JP2021034246A - Separator, power generation cell, fuel cell stack and liquid detection device - Google Patents

Separator, power generation cell, fuel cell stack and liquid detection device Download PDF

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Abstract

To provide a separator capable of detecting the presence or absence of liquid water in a reaction gas passage of a power generation cell.SOLUTION: A B separator 14b is stacked on electrolyte membrane electrode structures 18a, 18b in a first power generation cell 12a and a second power generation cell 12b which generate power by a chemical reaction between fuel gas and oxidant gas. The B separator includes: an anode surface 14b1 including a fuel gas passage 28b through which the fuel gas circulates; and at least one set of electrode parts 36 which is provided in the fuel gas passage 28b and comprises, as one set, two electrode parts arranged apart in a flow path direction.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、第１のガスと第２のガスとを化学反応させることにより発電を行う発電セルにおいて電解質膜・電極構造体に積層されるセパレータ、該セパレータを有する発電セル、該セパレータを有する燃料電池スタック、及び、該セパレータを有する液体検出装置に関する。 In the present invention, a separator laminated on an electrolyte membrane / electrode structure in a power generation cell that generates power by chemically reacting a first gas and a second gas, a power generation cell having the separator, and a fuel having the separator. The present invention relates to a battery stack and a liquid detection device having the separator.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。
発電セルには、一方の反応ガス流路として、電解質膜・電極構造体に沿って燃料ガスを流す燃料ガス流路が形成されている。発電セルには、他方の反応ガス流路として、電解質膜・電極構造体に沿って酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路が形成されている。発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用の燃料電池スタックとして使用されている（例えば、下記特許文献１）。 Generally, a polymer electrolyte fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is arranged on one surface of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode electrode is arranged on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators (bipolar plates) to form a power generation cell (unit fuel cell).
The power generation cell is formed with a fuel gas flow path for flowing fuel gas along the electrolyte membrane / electrode structure as one reaction gas flow path. The power generation cell is formed with an oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows along the electrolyte membrane / electrode structure as the other reaction gas flow path. By stacking a predetermined number of power generation cells, for example, they are used as an in-vehicle fuel cell stack (for example, Patent Document 1 below).

特開２０１０−０２１０９６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-021096

発電セルでは、発電反応に伴って水が生成され、また、反応ガス中の蒸気が凝縮して凝縮水が生成される。反応ガス流路での液体の水の滞留は様々な問題を惹き起こす。例えば、このような水は反応ガス流路のガス流れを悪化させ発電安定性を低下させる要因となり得る。また、氷点下では、反応ガス流路内で水が凍結し、燃料電池スタックの起動の障害となり得る。反応ガス流路に滞留する液水の有無を検出することができれば、適切なタイミングで必要に応じて液水排出のための何らかの措置を講じることが可能となる。 In the power generation cell, water is generated along with the power generation reaction, and the steam in the reaction gas is condensed to generate condensed water. The retention of liquid water in the reaction gas flow path causes various problems. For example, such water can be a factor that deteriorates the gas flow in the reaction gas flow path and lowers the power generation stability. Further, below the freezing point, water freezes in the reaction gas flow path, which may hinder the activation of the fuel cell stack. If the presence or absence of liquid water staying in the reaction gas flow path can be detected, it is possible to take some measures for discharging the liquid water at an appropriate timing as needed.

本発明は、発電セルの反応ガス流路における液体の水の有無を検出することが可能なセパレータ、発電セル、燃料電池スタック及び液体検出装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a separator, a power generation cell, a fuel cell stack, and a liquid detection device capable of detecting the presence or absence of liquid water in a reaction gas flow path of a power generation cell.

本発明の第１の態様のセパレータは、第１のガスと第２のガスとを化学反応させることにより発電を行う発電セルにおいて電解質膜・電極構造体に積層されるセパレータであって、前記第１のガスが流通する第１の流路を備える第１の面と、前記第１の流路に備えられ、流路方向に離間して配置された２つを１つの組とする少なくとも１組の第１の電極部と、を有する。 The separator according to the first aspect of the present invention is a separator laminated on an electrolyte membrane / electrode structure in a power generation cell that generates power by chemically reacting a first gas with a second gas. At least one set consisting of a first surface having a first flow path through which one gas flows and two sets provided in the first flow path and arranged apart from each other in the flow path direction. It has a first electrode portion of the above.

本発明の第２の態様の発電セルは、電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体に積層された上記第１の態様のセパレータと、を有する。 The power generation cell of the second aspect of the present invention has an electrolyte membrane / electrode structure and a separator of the first aspect laminated on the electrolyte membrane / electrode structure.

本発明の第３の態様の燃料電池スタックは、電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体に積層された上記第１の態様のセパレータと、を有する。 The fuel cell stack of the third aspect of the present invention has an electrolyte membrane / electrode structure and a separator of the first aspect laminated on the electrolyte membrane / electrode structure.

本発明の第４の態様の液体検出装置は、上記第１の態様のセパレータと、前記少なくとも１組の第１の電極部の間が通電したときに、前記第１の流路内に液体状の水があると判定する液体判定部と、を有する。 The liquid detection device according to the fourth aspect of the present invention is in a liquid state in the first flow path when an electric current is applied between the separator of the first aspect and the at least one set of the first electrode portions. It has a liquid determination unit for determining that there is water in the water.

本発明の第５の態様の液体検出装置は、上記第１の態様のセパレータと、前記少なくとも１組の第１の電極部の間が通電したときに、前記第１の流路内に液体状の水があると判定し、且つ、前記少なくとも１組の第２の電極部の間が通電したときに、前記第２の流路内に液体状の水があると判定する液体判定部と、を有する。 The liquid detection device according to the fifth aspect of the present invention is in a liquid state in the first flow path when an electric current is applied between the separator of the first aspect and the at least one set of the first electrode portions. A liquid determination unit that determines that there is water in the second flow path and determines that there is liquid water in the second flow path when electricity is applied between the at least one set of the second electrode units. Has.

本発明により、発電セルの反応ガス流路における液体の水の有無を検出することができる。 According to the present invention, the presence or absence of liquid water in the reaction gas flow path of the power generation cell can be detected.

発電セルユニットの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a power generation cell unit. 燃料電池スタックの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell stack. Ｂセパレータのアノード面の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the anode surface of the B separator. Ｂセパレータのカソード面の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the cathode surface of the B separator. 液体検出装置の模式図である。It is a schematic diagram of a liquid detection device. Ｂセパレータのアノード面を示す図である。It is a figure which shows the anode surface of the B separator. Ｂセパレータのカソード面を示す図である。It is a figure which shows the cathode surface of the B separator. 図３及び図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。3 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIGS. 3 and 4. 図３におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 図４におけるＸ−Ｘ断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. Ｂセパレータの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the B separator. Ｂセパレータの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the B separator. Ｂセパレータの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the B separator. Ｂセパレータの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the B separator. Ｂセパレータの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the B separator.

