本発明の燃料電池においては、少なくとも1つ以上の電流センサ13を備えていればよい。   (4) Although the fuel cell 10 of the first embodiment includes a plurality of current sensors 13, the number of the current sensors 13 may be one. The fuel cell of the present invention only needs to include at least one current sensor 13.

(5)上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   (5) The above-described embodiments are not irrelevant to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes.

10 燃料電池
10a セル
10a1 第1セル
10a2 第2セル
110 電解質膜
120 カソード側電極
130 アノード側電極
140 カソード側セパレータ
144 電極対向領域
145 導電部
146 高抵抗部
150 アノード側セパレータ
180 カソード側セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 10a Cell 10a1 1st cell 10a2 2nd cell 110 Electrolyte membrane 120 Cathode side electrode 130 Anode side electrode 140 Cathode side separator 144 Electrode facing area 145 Conductive part 146 High resistance part 150 Anode side separator 180 Cathode side separator

Claims (5)

電解質(110)と、
前記電解質の両側に設けられたカソード側電極(120)およびアノード側電極(130)と、
前記カソード側電極の前記電解質側とは反対側に設けられ、前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスの流路(141c)を有するカソード側セパレータ(140、180)と、
前記アノード側電極の前記電解質側とは反対側に設けられ、前記アノード側電極に供給される燃料ガスの流路(153c)を有するアノード側セパレータ(150)と、
前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの少なくとも一方のセパレータは、前記アノード側電極または前記カソード側電極に対向する電極対向領域(144、154)において、複数の導電部(145)と、前記複数の導電部よりも高抵抗であって、前記複数の導電部のそれぞれを分け隔てる高抵抗部(146)とを有し、
前記少なくとも一方のセパレータは、金属材料からなる母材で構成されており、
前記複数の導電部は、前記母材で構成され、
前記高抵抗部は、前記母材の酸化物で構成されていることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte (110);
A cathode side electrode (120) and an anode side electrode (130) provided on both sides of the electrolyte;
A cathode side separator (140, 180) provided on the opposite side of the cathode side electrode from the electrolyte side and having a flow path (141c) for an oxidant gas supplied to the cathode side electrode;
An anode separator (150) provided on the opposite side of the anode side electrode from the electrolyte side and having a fuel gas flow path (153c) supplied to the anode side electrode;
At least one of the anode-side separator and the cathode-side separator has a plurality of conductive portions (145) and a plurality of the plurality of conductive portions in the electrode facing regions (144, 154) facing the anode-side electrode or the cathode-side electrode. A high resistance portion (146) that is higher in resistance than the conductive portion and separates each of the plurality of conductive portions;
The at least one separator is composed of a base material made of a metal material,
The plurality of conductive portions are composed of the base material,
The fuel cell according to claim 1, wherein the high resistance portion is made of an oxide of the base material.
電解質(110)と、前記電解質の両側に設けられたカソード側電極(120)およびアノード側電極(130)と、前記カソード側電極の前記電解質側とは反対側に設けられ、前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスの流路(141c)を有するカソード側セパレータ(140、180)と、前記アノード側電極の前記電解質側とは反対側に設けられ、前記アノード側電極に供給される燃料ガスの流路(153c)を有するアノード側セパレータ(150)とを有するとともに、互いに積層された複数のセル(10a)と、
前記複数のセルとともに積層され、前記複数のセルと電気的に直列に接続された少なくとも1つ以上の電流センサ(13)とを備え、
1つの前記電流センサは、隣接する前記セルと接触する複数の電流測定部(13a)を有し、
前記複数のセルのそれぞれの前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータのうち前記電流センサに隣接するセパレータは、前記アノード側電極または前記カソード側電極に対向する電極対向領域(144、154)において、複数の導電部(145)と、前記複数の導電部よりも高抵抗であって、前記複数の導電部のそれぞれを分け隔てる高抵抗部(146)とを有し、
前記複数の導電部のそれぞれは、前記複数の電流測定部のいずれか1つの前記電流測定部と電気的に接続されており、
前記電流センサに隣接するセパレータは、金属材料からなる母材で構成されており、
前記複数の導電部は、前記母材で構成され、
前記高抵抗部は、前記母材の酸化物で構成されていることを特徴とする燃料電池。
The electrolyte (110), the cathode side electrode (120) and the anode side electrode (130) provided on both sides of the electrolyte, and the cathode side electrode provided on the opposite side of the electrolyte side, A fuel gas supplied to the anode side electrode, provided on the opposite side of the anode side electrode from the electrolyte side of the cathode side separator (140, 180) having a flow path (141c) for the supplied oxidant gas A plurality of cells (10a) stacked together and having an anode-side separator (150) having a flow path (153c) of
Including at least one current sensor (13) stacked with the plurality of cells and electrically connected in series with the plurality of cells;
One current sensor has a plurality of current measuring units (13a) in contact with the adjacent cells,
Among the anode side separator and the cathode side separator of each of the plurality of cells, a separator adjacent to the current sensor is a plurality in the electrode facing region (144, 154) facing the anode side electrode or the cathode side electrode. A conductive portion (145), and a high resistance portion (146) that is higher in resistance than the plurality of conductive portions and separates each of the plurality of conductive portions,
Each of the plurality of conductive parts is electrically connected to any one of the plurality of current measurement parts.
The separator adjacent to the current sensor is composed of a base material made of a metal material,
The plurality of conductive portions are composed of the base material,
The fuel cell according to claim 1, wherein the high resistance portion is made of an oxide of the base material.
前記電流センサに隣接する前記セパレータは、前記複数のセルのそれぞれの前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータのうち前記電流センサに隣接していないセパレータと同一形状のセパレータを用いて構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。   The separator adjacent to the current sensor is configured using a separator having the same shape as the separator not adjacent to the current sensor among the anode side separator and the cathode side separator of each of the plurality of cells. The fuel cell according to claim 2. 前記電流センサに隣接するセパレータ(180)は、第1セパレータ(170)と、前記第1セパレータよりも前記電流センサから離れた側に位置する第2セパレータ(140)とが、重ね合わされており、
前記第1セパレータと1つの前記電流測定部とによって囲まれた空間(172)が形成されており、
前記空間に、導電性材料(174)が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
In the separator (180) adjacent to the current sensor, the first separator (170) and the second separator (140) located on the side farther from the current sensor than the first separator are overlapped,
A space (172) surrounded by the first separator and the one current measuring unit is formed,
The fuel cell according to claim 2, wherein a conductive material (174) is disposed in the space.
前記電流測定部は、金属材料で構成された電極部(13c)を有し、
前記電流センサに隣接する前記セパレータ(180)は、前記電極部を構成する金属材料および前記母材よりも融点が低い低融点金属材料(191)を介して、前記電極部と接合されていることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池。
The current measuring unit includes an electrode unit (13c) made of a metal material,
The separator (180) adjacent to the current sensor is joined to the electrode part via a metal material constituting the electrode part and a low melting point metal material (191) having a melting point lower than that of the base material. The fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein:
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