JP4607827B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の開発過程や、最適化チューニング過程または実際の動作中に電気発生部の電圧を測定することができる電圧測定手段に関し、より詳しくは、電気発生部における流体流出を防止しつつ電圧を測定できるように電圧測定端子を有するガスケットを備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a voltage measuring means capable of measuring a voltage of an electricity generation unit during a fuel cell development process, an optimization tuning process, or during actual operation, and more specifically, prevents fluid outflow in the electricity generation unit. The present invention relates to a fuel cell system including a gasket having a voltage measurement terminal so that the voltage can be measured.

一般的に、燃料電池システムは、電気を生成する発電システムであって、水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部を有する。前記電気発生部は、選択的なイオン透過特性を有する導電性高分子膜と、前記高分子膜の両側に提供されたカソード電極及びアノード電極からなる単位電池が複数個積層された構造からなる。このとき、隣接する単位電池の間には水素と酸素を前記アノード電極とカソード電極にそれぞれ供給するためのバイポーラプレートが提供される。   In general, a fuel cell system is a power generation system that generates electricity, and includes an electricity generation unit that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The electricity generating unit has a structure in which a plurality of unit cells including a conductive polymer film having selective ion permeation characteristics and a cathode electrode and an anode electrode provided on both sides of the polymer film are stacked. At this time, a bipolar plate for supplying hydrogen and oxygen to the anode electrode and the cathode electrode is provided between adjacent unit cells.

前述の水素と酸素の電気化学反応によって電気が生成されるとき、電気発生部における電圧を測定するための手段は、従来からよく知られている。   Means for measuring the voltage at the electricity generator when electricity is generated by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen described above are well known.

例えば、特開２００５−１８３３０８号公報（特許文献１）には、図４に示されるように、電圧検出部の電圧検出用端子をセパレータの端子接続部に接触させた構造の燃料電池が示されている。このような特許文献１において、アノード側電極に不活性ガスを供給する一方、カソード側電極に空気を供給しながら、電圧検出部によって発電セルの回路電圧を検出する。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-183308 (Patent Document 1) shows a fuel cell having a structure in which a voltage detection terminal of a voltage detection unit is in contact with a terminal connection portion of a separator, as shown in FIG. ing. In Patent Document 1, such an inert gas is supplied to the anode side electrode, while air is supplied to the cathode side electrode, and the circuit voltage of the power generation cell is detected by the voltage detection unit.

特開２００５−０１９０４２号公報（特許文献２）には、図５に示されるように、燃料電池単セルが有するセパレータには、冷却水用流路が形成され、電圧評価部は、セパレータに形成された冷却水用流路の付近に配置されている燃料電池スタックが開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-019042 (Patent Document 2), as shown in FIG. 5, a flow path for cooling water is formed in a separator of a single fuel cell, and a voltage evaluation unit is formed in the separator. A fuel cell stack is disclosed that is disposed in the vicinity of the coolant flow path.

特開平９−１９９１４７号公報（特許文献３）には、図６に示されるように、基板に触媒を塗布して形成された燃料極及び酸化剤極の間に電解質層を挟んで形成された単位電池とガス分離板とを交互に複数個ずつ積層して形成するサブスタックにおいて、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段が開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 9-199147 (Patent Document 3), as shown in FIG. 6, an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode formed by applying a catalyst to a substrate. Disclosed is a potential measuring means for measuring a potential of at least one of a fuel electrode and an oxidant electrode of at least two unit cells in a sub-stack formed by alternately laminating a plurality of unit cells and gas separation plates. Yes.

そして、特開平８−００７９１１号公報（特許文献４）には、図７に示されるように、サブスタックＴｓにおける両端のセルＣのそれぞれに電圧測定用端子１４を電気的に接続させた構造が開示されている。電圧測定用端子１４は、サブスタックの端部のセルと冷却部７とによって狭持され、かつサブスタックの端部のセルと集電板８とによって狭持されている。   JP-A-8-007911 (Patent Document 4) has a structure in which the voltage measurement terminals 14 are electrically connected to the cells C at both ends of the substack Ts, as shown in FIG. It is disclosed. The voltage measurement terminal 14 is sandwiched between the cell at the end of the substack and the cooling unit 7, and is sandwiched between the cell at the end of the substack and the current collector plate 8.