〔第１実施形態〕
図１は、発電セルユニット１０の分解斜視図である。発電セルユニット１０は、第１発電セル１２ａと第２発電セル１２ｂとを有している。第１発電セル１２ａは、金属により形成されたＡセパレータ１４ａ、樹脂フィルム１６に貼着された電解質膜・電極構造体（以下、Ａ−ＭＥＡ）１８ａ、金属及びカーボンにより形成されたＢセパレータ１４ｂを有している。第２発電セル１２ｂは、第１発電セル１２ａと共用のＢセパレータ１４ｂ、樹脂フィルム２０に貼着された電解質膜・電極構造体（以下、Ｂ−ＭＥＡ）１８ｂ、金属により形成されたＣセパレータ１４ｃを有している。 [First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded perspective view of the power generation cell unit 10. The power generation cell unit 10 has a first power generation cell 12a and a second power generation cell 12b. The first power generation cell 12a includes an A separator 14a formed of metal, an electrolyte membrane / electrode structure (hereinafter referred to as A-MEA) 18a attached to the resin film 16, and a B separator 14b formed of metal and carbon. Have. The second power generation cell 12b includes a B separator 14b shared with the first power generation cell 12, an electrolyte membrane / electrode structure (hereinafter, B-MEA) 18b attached to the resin film 20, and a C separator 14c formed of metal. have.

図２は、燃料電池スタック２２の模式図である。第１発電セル１２ａと第２発電セル１２ｂを１組とする発電セルユニット１０が複数組積層されるとともに、積層方向に締結荷重（圧縮荷重）が付与されて、燃料電池スタック２２が構成される。燃料電池スタック２２は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。 FIG. 2 is a schematic view of the fuel cell stack 22. A plurality of sets of power generation cell units 10 including a first power generation cell 12a and a second power generation cell 12b are laminated, and a fastening load (compressive load) is applied in the stacking direction to form a fuel cell stack 22. .. The fuel cell stack 22 is mounted on, for example, a fuel cell electric vehicle (not shown).

Ａセパレータ１４ａ及びＣセパレータ１４ｃは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板をプレス成形して形成される。一の発電セルユニット１０の第１発電セル１２ａのＡセパレータ１４ａと、一の発電セルユニット１０と隣接する他の発電セルユニット１０の第２発電セル１２ｂのＣセパレータ１４ｃとは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。なお、Ｂセパレータ１４ｂの製造に関しては、後に詳述する。 The A separator 14a and the C separator 14c are formed, for example, by press-molding a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin metal plate having a surface treatment for corrosion protection on the metal surface thereof. The outer circumferences of the A separator 14a of the first power generation cell 12a of the one power generation cell unit 10 and the C separator 14c of the second power generation cell 12b of the other power generation cell unit 10 adjacent to the one power generation cell unit 10 are welded. It is integrally joined by brazing, caulking, etc. The production of the B separator 14b will be described in detail later.

Ａセパレータ１４ａの一方の面である冷却面１４ａ１（Ｚ軸方向負側の面）には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路２４ａが複数本形成されている。冷却媒体は、例えば、水である。なお、冷却媒体は、エチレングリコール、オイル等であってもよい。冷却媒体流路２４ａは、Ａセパレータ１４ａの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。Ａセパレータ１４ａの他方の面であるカソード面１４ａ２（Ｚ軸方向正側の面）には、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２６ａが複数本形成されている。酸化剤ガスは、例えば、酸素含有ガスである。酸化剤ガス流路２６ａは、Ａセパレータ１４ａの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。 A plurality of cooling medium flow paths 24a through which the cooling medium flows are formed on the cooling surface 14a1 (the surface on the negative side in the Z-axis direction), which is one surface of the A separator 14a. The cooling medium is, for example, water. The cooling medium may be ethylene glycol, oil or the like. The cooling medium flow path 24a is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the A separator 14a. A plurality of oxidant gas flow paths 26a through which the oxidant gas flows are formed on the cathode surface 14a2 (the surface on the positive side in the Z-axis direction), which is the other surface of the A separator 14a. The oxidant gas is, for example, an oxygen-containing gas. The oxidant gas flow path 26a is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the A separator 14a.

Ｂセパレータ１４ｂの一方の面であるアノード面１４ｂ１（Ｚ軸方向負側の面）には、燃料ガスが流通する燃料ガス流路２８ｂが複数本形成されている。燃料ガスは、例えば、水素含有ガスである。燃料ガス流路２８ｂは、Ｂセパレータ１４ｂの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。Ｂセパレータ１４ｂの他方の面であるカソード面１４ｂ２（Ｚ軸方向正側の面）には、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２６ｂが複数本形成されている。酸化剤ガス流路２６ｂは、Ｂセパレータ１４ｂの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。 A plurality of fuel gas flow paths 28b through which fuel gas flows are formed on the anode surface 14b1 (the surface on the negative side in the Z-axis direction), which is one surface of the B separator 14b. The fuel gas is, for example, a hydrogen-containing gas. The fuel gas flow path 28b is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the B separator 14b. A plurality of oxidant gas flow paths 26b through which the oxidant gas flows are formed on the cathode surface 14b2 (the surface on the positive side in the Z-axis direction), which is the other surface of the B separator 14b. The oxidant gas flow path 26b is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the B separator 14b.

Ｃセパレータ１４ｃの一方の面であるアノード面１４ｃ１（Ｚ軸方向負側の面）には、燃料ガスが流通する燃料ガス流路２８ｃが複数本形成されている。燃料ガス流路２８ｃは、Ｃセパレータ１４ｃの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。Ｃセパレータ１４ｃの他方の面である冷却面１４ｃ２（Ｚ軸方向正側の面）には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路２４ｃが複数本形成されている。冷却媒体流路２４ｃは、Ｃセパレータ１４ｃの長手方向（Ｘ軸方向）に対して蛇行する波形状に形成されている。 A plurality of fuel gas flow paths 28c through which fuel gas flows are formed on the anode surface 14c1 (the surface on the negative side in the Z-axis direction), which is one surface of the C separator 14c. The fuel gas flow path 28c is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the C separator 14c. A plurality of cooling medium flow paths 24c through which the cooling medium flows are formed on the cooling surface 14c2 (the surface on the positive side in the Z-axis direction), which is the other surface of the C separator 14c. The cooling medium flow path 24c is formed in a wavy shape that meanders with respect to the longitudinal direction (X-axis direction) of the C separator 14c.

発電セルユニット１０の長手方向（Ｘ軸方向）の一端縁部（Ｘ軸方向負側の縁部）には、隣接する他の発電セルユニット１０と積層方向に連通する、燃料ガス入口連通孔２８ｉ、冷却媒体出口連通孔２４ｏ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｏが形成されている。燃料ガス入口連通孔２８ｉ、冷却媒体出口連通孔２４ｏ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｏは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。 A fuel gas inlet communication hole 28i that communicates with another adjacent power generation cell unit 10 in the stacking direction at one end edge (the edge on the negative side in the X-axis direction) of the power generation cell unit 10 in the longitudinal direction (X-axis direction). , The cooling medium outlet communication hole 24o and the oxidant gas outlet communication hole 26o are formed. The fuel gas inlet communication hole 28i, the cooling medium outlet communication hole 24o, and the oxidant gas outlet communication hole 26o are arranged side by side in the Y-axis direction.

発電セルユニット１０の長手方向（Ｘ軸方向）の他端縁部（Ｘ軸方向正側の縁部）には、隣接する発電セルユニット１０と積層方向に連通する、酸化剤ガス入口連通孔２６ｉ、冷却媒体入口連通孔２４ｉ及び燃料ガス出口連通孔２８ｏが形成されている。酸化剤ガス入口連通孔２６ｉ、冷却媒体入口連通孔２４ｉ及び燃料ガス出口連通孔２８ｏは、Ｙ軸方向に並んで配置されている。 The other end edge (the edge on the positive side in the X-axis direction) of the power generation cell unit 10 in the longitudinal direction (X-axis direction) communicates with the adjacent power generation cell unit 10 in the stacking direction. , The cooling medium inlet communication hole 24i and the fuel gas outlet communication hole 28o are formed. The oxidant gas inlet communication hole 26i, the cooling medium inlet communication hole 24i, and the fuel gas outlet communication hole 28o are arranged side by side in the Y-axis direction.

燃料ガス入口連通孔２８ｉは、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの燃料ガス流路２８ｃに燃料ガスを供給し、燃料ガス出口連通孔２８ｏは、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの燃料ガス流路２８ｃを通過した燃料ガスを排出する。 The fuel gas inlet communication hole 28i supplies fuel gas to the fuel gas flow path 28b of the B separator 14b and the fuel gas flow path 28c of the C separator 14c, and the fuel gas outlet communication hole 28o is the fuel gas of the B separator 14b. The fuel gas that has passed through the flow path 28b and the fuel gas flow path 28c of the C separator 14c is discharged.

酸化剤ガス入口連通孔２６ｉは、Ａセパレータ１４ａの酸化剤ガス流路２６ａ、及び、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂに酸化剤ガスを供給し、酸化剤ガス出口連通孔２６ｏは、Ａセパレータ１４ａの酸化剤ガス流路２６ａ、及び、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂを通過した酸化剤ガスを排出する。 The oxidant gas inlet communication hole 26i supplies oxidant gas to the oxidant gas flow path 26a of the A separator 14a and the oxidant gas flow path 26b of the B separator 14b, and the oxidant gas outlet communication hole 26o is A. The oxidant gas that has passed through the oxidant gas flow path 26a of the separator 14a and the oxidant gas flow path 26b of the B separator 14b is discharged.

冷却媒体入口連通孔２４ｉは、Ａセパレータ１４ａの冷却媒体流路２４ａ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの冷却媒体流路２４ｃに冷却媒体を供給し、冷却媒体出口連通孔２４ｏは、Ａセパレータ１４ａの冷却媒体流路２４ａ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの冷却媒体流路２４ｃを通過した冷却媒体を排出する。 The cooling medium inlet communication hole 24i supplies a cooling medium to the cooling medium flow path 24a of the A separator 14a and the cooling medium flow path 24c of the C separator 14c, and the cooling medium outlet communication hole 24o is the cooling medium of the A separator 14a. The cooling medium that has passed through the flow path 24a and the cooling medium flow path 24c of the C separator 14c is discharged.

なお、燃料ガス入口連通孔２８ｉ、燃料ガス出口連通孔２８ｏ、酸化剤ガス入口連通孔２６ｉ、酸化剤ガス出口連通孔２６ｏ、冷却媒体入口連通孔２４ｉ及び冷却媒体出口連通孔２４ｏの配置は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。 The arrangement of the fuel gas inlet communication hole 28i, the fuel gas outlet communication hole 28o, the oxidant gas inlet communication hole 26i, the oxidizer gas outlet communication hole 26o, the cooling medium inlet communication hole 24i, and the cooling medium outlet communication hole 24o is as follows. It is not limited to the embodiment, and may be appropriately set according to the required specifications.

図２に示すように、Ａ−ＭＥＡ１８ａ及びＢ−ＭＥＡ１８ｂは、それぞれ電解質膜３０と、電解質膜３０を挟持するアノード電極３２及びカソード電極３４を有している。電解質膜３０は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜３０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。 As shown in FIG. 2, A-MEA18a and B-MEA18b each have an electrolyte membrane 30, an anode electrode 32 and a cathode electrode 34 sandwiching the electrolyte membrane 30, respectively. The electrolyte membrane 30 is, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane). The solid polymer electrolyte membrane is, for example, a thin film of perfluorosulfonic acid containing water. As the electrolyte membrane 30, an HC (hydrocarbon) -based electrolyte can be used in addition to the fluorine-based electrolyte.

上記のように構成された発電セルユニット１０では、以下のようにして発電がおこなわれる。 In the power generation cell unit 10 configured as described above, power generation is performed as follows.

図１に示すように、水素含有ガス等の燃料ガスが燃料ガス入口連通孔２８ｉに供給され、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが酸化剤ガス入口連通孔２６ｉに供給されるとともに、水等の冷却媒体が冷却媒体入口連通孔２４ｉに供給される。 As shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 28i, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 26i, and water or the like is supplied. The cooling medium is supplied to the cooling medium inlet communication hole 24i.

燃料ガスは、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの燃料ガス流路２８ｃ内をＸ軸方向負側から正側に向かって移動し、Ａ−ＭＥＡ１８ａ及びＢ−ＭＥＡ１８ｂのアノード電極３２に供給される。 The fuel gas moves in the fuel gas flow path 28b of the B separator 14b and the fuel gas flow path 28c of the C separator 14c from the negative side in the X-axis direction toward the positive side, and the anodes of the A-MEA 18a and the B-MEA 18b. It is supplied to the electrode 32.

酸化剤ガスは、Ａセパレータ１４ａの酸化剤ガス流路２６ａ、及び、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂ内をＸ軸方向正側から負側に向かって移動し、Ａ−ＭＥＡ１８ａ及びＢ−ＭＥＡ１８ｂのカソード電極３４に供給される。 The oxidant gas moves in the oxidant gas flow path 26a of the A separator 14a and the oxidant gas flow path 26b of the B separator 14b from the positive side to the negative side in the X-axis direction, and A-MEA18a and B- It is supplied to the cathode electrode 34 of the MEA 18b.

アノード電極３２に燃料ガス内の水素（Ｈ２）が接触すると電子（ｅ−）が飛び出し、プロトン（Ｈ＋）となる。電子（ｅ−）は、アノード電極３２から外部の負荷を経由してカソード電極３４に戻ってくる。プロトン（Ｈ＋）は、電解質膜３０を通過し、プロトン（Ｈ＋）、酸化剤ガス（Ｏ２）、及び、カソード電極３４に戻ってきた電子（ｅ−）が化学反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。 When hydrogen (H 2 ) in the fuel gas comes into contact with the anode electrode 32, electrons (e − ) are ejected and become protons (H +). Electrons (e − ) return from the anode electrode 32 to the cathode electrode 34 via an external load. The proton (H + ) passes through the electrolyte membrane 30, and the proton (H + ), the oxidant gas (O 2 ), and the electron (e − ) returned to the cathode electrode 34 chemically react with water (H). 2 O) is generated.