燃料電池単位セルの電圧を測定するための従来技術において、ピンのような形状の検針器を単位セルを構成するバイポーラプレートに挟む方式は、安定した接触を保障することができず、正確な電圧測定が難しかった。また、開発過程やチューニング過程で電圧検出回数が多くなるほど単位セルのバイポーラプレートが損傷するか、または接触が不良になるという問題があった。
特開２００５−１８３３０８号公報 特開２００５−０１９０４２号公報 特開平９−１９９１４７号公報 特開平８−００７９１１号公報 特開２００３−１２３８０１号公報 In a conventional technique for measuring the voltage of a fuel cell unit cell, a method in which a pin-shaped meter-reading device is sandwiched between bipolar plates constituting a unit cell cannot guarantee stable contact, and an accurate voltage It was difficult to measure. In addition, there is a problem that the bipolar plate of the unit cell is damaged or the contact becomes poor as the number of times of voltage detection is increased in the development process and the tuning process.
JP 2005-183308 A JP 2005-019042 A JP-A-9-199147 JP-A-8-007911 JP 2003-123801 A

したがって、本発明の目的は、水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部を有する燃料電池システムを提供することをその目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system having an electricity generation unit that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

前記目的を達成するために、本発明による前記電気発生部は、両面にそれぞれ提供されているアノード電極層とカソード電極層とを有する導電性高分子膜を有する電極膜組立体と、前記電極膜組立体のアノード電極層とカソード電極層にそれぞれ対面して前記電極層に提供する水素含有燃料または酸素含有気体が流動する流動チャネルを有する一対の分離板と、前記電極膜組立体と分離板との間に介在されて流体漏れを防止する一対のガスケットと、を含み、前記ガスケットのうち少なくとも１つは、弾性材質の第１フレームと導電性材質の第２フレームとからなる電圧検出ガスケットであることを特徴とする。   To achieve the above object, the electricity generator according to the present invention includes an electrode film assembly having a conductive polymer film having an anode electrode layer and a cathode electrode layer provided on both sides, and the electrode film. A pair of separator plates each having a flow channel through which a hydrogen-containing fuel or an oxygen-containing gas to be provided to the electrode layer faces the anode electrode layer and the cathode electrode layer of the assembly, and the electrode membrane assembly and the separator plate; A pair of gaskets interposed between the first and second gaskets to prevent fluid leakage, and at least one of the gaskets is a voltage detection gasket comprising a first frame made of an elastic material and a second frame made of a conductive material. It is characterized by that.

前記電圧検出ガスケットに接触する分離板は、非導電性物質からなることを特徴とする。   The separation plate in contact with the voltage detection gasket is made of a non-conductive material.

前記第１フレームは、分離板に接触し、前記第２フレームは、導電性高分子膜に接触することを特徴とする。   The first frame is in contact with a separation plate, and the second frame is in contact with a conductive polymer film.

前記第２フレームには、電圧検出端子が提供されることを特徴とする。   The second frame is provided with a voltage detection terminal.

上述したように、本発明によれば、伝導性材質のフレームを持つ電圧検出ガスケットを用いて単位電池から発生される電圧を測定することによってバイポーラプレートによる電圧検出のときにバイポーラプレートが損傷される現象を防止しつつ電圧を正確に検出することができる。   As described above, according to the present invention, the bipolar plate is damaged when the voltage is detected by the bipolar plate by measuring the voltage generated from the unit cell using the voltage detection gasket having the frame made of the conductive material. The voltage can be accurately detected while preventing the phenomenon.

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
図１は、本発明による燃料電池システムの概略図であり、図２は、本発明による電圧検出ガスケットを有する電気発生部の一部を示す断面図であり、図３は、本発明による電圧検出ガスケットの斜視図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of an electricity generating part having a voltage detection gasket according to the present invention, and FIG. 3 is a voltage detection according to the present invention. It is a perspective view of a gasket.

図１を参照すると、本発明による燃料電池システムは、１個以上の単位電池が提供されており、水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部１００と、電気発生部１００に水素含有燃料を供給する燃料供給部２００と、電気発生部１００に酸素含有気体を供給する酸素供給部３００とを有する。   Referring to FIG. 1, the fuel cell system according to the present invention is provided with one or more unit cells. The electricity generator 100 generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and the electricity generator 100 is supplied with hydrogen. A fuel supply unit 200 that supplies the contained fuel and an oxygen supply unit 300 that supplies an oxygen-containing gas to the electricity generation unit 100 are included.