水素が消費された後の燃料ガスは、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの燃料ガス流路２８ｃから燃料ガス出口連通孔２８ｏに排出される。また、酸素が消費された後の酸化剤ガスは、生成された水とともに、Ａセパレータ１４ａの酸化剤ガス流路２６ａ、及び、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂから酸化剤ガス出口連通孔２６ｏに排出される。冷却媒体は、上記の化学反応が生じているときに発生する反応熱を吸収して、Ａセパレータ１４ａの冷却媒体流路２４ａ、及び、Ｃセパレータ１４ｃの冷却媒体流路２４ｃから冷却媒体出口連通孔２４ｏに排出される。 After the hydrogen is consumed, the fuel gas is discharged from the fuel gas flow path 28b of the B separator 14b and the fuel gas flow path 28c of the C separator 14c to the fuel gas outlet communication hole 28o. Further, the oxidant gas after oxygen is consumed, together with the generated water, is an oxidant gas outlet communication hole from the oxidant gas flow path 26a of the A separator 14a and the oxidant gas flow path 26b of the B separator 14b. It is discharged to 26o. The cooling medium absorbs the heat of reaction generated when the above chemical reaction occurs, and the cooling medium outlet communication hole from the cooling medium flow path 24a of the A separator 14a and the cooling medium flow path 24c of the C separator 14c. It is discharged to 24o.

図３は、Ｂセパレータ１４ｂのアノード面１４ｂ１（Ｚ軸方向負側の面）の部分拡大図である。燃料ガス流路２８ｂには、電極部３６及び熱電対等の温度センサ３８が設置されている。図３において、電極部３６は白丸で示され、温度センサ３８は黒丸で示されている。 FIG. 3 is a partially enlarged view of the anode surface 14b1 (the surface on the negative side in the Z-axis direction) of the B separator 14b. An electrode portion 36 and a temperature sensor 38 such as a thermoelectric pair are installed in the fuel gas flow path 28b. In FIG. 3, the electrode portion 36 is indicated by a white circle, and the temperature sensor 38 is indicated by a black circle.

電極部３６は、それぞれの燃料ガス流路２８ｂに複数設置されており、それぞれの燃料ガス流路２８ｂ上で隣り合う２つの電極部３６を１組として複数組設置されている。温度センサ３８は、それぞれの燃料ガス流路２８ｂに複数設置されている。温度センサ３８は、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂが形成される側の面の温度を検出する。なお、電極部３６は、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂが形成される側の面に１組設置されていてもよい。ただし、その１組の電極部３６は、同一の燃料ガス流路２８ｂ上に配置されている必要がある。また、温度センサ３８は、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂが形成される側の面に１つ設置されていてもよい。 A plurality of electrode portions 36 are installed in each fuel gas flow path 28b, and a plurality of sets of two electrode portions 36 adjacent to each other on each fuel gas flow path 28b are installed as one set. A plurality of temperature sensors 38 are installed in each fuel gas flow path 28b. The temperature sensor 38 detects the temperature of the surface of the B separator 14b on the side where the fuel gas flow path 28b is formed. A set of electrode portions 36 may be installed on the surface of the B separator 14b on the side where the fuel gas flow path 28b is formed. However, the set of electrode portions 36 need to be arranged on the same fuel gas flow path 28b. Further, one temperature sensor 38 may be installed on the surface of the B separator 14b on the side where the fuel gas flow path 28b is formed.

図４は、Ｂセパレータ１４ｂのカソード面１４ｂ２（Ｚ軸方向正側の面）の部分拡大図である。酸化剤ガス流路２６ｂには、電極部４０及び温度センサ４２が設置されている。図４において、電極部４０は白丸で示され、温度センサ４２は黒丸で示されている。 FIG. 4 is a partially enlarged view of the cathode surface 14b2 (the surface on the positive side in the Z-axis direction) of the B separator 14b. An electrode portion 40 and a temperature sensor 42 are installed in the oxidant gas flow path 26b. In FIG. 4, the electrode portion 40 is indicated by a white circle, and the temperature sensor 42 is indicated by a black circle.

電極部４０は、それぞれの酸化剤ガス流路２６ｂに複数設置されており、それぞれの酸化剤ガス流路２６ｂ上で隣り合う２つの電極部４０を１組として複数組設置されている。温度センサ４２は、それぞれの酸化剤ガス流路２６ｂに複数設置されている。温度センサ４２は、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂが形成される側の面の温度を検出する。なお、電極部４０は、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂが形成される側の面に１組設置されていてもよい。ただし、その１組の電極部４０は、同一の酸化剤ガス流路２６ｂ上に配置されている必要がある。また、温度センサ４２は、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂが形成される側の面に１つ設置されていてもよい。 A plurality of electrode portions 40 are installed in each of the oxidant gas flow paths 26b, and a plurality of sets of two electrode portions 40 adjacent to each other on each oxidant gas flow path 26b are installed as one set. A plurality of temperature sensors 42 are installed in each oxidant gas flow path 26b. The temperature sensor 42 detects the temperature of the surface of the B separator 14b on the side where the oxidant gas flow path 26b is formed. A set of electrode portions 40 may be installed on the surface of the B separator 14b on the side where the oxidant gas flow path 26b is formed. However, the set of electrode portions 40 need to be arranged on the same oxidant gas flow path 26b. Further, one temperature sensor 42 may be installed on the surface of the B separator 14b on the side where the oxidant gas flow path 26b is formed.

電極部３６は、燃料ガス流路２８ｂ内の液体の水の有無を検出するために用いられ、電極部４０は、酸化剤ガス流路２６ｂ内の液体の水の有無を検出するために用いられる。図５は、液体検出装置４４の模式図である。液体検出装置４４は、液体判定部４６及びＢセパレータ１４ｂから構成される。液体判定部４６は、電源４６ａと電流計４６ｂを有し、Ｂセパレータ１４ｂの１組の電極部３６又は１組の電極部４０の間で通電した場合には、電流計４６ｂにより電流を検知し、燃料ガス流路２８ｂ又は酸化剤ガス流路２６ｂ内に液体の水が存在すると判定する。 The electrode portion 36 is used to detect the presence or absence of liquid water in the fuel gas flow path 28b, and the electrode portion 40 is used to detect the presence or absence of liquid water in the oxidant gas flow path 26b. .. FIG. 5 is a schematic view of the liquid detection device 44. The liquid detection device 44 includes a liquid determination unit 46 and a B separator 14b. The liquid determination unit 46 has a power supply 46a and an ammeter 46b, and when an electric current is applied between a set of electrode portions 36 or a set of electrode portions 40 of the B separator 14b, the current is detected by the ammeter 46b. , It is determined that liquid water exists in the fuel gas flow path 28b or the oxidizing agent gas flow path 26b.