ここで、水素含有燃料は、メタノール、エタノールなどのアルコール系燃料、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系燃料、液化天然ガスなどの天然ガス系燃料といった液体原燃料または水素といった気体原燃料を意味し、前記水素は、好ましくは、前記液体原燃料から得ることができる。   Here, the hydrogen-containing fuel means liquid raw fuel such as alcohol fuel such as methanol and ethanol, hydrocarbon fuel such as methane, propane and butane, natural gas fuel such as liquefied natural gas, or gaseous raw fuel such as hydrogen. The hydrogen can be preferably obtained from the liquid raw fuel.

燃料供給部２００は、前述の液体原燃料を電気発生部１００に直接供給する直接メタノール燃料電池において原燃料供給タンク（図示せず）を含むことができる。一方、気体原燃料を電気発生部１００に供給する高分子電解質型燃料電池において、燃料供給部２００は、液体原燃料が貯蔵されている原燃料貯蔵部（図示せず）と、前記原燃料貯蔵部から供給される液体原燃料に対する改質過程を通じて得られる水素を主成分とする改質燃料、すなわち、気体原燃料を電気発生部１００に供給するための改質器（図示せず）とで構成されることができる。   The fuel supply unit 200 may include a raw fuel supply tank (not shown) in a direct methanol fuel cell that directly supplies the liquid raw fuel to the electricity generator 100. Meanwhile, in the polymer electrolyte fuel cell that supplies gaseous raw fuel to the electricity generation unit 100, the fuel supply unit 200 includes a raw fuel storage unit (not shown) in which liquid raw fuel is stored, and the raw fuel storage unit. A reforming fuel (not shown) for supplying a reformed fuel containing hydrogen as a main component, that is, a gaseous raw fuel to the electricity generating unit 100, obtained through a reforming process for the liquid raw fuel supplied from the unit. Can be configured.

以下では、直接メタノール燃料電池を基準として説明する。   In the following, a direct methanol fuel cell will be described as a reference.

図２を参照すると、電気発生部１００に提供された単位電池は、選択的なイオン透過性を有する導電性高分子膜１１２と、導電性高分子膜１１２の両側に提供されたアノード電極１１４及びカソード電極１１６とからなる電極膜組立体１１０（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、アノード電極１１４とカソード電極１１６に水素含有燃料と酸素含有気体をそれぞれ供給する分離板１３０とを有する。   Referring to FIG. 2, the unit cell provided in the electricity generating unit 100 includes a conductive polymer film 112 having selective ion permeability, anode electrodes 114 provided on both sides of the conductive polymer film 112, and It has an electrode membrane assembly 110 (MEA) composed of a cathode electrode 116, and an anode electrode 114 and a separator plate 130 for supplying a hydrogen-containing fuel and an oxygen-containing gas to the cathode electrode 116, respectively.

導電性高分子膜１１２は、アノード電極１１４の触媒層（図示せず）から発生した水素イオンをカソード電極１１６の触媒層に伝達するイオン交換の機能とともに水素含有燃料の透過を防止する機能を有する導電性高分子電解質膜であって、約５０〜２００μｍ程度の厚さを有する。前記導電性高分子膜１１２としては、例えば、ペルフルオロスルホネート樹脂（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））で製造された過フッ化フッ素酸樹脂膜、多孔性ポリテトラフルオロエチレン薄膜支持体に過フッ化スルホン酸（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）などの樹脂溶液がコーティングされている膜、多孔性の非導電性高分子支持体に陽イオン交換樹脂及び無機シリケートが被覆されている膜などが使用される。   The conductive polymer film 112 has a function of preventing permeation of hydrogen-containing fuel as well as an ion exchange function of transmitting hydrogen ions generated from a catalyst layer (not shown) of the anode electrode 114 to the catalyst layer of the cathode electrode 116. The conductive polymer electrolyte membrane has a thickness of about 50 to 200 μm. Examples of the conductive polymer film 112 include a perfluorinated sulfonic acid resin film made of perfluorosulfonate resin (Nafion (registered trademark)), a porous polytetrafluoroethylene thin film support, and a perfluorosulfonic acid ( For example, a membrane coated with a resin solution such as perfluorinated sulfide acid) or a membrane in which a porous non-conductive polymer support is coated with a cation exchange resin and an inorganic silicate is used.