図６は、Ｂセパレータ１４ｂのアノード面１４ｂ１（Ｚ軸方向負側の面）を示す図である。発電セルユニット１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させることによって発電を行う。このとき、発電セルユニット１０は発熱するため、冷却媒体により発電セルユニット１０を冷却する必要がある。図１に示されるように、冷却媒体はＸ軸方向正側から負側に向かって流れるため、図６に示すＢセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂが形成される側の面では、Ｘ軸方向負側の端に位置する領域Ｓａ１の温度が最も高く、Ｘ軸方向正側の端に位置する領域Ｓｃ１の温度が最も低い。そして、領域Ｓａ１と領域Ｓｃ１とに挟まれた領域Ｓｂ１の温度は、領域Ｓａ１の温度と領域Ｓｃ１の温度の中間の温度となる。 FIG. 6 is a diagram showing an anode surface 14b1 (a surface on the negative side in the Z-axis direction) of the B separator 14b. The power generation cell unit 10 generates power by chemically reacting a fuel gas with an oxidant gas. At this time, since the power generation cell unit 10 generates heat, it is necessary to cool the power generation cell unit 10 with a cooling medium. As shown in FIG. 1, since the cooling medium flows from the positive side to the negative side in the X-axis direction, the surface of the B separator 14b shown in FIG. 6 on the side where the fuel gas flow path 28b is formed is in the X-axis direction. The temperature of the region Sa1 located at the negative end is the highest, and the temperature of the region Sc1 located at the positive end in the X-axis direction is the lowest. Then, the temperature of the region Sb1 sandwiched between the region Sa1 and the region Sc1 is an intermediate temperature between the temperature of the region Sa1 and the temperature of the region Sc1.

電極部３６は、領域Ｓａ１、領域Ｓｂ１、領域Ｓｃ１の順に密度が高くなるように配置される。つまり、電極部３６は、温度が高い領域よりも温度が低い領域の方が密度が高くなるように配置される。換言すると、凝固して液体の水が生成され易い領域に、電極部３６の密度が高くなるように配置される。温度センサ３８は、領域Ｓｃ１、領域Ｓｂ１、領域Ｓａ１の順に密度が高くなるように配置される。つまり、温度センサ３８は、温度が低い領域よりも温度が高い領域の方が密度が高くなるように配置される。換言すると、高温異常が発生し易い領域に、温度センサ３８の密度が高くなるように配置される。 The electrode portion 36 is arranged so that the density increases in the order of region Sa1, region Sb1, and region Sc1. That is, the electrode portion 36 is arranged so that the density is higher in the region where the temperature is low than in the region where the temperature is high. In other words, the electrode portion 36 is arranged so as to have a high density in a region where it is likely to solidify and generate liquid water. The temperature sensor 38 is arranged so that the density increases in the order of region Sc1, region Sb1, and region Sa1. That is, the temperature sensor 38 is arranged so that the density is higher in the region where the temperature is high than in the region where the temperature is low. In other words, the temperature sensor 38 is arranged so as to have a high density in a region where a high temperature abnormality is likely to occur.

図７は、Ｂセパレータ１４ｂのカソード面１４ｂ２（Ｚ軸方向正側の面）を示す図である。図１に示されるように、冷却媒体はＸ軸方向正側から負側に向かって流れるため、図７に示すＢセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂが形成される側の面では、Ｘ軸方向負側の端に位置する領域Ｓｃ２の温度が最も高く、Ｘ軸方向正側の端に位置する領域Ｓａ２の温度が最も低い。そして、領域Ｓａ２と領域Ｓｃ２とに挟まれた領域Ｓｂ２の温度は、領域Ｓａ２の温度と領域Ｓｃ２の温度の中間の温度となる。 FIG. 7 is a diagram showing a cathode surface 14b2 (a surface on the positive side in the Z-axis direction) of the B separator 14b. As shown in FIG. 1, since the cooling medium flows from the positive side to the negative side in the X-axis direction, the X-axis is formed on the surface of the B separator 14b shown in FIG. 7 on the side where the oxidant gas flow path 26b is formed. The temperature of the region Sc2 located at the end on the negative side in the direction is the highest, and the temperature of the region Sa2 located at the end on the positive side in the X-axis direction is the lowest. Then, the temperature of the region Sb2 sandwiched between the region Sa2 and the region Sc2 is an intermediate temperature between the temperature of the region Sa2 and the temperature of the region Sc2.

電極部４０は、領域Ｓｃ２、領域Ｓｂ２、領域Ｓａ２の順に密度が高くなるように配置される。つまり、電極部４０は、温度が高い領域よりも温度が低い領域の方が密度が高くなるように配置される。換言すると、凝固して液体の水が生成され易い領域に、電極部４０の密度が高くなるように配置される。温度センサ４２は、領域Ｓａ２、領域Ｓｂ２、領域Ｓｃ２の順に密度が高くなるように配置される。つまり、温度センサ４２は、温度が低い領域よりも温度が高い領域の方が密度が高くなるように配置される。換言すると、高温異常が発生し易い領域に、温度センサ４２の密度が高くなるように配置される。 The electrode portion 40 is arranged so that the density increases in the order of region Sc2, region Sb2, and region Sa2. That is, the electrode portion 40 is arranged so that the density is higher in the region where the temperature is low than in the region where the temperature is high. In other words, the electrode portion 40 is arranged so as to have a high density in a region where it is likely to solidify and generate liquid water. The temperature sensor 42 is arranged so that the density increases in the order of region Sa2, region Sb2, and region Sc2. That is, the temperature sensor 42 is arranged so that the density is higher in the region where the temperature is high than in the region where the temperature is low. In other words, the temperature sensor 42 is arranged so as to have a high density in a region where a high temperature abnormality is likely to occur.

図８は、図３及び図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。図９は、図３におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。図１０は、図４におけるＸ−Ｘ断面図である。Ｂセパレータ１４ｂは、２枚のカーボンプレート４８、５０、及び、２枚のカーボンプレート４８、５０に挟まれた金属プレート５２を有している。カーボンプレート４８と金属プレート５２、及び、カーボンプレート５０と金属プレート５２は、それぞれ銀ペースト５４により接着されている。 FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIGS. 3 and 4. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. The B separator 14b has two carbon plates 48 and 50 and a metal plate 52 sandwiched between the two carbon plates 48 and 50. The carbon plate 48 and the metal plate 52, and the carbon plate 50 and the metal plate 52 are adhered to each other by the silver paste 54, respectively.

カーボンプレート４８には、燃料ガス流路２８ｂが形成され、燃料ガス流路２８ｂの底部にカーボンプレート４８を厚さ方向に貫通する貫通孔４８ａが形成されている。カーボンプレート５０には、酸化剤ガス流路２６ｂが形成され、酸化剤ガス流路２６ｂの底部にカーボンプレート５０を厚さ方向に貫通する貫通孔５０ａが形成されている。 A fuel gas flow path 28b is formed in the carbon plate 48, and a through hole 48a that penetrates the carbon plate 48 in the thickness direction is formed at the bottom of the fuel gas flow path 28b. An oxidant gas flow path 26b is formed in the carbon plate 50, and a through hole 50a that penetrates the carbon plate 50 in the thickness direction is formed at the bottom of the oxidant gas flow path 26b.