電極膜組立体１１０において、電極、例えば、カソード電極１１６は、カーボン紙のような第１多孔性支持層と、前記第１多孔性支持層に順次積層された触媒物質の第１拡散層と第１触媒層とからなる。前記第１多孔性支持層は、分離板１３０の一面に形成された酸素供給流路１３４を介して供給される酸素の流入経路だけでなく、下記に説明されるように、前記第１触媒層からなる電気化学反応の副産物である水（Ｈ２Ｏ）の流出経路を提供する。前記第１触媒層において、前記第１多孔性支持層と第１拡散層とを経由して提供される酸素は、下記反応式１の還元反応が行われる。
カソード反応：
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・ （１） In the electrode membrane assembly 110, an electrode, for example, a cathode electrode 116, includes a first porous support layer such as carbon paper, a first diffusion layer of a catalyst material sequentially stacked on the first porous support layer, and a first porous layer. 1 catalyst layer. The first porous support layer includes not only an inflow path of oxygen supplied through an oxygen supply channel 134 formed on one surface of the separation plate 130, but also the first catalyst layer as described below. Providing an outflow path for water (H 2 O), a byproduct of the electrochemical reaction consisting of In the first catalyst layer, oxygen provided via the first porous support layer and the first diffusion layer undergoes a reduction reaction of the following reaction formula 1.
Cathode reaction:
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (1)

前記第１拡散層は、前記第１多孔性支持層と第１触媒層との間に介在されて酸素供給流路１３４を介して供給される酸素が前記第１触媒層に均一に分散されるように作用しながら、前記還元反応を通じて生成される水が前記第１多孔性支持層に排出されるように作用する。   The first diffusion layer is interposed between the first porous support layer and the first catalyst layer, and oxygen supplied through the oxygen supply channel 134 is uniformly dispersed in the first catalyst layer. In this way, the water generated through the reduction reaction acts to be discharged to the first porous support layer.

同様に、アノード電極１１４は、カーボン紙のような第２多孔性支持層と、前記第２多孔性支持層に順次積層された触媒物質の第２拡散層と第２触媒層とからなる。前記第２多孔性支持層は、分離板１３０の一面に形成された燃料供給流路１３２を介して供給される水素含有燃料の流入経路だけでなく、下記に説明されるように、前記第２触媒層で行われる電気化学反応の副産物である二酸化炭素（ＣＯ２）の流出経路を提供する。前記第２触媒層において、前記第２多孔性支持層と第２拡散層とを経由して提供される水素含有燃料は、下記反応式２の酸化反応が行われる。
アノード反応：
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・ （２） Similarly, the anode electrode 114 includes a second porous support layer such as carbon paper, and a second diffusion layer and a second catalyst layer of a catalyst material sequentially stacked on the second porous support layer. The second porous support layer includes not only the inflow path of the hydrogen-containing fuel supplied through the fuel supply flow path 132 formed on one surface of the separation plate 130, but also the second porous support layer as described below. It provides an outflow route for carbon dioxide (CO 2 ), which is a byproduct of the electrochemical reaction performed in the catalyst layer. In the second catalyst layer, the hydrogen-containing fuel provided via the second porous support layer and the second diffusion layer undergoes an oxidation reaction of the following reaction formula 2.
Anode reaction:
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (2)

前記第２拡散層は、前記第２多孔性支持層と第２触媒層との間に介在されて燃料供給流路１３２を介して供給される水素含有燃料が前記第２触媒層に均一に分散されるように作用しながら、前記酸化反応を通じて生成される二酸化炭素が前記第２多孔性支持層に排出されるように作用する。   The second diffusion layer is interposed between the second porous support layer and the second catalyst layer, and the hydrogen-containing fuel supplied through the fuel supply channel 132 is uniformly dispersed in the second catalyst layer. In this manner, carbon dioxide generated through the oxidation reaction is discharged to the second porous support layer.