金属プレート５２内には、電極部３６に接続される導電部材５４ａ、電極部４０に接続される導電部材５４ｂ、温度センサ３８に接続される導電部材５４ｃ、及び、温度センサ４２に接続される導電部材５４ｄが配線されている。導電部材５４ａ及び導電部材５４ｃは、電極部３６及び温度センサ３８が燃料ガス流路２８ｂに露出した状態となるように、支持部材５６ａによって支持されている。導電部材５４ｂ及び導電部材５４ｄは、電極部４０及び温度センサ４２が酸化剤ガス流路２６ｂに露出した状態となるように、支持部材５６ｂによって支持されている。また、燃料ガス流路２８ｂ及び酸化剤ガス流路２６ｂのどの箇所に液体の水が存在するかが分かるように、導電部材５４ａ及び５４ｃは、燃料ガス流路２８ｂ及び酸化剤ガス流路２６ｂの流路方向に離間して配置された２つを１つの組とする複数組の電極部３６、４０のそれぞれが別々に導通可能なように配線されている。 Inside the metal plate 52, a conductive member 54a connected to the electrode portion 36, a conductive member 54b connected to the electrode portion 40, a conductive member 54c connected to the temperature sensor 38, and a conductive member connected to the temperature sensor 42. The member 54d is wired. The conductive member 54a and the conductive member 54c are supported by the support member 56a so that the electrode portion 36 and the temperature sensor 38 are exposed to the fuel gas flow path 28b. The conductive member 54b and the conductive member 54d are supported by the support member 56b so that the electrode portion 40 and the temperature sensor 42 are exposed to the oxidant gas flow path 26b. Further, the conductive members 54a and 54c are made of the fuel gas flow path 28b and the oxidant gas flow path 26b so that the location of the liquid water in the fuel gas flow path 28b and the oxidant gas flow path 26b can be known. A plurality of sets of electrode portions 36, 40, each of which is a set of two arranged apart from each other in the flow path direction, are wired so as to be electrically conductive.

図１１〜図１５は、Ｂセパレータ１４ｂの製造方法について説明する図である。まず、平板状のカーボンプレート４８（図１１）を加工して、燃料ガス流路２８ｂ及び貫通孔４８ａを形成する（図１２）。次に、カーボンプレート４８の貫通孔４８ａに銀ペースト５４を充填するとともに、カーボンプレート４８の燃料ガス流路２８ｂが形成される側の面の背面に銀ペースト５４を塗布する（図１３）。同様にして、カーボンプレート５０を加工し、カーボンプレート５０に銀ペースト５４を塗布する（図１４）。 11 to 15 are views for explaining a method of manufacturing the B separator 14b. First, the flat plate-shaped carbon plate 48 (FIG. 11) is processed to form the fuel gas flow path 28b and the through hole 48a (FIG. 12). Next, the through hole 48a of the carbon plate 48 is filled with the silver paste 54, and the silver paste 54 is applied to the back surface of the carbon plate 48 on the side where the fuel gas flow path 28b is formed (FIG. 13). In the same manner, the carbon plate 50 is processed, and the silver paste 54 is applied to the carbon plate 50 (FIG. 14).

カーボンプレート４８及びカーボンプレート５０の加工とは別工程において、金属プレート５２の加工を行う。金属プレート５２に、電極部３６が接続された導電部材５４ａ、電極部４０が接続された導電部材５４ｂ、温度センサ３８が接続された導電部材５４ｃ、及び、温度センサ４２が接続された導電部材５４ｄを配線する。また、導電部材５４ａ及び導電部材５４ｃに支持部材５６ａを取り付けるとともに、導電部材５４ｂ及び導電部材５４ｄに支持部材５６ｂを取り付ける（図１４）。 The metal plate 52 is processed in a process different from the processing of the carbon plate 48 and the carbon plate 50. The conductive member 54a to which the electrode portion 36 is connected, the conductive member 54b to which the electrode portion 40 is connected, the conductive member 54c to which the temperature sensor 38 is connected, and the conductive member 54d to which the temperature sensor 42 is connected to the metal plate 52. Wire. Further, the support member 56a is attached to the conductive member 54a and the conductive member 54c, and the support member 56b is attached to the conductive member 54b and the conductive member 54d (FIG. 14).

電極部３６、温度センサ３８、電極部４０及び温度センサ４２が取り付けられた金属プレート５２に、カーボンプレート４８及びカーボンプレート５０が装着して、Ｂセパレータ１４ｂが完成する（図１５）。 The carbon plate 48 and the carbon plate 50 are attached to the metal plate 52 to which the electrode portion 36, the temperature sensor 38, the electrode portion 40, and the temperature sensor 42 are attached, and the B separator 14b is completed (FIG. 15).

本実施形態のＢセパレータ１４ｂ、第１発電セル１２ａ又は第２発電セル１２ｂ、燃料電池スタック２２、及び、液体検出装置４４では、以下の効果を得ることができる。 The B separator 14b, the first power generation cell 12a or the second power generation cell 12b, the fuel cell stack 22, and the liquid detection device 44 of the present embodiment can obtain the following effects.

本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、アノード面１４ｂ１に形成された燃料ガス流路２８ｂに、２つを１つの組とする電極部３６が設けられている。これにより、Ｂセパレータ１４ｂ内に、電極部３６を組み込むことができるため、電極部３６の耐久性の向上を図ることができる。また、燃料ガス流路２８ｂ内に配置される電極部３６の個数を増大させることができ、液体の水の有無の検出ポイントを増大させることができる。 In the B separator 14b of the present embodiment, the fuel gas flow path 28b formed on the anode surface 14b1 is provided with an electrode portion 36 having two as a set. As a result, the electrode portion 36 can be incorporated in the B separator 14b, so that the durability of the electrode portion 36 can be improved. In addition, the number of electrode portions 36 arranged in the fuel gas flow path 28b can be increased, and the detection points for the presence or absence of liquid water can be increased.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、電極部３６が燃料ガス流路２８ｂに露出した状態となるように、電極部３６に接続される導電部材５４ａを支持する支持部材５６ａが設けられている。これにより、電極部３６を燃料ガス流路２８ｂ内に露出させることができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, a support member 56a for supporting the conductive member 54a connected to the electrode portion 36 is provided so that the electrode portion 36 is exposed to the fuel gas flow path 28b. .. As a result, the electrode portion 36 can be exposed in the fuel gas flow path 28b.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、カーボンプレート４８及び支持部材５６ａは、導電部材５４ａから形成される。これにより、Ｂセパレータ１４ｂのアノード面１４ｂ１において均一に発電することができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, the carbon plate 48 and the support member 56a are formed of the conductive member 54a. As a result, power can be generated uniformly on the anode surface 14b1 of the B separator 14b.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、燃料ガスと酸化剤ガスとが化学反応している状態において、アノード面１４ｂ１上の温度が相対的に低い領域の電極部３６の密度が、温度が相対的に高い領域の電極部３６の密度よりも高くなるように、電極部３６が配置される。これにより、温度が低く液体の水が生成され易い領域において、液体の水の有無の検出精度を向上させることができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, in a state where the fuel gas and the oxidant gas are chemically reacting, the density of the electrode portion 36 in the region where the temperature is relatively low on the anode surface 14b1 is relative to the temperature. The electrode portion 36 is arranged so as to be higher than the density of the electrode portion 36 in a particularly high region. This makes it possible to improve the accuracy of detecting the presence or absence of liquid water in a region where the temperature is low and liquid water is likely to be generated.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、燃料ガスが流通する燃料ガス流路２８ｂに、アノード面１４ｂ１の温度を検出する温度センサ３８が設けられる。また、温度センサ３８が燃料ガス流路２８ｂに露出した状態となるように、支持部材５６ａにより、導電部材５４ａとともに、温度センサ３８に接続される導電部材５４ｂが支持される。これにより、温度センサ３８と、電極部３６とを支持する支持部材５６ａを共通にすることができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, a temperature sensor 38 for detecting the temperature of the anode surface 14b1 is provided in the fuel gas flow path 28b through which the fuel gas flows. Further, the support member 56a supports the conductive member 54b connected to the temperature sensor 38 together with the conductive member 54a so that the temperature sensor 38 is exposed to the fuel gas flow path 28b. As a result, the support member 56a that supports the temperature sensor 38 and the electrode portion 36 can be shared.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、燃料ガスと酸化剤ガスとが化学反応している状態において、アノード面１４ｂ１上の温度が相対的に高い領域の温度センサ３８の密度が、温度が相対的に低い領域の温度センサ３８の密度よりも高くなるように、温度センサ３８が配置される。これにより、高温異常が発生し易い領域において、温度検出を向上させることができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, in a state where the fuel gas and the oxidant gas are chemically reacting, the temperature of the temperature sensor 38 in the region where the temperature is relatively high on the anode surface 14b1 is relative to the temperature. The temperature sensor 38 is arranged so as to be higher than the density of the temperature sensor 38 in a relatively low region. Thereby, the temperature detection can be improved in the region where the high temperature abnormality is likely to occur.

また、本実施形態のＢセパレータ１４ｂでは、アノード面１４ｂ１の背面であるカソード面１４ｂ２に形成された酸化剤ガス流路２６ｂに、２つを１つの組とする電極部４０が設けられている。これにより、Ｂセパレータ１４ｂ内に、電極部４０を組み込むことができるため、電極部４０の耐久性の向上を図ることができる。また、酸化剤ガス流路２６ｂ内に配置される電極部４０の個数を増大させることができ、液体の水の有無の検出ポイントを増大させることができる。 Further, in the B separator 14b of the present embodiment, an electrode portion 40 in which the two are paired is provided in the oxidant gas flow path 26b formed on the cathode surface 14b2 which is the back surface of the anode surface 14b1. As a result, the electrode portion 40 can be incorporated in the B separator 14b, so that the durability of the electrode portion 40 can be improved. In addition, the number of electrode portions 40 arranged in the oxidant gas flow path 26b can be increased, and the detection points for the presence or absence of liquid water can be increased.

本実施形態の第１発電セル１２ａ又は第２発電セル１２ｂは、Ａ−ＭＥＡ１８ａ又はＢ−ＭＥＡ１８ｂと、Ｂセパレータ１４ｂを有する。これにより、Ｂセパレータ１４ｂ内に、電極部３６を組み込むことができるため、電極部３６の耐久性の向上を図ることができる。また、燃料ガス流路２８ｂ内に配置される電極部３６の個数を増大させることができ、液体の水の有無の検出ポイントを増大させることができる。 The first power generation cell 12a or the second power generation cell 12b of the present embodiment has an A-MEA18a or a B-MEA18b and a B separator 14b. As a result, the electrode portion 36 can be incorporated in the B separator 14b, so that the durability of the electrode portion 36 can be improved. In addition, the number of electrode portions 36 arranged in the fuel gas flow path 28b can be increased, and the detection points for the presence or absence of liquid water can be increased.

本実施形態の燃料電池スタック２２は、Ａ−ＭＥＡ１８ａ又はＢ−ＭＥＡ１８ｂと、Ｂセパレータ１４ｂを有する。これにより、Ｂセパレータ１４ｂ内に、電極部３６を組み込むことができるため、電極部３６の耐久性の向上を図ることができる。また、燃料ガス流路２８ｂ内に配置される電極部３６の個数を増大させることができ、液体の水の有無の検出ポイントを増大させることができる。 The fuel cell stack 22 of the present embodiment has an A-MEA18a or a B-MEA18b and a B separator 14b. As a result, the electrode portion 36 can be incorporated in the B separator 14b, so that the durability of the electrode portion 36 can be improved. In addition, the number of electrode portions 36 arranged in the fuel gas flow path 28b can be increased, and the detection points for the presence or absence of liquid water can be increased.

本実施形態の液体検出装置４４は、Ｂセパレータ１４ｂの少なくとも１組の電極部３６の間が通電したときに、燃料ガス流路２８ｂ内に液体状の水があると判定する液体判定部４６を有する。これにより、燃料ガス流路２８ｂ内の液体の水の有無を判定することができる。 The liquid detection device 44 of the present embodiment includes a liquid determination unit 46 that determines that there is liquid water in the fuel gas flow path 28b when electricity is supplied between at least one set of electrode portions 36 of the B separator 14b. Have. Thereby, the presence or absence of liquid water in the fuel gas flow path 28b can be determined.

本実施形態の液体検出装置４４は、Ｂセパレータ１４ｂの少なくとも１組の電極部３６の間が通電したときに、燃料ガス流路２８ｂ内に液体状の水があると判定し、Ｂセパレータ１４ｂの少なくとも１組の電極部４０の間が通電したときに、酸化剤ガス流路２６ｂ内に液体状の水があると判定する液体判定部４６を有する。これにより、燃料ガス流路２８ｂ内及び酸化剤ガス流路２６ｂ内の液体の水の有無を判定することができる。 The liquid detection device 44 of the present embodiment determines that there is liquid water in the fuel gas flow path 28b when at least one set of electrode portions 36 of the B separator 14b is energized, and determines that there is liquid water in the fuel gas flow path 28b, and the B separator 14b It has a liquid determination unit 46 that determines that there is liquid water in the oxidant gas flow path 26b when electricity is applied between at least one set of electrode units 40. Thereby, the presence or absence of liquid water in the fuel gas flow path 28b and the oxidant gas flow path 26b can be determined.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、Ｂセパレータ１４ｂの燃料ガス流路２８ｂに電極部３６及び温度センサ３８を設けたが、電極部３６のみを設けるようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the electrode portion 36 and the temperature sensor 38 are provided in the fuel gas flow path 28b of the B separator 14b, but only the electrode portion 36 may be provided.

また、上述の実施形態では、Ｂセパレータ１４ｂの酸化剤ガス流路２６ｂに電極部４０及び温度センサ４２を設けたが、電極部４０のみを設けるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the electrode portion 40 and the temperature sensor 42 are provided in the oxidant gas flow path 26b of the B separator 14b, but only the electrode portion 40 may be provided.

また、上述の実施形態では、Ｂセパレータ１４ｂのアノード面１４ｂ１の燃料ガス流路２８ｂに電極部３６を設けるとともに、カソード面１４ｂ２の酸化剤ガス流路２６ｂに電極部４０を設けたが、燃料ガス流路２８ｂにのみ電極部３６を設けるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the electrode portion 36 is provided in the fuel gas flow path 28b of the anode surface 14b1 of the B separator 14b, and the electrode portion 40 is provided in the oxidant gas flow path 26b of the cathode surface 14b2. The electrode portion 36 may be provided only in the flow path 28b.