したがって、電気発生部１００において、アノード電極１１４では、メタノールと水との反応によって二酸化炭素及び６個の水素イオンと電子が生成される（酸化反応）。前記水素イオンは、高分子膜１１２、例えば、水素イオン交換膜を経てカソード電極１１６に伝達され、電子は、電気集電体１４ｂの突起部２を介してカソード電極１１６に伝達される。カソード電極１１６では、水素イオンと電子、そして酸素が反応して水を生成する（還元反応）。全体としては、メタノールと酸素が反応して水と二酸化炭素を生成する。   Therefore, in the electricity generation unit 100, the anode electrode 114 generates carbon dioxide, six hydrogen ions, and electrons by the reaction between methanol and water (oxidation reaction). The hydrogen ions are transferred to the cathode electrode 116 through the polymer membrane 112, for example, a hydrogen ion exchange membrane, and the electrons are transferred to the cathode electrode 116 through the protrusions 2 of the current collector 14b. At the cathode electrode 116, hydrogen ions, electrons, and oxygen react to generate water (reduction reaction). Overall, methanol and oxygen react to produce water and carbon dioxide.

一方、電気発生部１００の単位電池において、電極膜組立体１００と分離板１３０との間には、流体流出を防止するためのガスケット１２０Ａ、１２０Ｂが提供される。本発明によると、少なくとも１つのガスケット、流体流出を防止しつつ単位電池で生成される電圧を検出することができる電圧検出ガスケット１２０Ｂに作用する。図において、電圧検出ガスケット１２０Ｂは、電極膜組立体１００のアノード電極側に提供されているが、これに限らず、カソード電極側または両側に提供されることができる。   On the other hand, in the unit cell of the electricity generating unit 100, gaskets 120A and 120B are provided between the electrode membrane assembly 100 and the separation plate 130 for preventing fluid outflow. According to the present invention, at least one gasket acts on the voltage detection gasket 120B that can detect the voltage generated in the unit cell while preventing fluid outflow. In the figure, the voltage detection gasket 120B is provided on the anode electrode side of the electrode membrane assembly 100, but is not limited thereto, and can be provided on the cathode electrode side or both sides.

図３を参照すると、電圧検出ガスケット１２０Ｂは、弾性材質の第１フレーム１２２と、導電性材質の第２フレーム１２４とからなる。第１フレームと第２フレーム１２２、１２４は、アノード電極と分離板１３０の燃料供給流路１３２とが面接触できるように貫通している貫通窓１２２ａ、１２４ａと、貫通窓１２２ａ、１２４ａを取り囲む縁部１２２ｂ、１２４ｂとからなる。このとき、第２フレーム１２４には、縁部１２４ｂから外部に延長する電圧検出端子１２４ｃが提供される。第１フレーム１２２は、分離板１３０に接するように位置し、第２フレーム１２４は、導電性高分子膜１１２に接するように位置する。これは、電極膜組立体１１０で行われる電気化学反応の結果、生成される電流が第２フレーム１２４に流れるようにするためである。   Referring to FIG. 3, the voltage detection gasket 120B includes a first frame 122 made of an elastic material and a second frame 124 made of a conductive material. The first frame and the second frames 122 and 124 include through windows 122a and 124a penetrating so that the anode electrode and the fuel supply flow path 132 of the separation plate 130 can come into surface contact, and edges that surround the through windows 122a and 124a. Part 122b, 124b. At this time, the second frame 124 is provided with a voltage detection terminal 124c extending from the edge 124b to the outside. The first frame 122 is located in contact with the separation plate 130, and the second frame 124 is located in contact with the conductive polymer film 112. This is to allow a current generated as a result of the electrochemical reaction performed in the electrode film assembly 110 to flow through the second frame 124.

上述したように、電圧検出ガスケット１２０Ｂが導電性高分子膜１１２の一側面に提供された状態で、一般的な弾性材質のガスケット１２０Ａは、導電性高分子膜１１２の他側面と他の分離板との間に提供される。しかし、導電性高分子膜１１２の両側面に本発明による電圧検出ガスケット１２０Ｂが提供されることもできる。   As described above, in a state where the voltage detection gasket 120B is provided on one side of the conductive polymer film 112, the general gasket 120A made of an elastic material can be used for the other side of the conductive polymer film 112 and another separator. Provided between. However, the voltage detection gasket 120B according to the present invention may be provided on both side surfaces of the conductive polymer film 112.