また、上述の実施形態では、Ｂセパレータ１４ｂの一の面が燃料ガス流路２８ｂが形成されたアノード面１４ｂ１であり、他の面が酸化剤ガス流路２６ｂが形成されたカソード面１４ｂ２であるが、他の面を冷却媒体通路が形成された冷却面としてもよい。その場合、冷却媒体通路には電極部は設けられていなくともよい。 Further, in the above-described embodiment, one surface of the B separator 14b is the anode surface 14b1 on which the fuel gas flow path 28b is formed, and the other surface is the cathode surface 14b2 on which the oxidant gas flow path 26b is formed. However, the other surface may be a cooling surface on which a cooling medium passage is formed. In that case, the cooling medium passage does not have to be provided with an electrode portion.

１２ａ…第１発電セル（発電セル） １２ｂ…第２発電セル（発電セル）
１４ｂ…Ｂセパレータ（セパレータ） １４ｂ１…アノード面（第１の面）
１８ａ…電解質膜・電極構造体（Ａ−ＭＥＡ）
２２…燃料電池スタック ２６ｂ…酸化剤ガス流路（第２の流路）
２８ｂ…燃料ガス流路（第１の流路） ３６、４０…電極部
３８…温度センサ ５４ａ…導電部材（第１の導電部材）
５４ｃ…導電部材（第２の導電部材） ５６ａ…支持部材 12a ... 1st power generation cell (power generation cell) 12b ... 2nd power generation cell (power generation cell)
14b ... B separator (separator) 14b1 ... Anode surface (first surface)
18a ... Electrolyte membrane / electrode structure (A-MEA)
22 ... Fuel cell stack 26b ... Oxidizing agent gas flow path (second flow path)
28b ... Fuel gas flow path (first flow path) 36, 40 ... Electrode portion 38 ... Temperature sensor 54a ... Conductive member (first conductive member)
54c ... Conductive member (second conductive member) 56a ... Support member

Claims (11)

第１のガスと第２のガスとを化学反応させることにより発電を行う発電セルにおいて電解質膜・電極構造体に積層されるセパレータであって、
前記第１のガスが流通する第１の流路を備える第１の面と、
前記第１の流路に備えられ、流路方向に離間して配置された２つを１つの組とする少なくとも１組の第１の電極部と、
を有する、セパレータ。 A separator laminated on an electrolyte membrane / electrode structure in a power generation cell that generates power by chemically reacting a first gas and a second gas.
A first surface having a first flow path through which the first gas flows, and
At least one set of first electrode portions provided in the first flow path and arranged apart from each other in the flow path direction as one set.
Has a separator. 請求項１に記載のセパレータであって、
前記第１の電極部に接続される導電性の第１の導電部材と、
前記第１の電極部が前記第１の流路に露出した状態となるように、前記第１の導電部材を支持する支持部材と、
を有する、セパレータ。 The separator according to claim 1.
A conductive first conductive member connected to the first electrode portion,
A support member that supports the first conductive member and a support member that supports the first conductive member so that the first electrode portion is exposed to the first flow path.
Has a separator. 請求項２に記載のセパレータであって、
前記第１の面及び前記支持部材は、導電材料から形成される、セパレータ。 The separator according to claim 2.
The first surface and the support member are separators formed of a conductive material. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のセパレータであって、
前記第１のガスと前記第２のガスとが化学反応している状態において、
前記第１の面上の温度が相対的に低い領域の前記第１の電極部の密度が、温度が相対的に高い領域の前記第１の電極部の密度よりも高くなるように、前記第１の電極部が配置される、セパレータ。 The separator according to any one of claims 1 to 3.
In a state where the first gas and the second gas chemically react with each other,
The first electrode portion has a density higher than that of the first electrode portion in a region where the temperature on the first surface is relatively low. A separator on which the electrode portion of 1 is arranged. 請求項２に記載のセパレータであって、
前記第１の流路に備えられ、前記第１の面の温度を検出する複数の温度センサと、
前記温度センサに接続される導電性の第２の導電部材と、
を有し、
前記支持部材は、前記温度センサが前記第１の流路に露出した状態となるように、前記第１の導電部材とともに前記第２の導電部材を支持する、セパレータ。 The separator according to claim 2.
A plurality of temperature sensors provided in the first flow path and detecting the temperature of the first surface, and
A second conductive member connected to the temperature sensor and
Have,
The support member is a separator that supports the second conductive member together with the first conductive member so that the temperature sensor is exposed to the first flow path. 請求項５に記載のセパレータであって、
前記第１のガスと前記第２のガスとが化学反応している状態において、
前記第１の面上の温度が相対的に高い領域の前記温度センサの密度が、温度が相対的に低い領域の前記温度センサの密度よりも高くなるように、前記温度が配置される、セパレータ。 The separator according to claim 5.
In a state where the first gas and the second gas chemically react with each other,
A separator in which the temperature is arranged so that the density of the temperature sensor in the region where the temperature on the first surface is relatively high is higher than the density of the temperature sensor in the region where the temperature is relatively low. .. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のセパレータであって、
前記第１の面の背面であって、前記第２のガスが流通する第２の流路を備える第２の面と、
前記第２の流路に備えられ、流路方向に離間して配置された２つを１つの組とする複数組の第２の電極部と、
を有する、セパレータ。 The separator according to any one of claims 1 to 6.
A second surface that is the back surface of the first surface and includes a second flow path through which the second gas flows.
A plurality of sets of second electrode portions provided in the second flow path and arranged apart from each other in the flow path direction to form one set, and
Has a separator. 電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体に積層された請求項１〜７のいずれか１項に記載のセパレータと、
を有する、発電セル。 Electrolyte membrane / electrode structure and
The separator according to any one of claims 1 to 7, which is laminated on the electrolyte membrane / electrode structure.
Has a power generation cell. 電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体に積層された請求項１〜７のいずれか１項に記載のセパレータと、
を有する、燃料電池スタック。 Electrolyte membrane / electrode structure and
The separator according to any one of claims 1 to 7, which is laminated on the electrolyte membrane / electrode structure.
Has a fuel cell stack. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のセパレータを有する液体検出装置であって、
前記少なくとも１組の第１の電極部の間が通電したときに、前記第１の流路内に液体状の水があると判定する液体判定部を有する、液体検出装置。 A liquid detection device having the separator according to any one of claims 1 to 7.
A liquid detection device having a liquid determination unit that determines that there is liquid water in the first flow path when electricity is applied between at least one set of the first electrode units. 請求項７に記載のセパレータを有する液体検出装置であって、
前記少なくとも１組の第１の電極部の間が通電したときに、前記第１の流路内に液体状の水があると判定し、且つ、前記少なくとも１組の第２の電極部の間が通電したときに、前記第２の流路内に液体状の水があると判定する液体判定部を有する、液体検出装置。 A liquid detection device having the separator according to claim 7.
When electricity is applied between the at least one set of the first electrode portions, it is determined that there is liquid water in the first flow path, and between the at least one set of the second electrode portions. A liquid detection device having a liquid determination unit that determines that there is liquid water in the second flow path when the water is energized.
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