分離板１３０において、電極膜組立体１００のアノード電極１１４に対面している一側面には、水素含有燃料が流動することができる燃料供給流路１３２が提供され、カソード電極１１６に対面している他側面には、酸素含有気体が流動することができる酸素供給流路１３４が提供される。前記分離板１３０には、上述した電気化学反応の過程で発生する熱を除去するために冷媒が流動することができる冷媒流動チャネル１３６が提供される。   In the separation plate 130, a fuel supply flow path 132 through which hydrogen-containing fuel can flow is provided on one side surface facing the anode electrode 114 of the electrode membrane assembly 100, and faces the cathode electrode 116. On the other side, an oxygen supply channel 134 through which an oxygen-containing gas can flow is provided. The separator 130 is provided with a refrigerant flow channel 136 through which a refrigerant can flow in order to remove heat generated during the above-described electrochemical reaction.

上述したように、電圧検出ガスケット１２０Ｂが分離板１３０と導電性高分子膜１１２との間に提供された状態で、分離板１３０は、非導電性物質で製作されることができる。これは、電極膜組立体１１０で生成される電流が電圧検出ガスケット１２０Ｂの第２フレーム１２４に流れることができるからである。すなわち、電圧検出ガスケット１２０Ｂが電極膜組立体１１０のアノード電極１１４側に提供されていれば、アノード電極１１４に接触する分離板１３０は、非導電性物質で製作されることができ、かつ電圧検出ガスケット１２０Ｂが電極膜組立体１１０のカソード電極１１６側に提供されていれば、カソード電極１１６に接触する分離板１３０は、非導電性物質で製作されることができる。   As described above, the separation plate 130 may be made of a non-conductive material with the voltage detection gasket 120B provided between the separation plate 130 and the conductive polymer membrane 112. This is because the current generated in the electrode film assembly 110 can flow to the second frame 124 of the voltage detection gasket 120B. That is, if the voltage detection gasket 120B is provided on the anode electrode 114 side of the electrode membrane assembly 110, the separation plate 130 in contact with the anode electrode 114 can be made of a non-conductive material, and the voltage detection If the gasket 120B is provided on the cathode electrode 116 side of the electrode membrane assembly 110, the separation plate 130 contacting the cathode electrode 116 can be made of a non-conductive material.

例えば、電圧検出ガスケット１２０Ｂが電極膜組立体１１０の両側面に提供されていれば、非導電性物質の分離板１３０に形成されている燃料供給流路１３２及び酸素供給流路１３４を介して水素含有燃料と酸素含有気体がアノード電極１１４とカソード電極１１６にそれぞれ供給される。そして、アノード電極１１４とカソード電極１１６からそれぞれなる電気化学反応の結果、アノード電極１１４とカソード電極１１６でそれぞれ生成される二酸化炭素と水は、非導電性物質の分離板１３０を介して外部に排出される。このように分離板１３０が非導電性物質で製作される場合に、その製作費用を節減することができる。   For example, if the voltage detection gasket 120B is provided on both sides of the electrode membrane assembly 110, the hydrogen is supplied through the fuel supply channel 132 and the oxygen supply channel 134 formed in the non-conductive substance separation plate 130. The contained fuel and the oxygen-containing gas are supplied to the anode electrode 114 and the cathode electrode 116, respectively. Then, as a result of the electrochemical reaction composed of the anode electrode 114 and the cathode electrode 116, carbon dioxide and water generated respectively at the anode electrode 114 and the cathode electrode 116 are discharged to the outside through the non-conductive substance separation plate 130. Is done. In this way, when the separator 130 is made of a non-conductive material, the manufacturing cost can be reduced.

上述した構造の電気発生部を有する燃料電池システムにおいて、その開発過程、最適化チューニング過程または実際の動作中に各単位電池の電圧を測定して正常稼働の有無を判断するようになる。すなわち、電圧検出器（図示せず）を電圧検出ガスケット１２０Ｂの第２フレームに提供された電圧検出端子１２４ｃに接触させて単位電池別電圧を測定するようになる。前記電圧検出器は、一般的に、電圧検出端子１２４ｃに通電可能に接続される電圧検出部と、前記電圧検出部で検出される単位電池の電圧を測定する電圧表示部とを有する。   In the fuel cell system having the electricity generation unit having the above-described structure, the voltage of each unit cell is measured during the development process, the optimization tuning process, or the actual operation to determine whether the unit is operating normally. That is, a voltage detector (not shown) is brought into contact with the voltage detection terminal 124c provided on the second frame of the voltage detection gasket 120B to measure the voltage per unit cell. The voltage detector generally includes a voltage detection unit that is connected to the voltage detection terminal 124c so as to be energized, and a voltage display unit that measures the voltage of the unit battery detected by the voltage detection unit.

以下、本発明による燃料電池システムの動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the fuel cell system according to the present invention will be described.

燃料供給部２００から低濃度の水素含有燃料、例えば、水と混合して希釈されている所定濃度のメタノールが電気発生部１００に供給される。電気発生部１００において、分離板１３０の燃料供給流路１３２を介して単位電池、特に電極膜組立体１１０のアノード電極１１４に容易に供給される。酸素供給部３００から供給される酸素は、電気発生部１００から分離板１３０の酸素供給流路１３４を介して単位電池、特に電極膜組立体１１０のカソード電極１１６に供給される。   A low concentration hydrogen-containing fuel, for example, methanol having a predetermined concentration diluted with water is supplied to the electricity generation unit 100 from the fuel supply unit 200. In the electricity generating unit 100, it is easily supplied to the unit cell, particularly the anode electrode 114 of the electrode membrane assembly 110, via the fuel supply channel 132 of the separation plate 130. Oxygen supplied from the oxygen supply unit 300 is supplied from the electricity generation unit 100 to the unit cell, in particular, the cathode electrode 116 of the electrode membrane assembly 110 via the oxygen supply channel 134 of the separation plate 130.

アノード電極１１４において、第２多孔性支持層と第２拡散層とを経由して提供された水素含有燃料は、第２触媒層で酸化され、その結果、水素イオンと電子及び二酸化炭素が生成される。このとき、水素イオンは、導電性高分子膜１１２を介してカソード電極１１６の第１触媒層に移動し、二酸化炭素は、第２多孔性支持層を経由して分離板１３０の燃料供給流路１３２を介して外部に排出される。   In the anode electrode 114, the hydrogen-containing fuel provided via the second porous support layer and the second diffusion layer is oxidized in the second catalyst layer, and as a result, hydrogen ions, electrons, and carbon dioxide are generated. The At this time, hydrogen ions move to the first catalyst layer of the cathode electrode 116 via the conductive polymer membrane 112, and carbon dioxide passes through the second porous support layer to the fuel supply channel of the separation plate 130. It is discharged to the outside through 132.

カソード電極１１６において、第１多孔性支持層と第１拡散層とを経由して提供された酸素は、第１触媒層で水素イオンと反応し、その結果、水が生成される。前記水は、第１多孔性支持層を経由して分離板１３０の酸素供給流路１３４を介して外部に排出される。   In the cathode electrode 116, oxygen provided through the first porous support layer and the first diffusion layer reacts with hydrogen ions in the first catalyst layer, and as a result, water is generated. The water is discharged to the outside through the oxygen supply channel 134 of the separation plate 130 via the first porous support layer.

このとき、前記電圧測定器の電圧検出部を電圧検出端子１２４ｃに接触させて上述した電気化学反応の過程で単位電池で生成される電圧を測定する。前記電圧測定器によって測定される電圧の大きさによって各単位電池の正常稼働の有無を判断する。   At this time, the voltage detection unit of the voltage measuring device is brought into contact with the voltage detection terminal 124c to measure the voltage generated in the unit cell during the above-described electrochemical reaction. Whether each unit battery is operating normally is determined according to the magnitude of the voltage measured by the voltage measuring device.

このような内容は、単に本発明の好ましい実施例を例示したもので、本発明の属する技術分野における当業者は、添付された請求範囲に記載された本発明の思想及び要旨から逸脱しない範囲で本発明に対する修正及び変更を加えることができることを認識することができる。   The above description merely exemplifies a preferred embodiment of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not depart from the spirit and scope of the present invention described in the appended claims. It can be appreciated that modifications and changes can be made to the present invention.

本発明による燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system according to the present invention. 本発明による電圧検出ガスケットを有する電気発生部の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of electricity generation part which has the voltage detection gasket by this invention. 本発明による電圧検出ガスケットの斜視図である。It is a perspective view of the voltage detection gasket by this invention. 従来技術による、セパレータに電圧検出端子が提供された状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the voltage detection terminal was provided to the separator by a prior art. 従来技術による燃料電池スタックの断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional fuel cell stack. 従来技術による燃料電池スタックの断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional fuel cell stack. 従来技術による燃料電池スタックの断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 電気発生部
２００ 燃料供給部
３００ 酸素供給部
１１２ 導電性高分子膜
１１４ アノード電極
１１６ カソード電極
１２０Ａ、１２０Ｂ ガスケット
１２２ 第１フレーム
１２４ 第２フレーム
１２２ａ、１２４ａ 貫通窓
１２２ｂ、１２４ｂ 縁部
１２４ｃ 電圧検出端子
１３０ 分離板
１３４ 酸素供給流路
１３６ 冷媒流動チャネル DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electricity generation part 200 Fuel supply part 300 Oxygen supply part 112 Conductive polymer film 114 Anode electrode 116 Cathode electrode 120A, 120B Gasket 122 1st frame 124 2nd frame 122a, 124a Through window 122b, 124b Edge part 124c Voltage detection terminal 130 Separator plate 134 Oxygen supply channel 136 Refrigerant flow channel

Claims (6)

水素と酸素の電気化学反応によって電気を生成する電気発生部を有する燃料電池システムにおいて、
前記電気発生部は、
両面にそれぞれ提供されているアノード電極層とカソード電極層とを有する水素イオン導電性高分子膜を有する電極膜組立体と、
前記電極膜組立体のアノード電極層とカソード電極層にそれぞれ対面して前記電極層に提供する水素含有燃料または酸素含有気体が流動する流動チャネルを有する一対の分離板と、
前記水素イオン導電性高分子膜と分離板との間に介在されて流体漏れを防止する一対のガスケットと、を含み、
前記ガスケットのうち少なくとも１つは、弾性材質の第１フレームと導電性材質の第２フレームとからなる電圧検出ガスケットであり、前記第２フレームに電圧検出端子が提供されており、
前記第１フレーム及び前記第２フレームが、前記アノード電極層または前記カソード電極層を囲んで前記水素イオン導電性高分子膜と前記分離板との間に配置されることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system having an electricity generator that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen,
The electricity generator is
An electrode membrane assembly having a hydrogen ion conductive polymer membrane having an anode electrode layer and a cathode electrode layer respectively provided on both sides;
A pair of separator plates each having a flow channel through which a hydrogen-containing fuel or an oxygen-containing gas flows to face the anode electrode layer and the cathode electrode layer of the electrode membrane assembly and to provide the electrode layer;
A pair of gaskets interposed between the hydrogen ion conductive polymer membrane and the separation plate to prevent fluid leakage,
At least one of the gaskets is a voltage detection gasket including a first frame made of an elastic material and a second frame made of a conductive material, and a voltage detection terminal is provided on the second frame.
The fuel cell system, wherein the first frame and the second frame surround the anode electrode layer or the cathode electrode layer and are disposed between the hydrogen ion conductive polymer membrane and the separation plate. . 前記第２フレームは、前記水素イオン導電性高分子膜に接触し、前記第１フレームは、前記分離板に接触することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second frame is in contact with the hydrogen ion conductive polymer membrane, and the first frame is in contact with the separation plate. 前記電圧検出ガスケットは、前記アノード電極層に隣接して提供されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the voltage detection gasket is provided adjacent to the anode electrode layer. 前記電圧検出ガスケットは、前記カソード電極層に隣接して提供されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the voltage detection gasket is provided adjacent to the cathode electrode layer. 前記分離板には、冷媒が流動することができる冷媒流動チャネルが提供されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the separation plate is provided with a refrigerant flow channel through which a refrigerant can flow. 前記電圧検出ガスケットに接触する分離板は、非導電性物質で製作されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the separation plate in contact with the voltage detection gasket is made of a non-conductive material.
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