JP5464516B2 - Detection device and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は検出装置および燃料電池システムに関し、特に、燃料電池内の磁界分布を検知する検出装置および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a detection device and a fuel cell system, and more particularly to a detection device and a fuel cell system for detecting a magnetic field distribution in a fuel cell.

燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜を挟むアノード電極およびカソード電極とを有する複数のセルが積層された構造を有している。燃料電地の検査または診断方法として様々な方法が知られている。例えば、燃料電池の陰極と陽極間に交流電流を印加した状態で負荷インピーダンスを測定し、負荷インピーダンスから燃料電池システムを検査する装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、等価回路モデルから燃料電池の定電流印加時の出力電圧式を模擬して行う燃料電池診断方法が知られている（例えば、特許文献２）。   The fuel cell has a structure in which a plurality of cells each having an electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte membrane are stacked. Various methods are known as a method for inspecting or diagnosing a fuel electric field. For example, an apparatus for measuring a load impedance in a state where an alternating current is applied between a cathode and an anode of a fuel cell and inspecting a fuel cell system from the load impedance is known (for example, Patent Document 1). Further, a fuel cell diagnostic method is known that performs an output voltage equation when a constant current is applied to a fuel cell from an equivalent circuit model (for example, Patent Document 2).

さらに、外部から電圧を印加した状態で燃料電池周辺部分の磁界を測定する方法が知られている（例えば、特許文献３）。また、センサユニットのセンサ面に燃料電池の陰極を平行に設置することが知られている。これにより、燃料電池に電流が流れている状態でセルに欠陥があるか否かを判定する（例えば、特許文献４）。   Furthermore, a method of measuring the magnetic field around the fuel cell with a voltage applied from the outside is known (for example, Patent Document 3). It is also known to install a fuel cell cathode in parallel on the sensor surface of the sensor unit. Thereby, it is determined whether or not the cell has a defect in a state where a current is flowing through the fuel cell (for example, Patent Document 4).

特開２００５−４４７１５号公報JP 2005-44715 A 特開２００９−１１７１１０号公報JP 2009-117110 A 特開２００８−１０３６７号公報JP 2008-10367 A 特開２００６−３２９６４２号公報JP 2006-329642 A

このように、特許文献３および４においては、例えば燃料電池の検査または診断のため、磁界を検出することが知られている。特許文献３の方法では、外部から電圧を印加した状態で磁界を測定しており、燃料電池の運転状態での燃料電池の検査または診断ができない。また、磁力線センサがセルの一端にのみ設けられている。特許文献４の方法では、１つのセルの欠陥を診断できるが、積層された複数のセルの診断はできない。このように、特許文献３および４の技術においては、積層された複数のセルの磁界分布をより詳細に検出することはできない。   As described above, in Patent Documents 3 and 4, it is known to detect a magnetic field, for example, for inspection or diagnosis of a fuel cell. In the method of Patent Document 3, the magnetic field is measured with a voltage applied from the outside, and the fuel cell cannot be inspected or diagnosed in the operating state of the fuel cell. A magnetic field sensor is provided only at one end of the cell. The method of Patent Document 4 can diagnose a single cell defect, but cannot diagnose a plurality of stacked cells. As described above, the techniques of Patent Documents 3 and 4 cannot detect the magnetic field distribution of a plurality of stacked cells in more detail.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、積層された複数のセルの磁界分布をより詳細に検出することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to detect the magnetic field distribution of a plurality of stacked cells in more detail.

本発明は、電解質膜と前記電解質膜を挟むアノード電極およびカソード電極と、前記アノード電極に燃料ガスを供給する燃料孔と、前記カソード電極に酸素を供給する空気孔とを有する複数のセルが積層された燃料電池に起因した磁界分布を検出する検出装置であって、前記複数のセルに平行な方向の磁界分布を検出する磁界検出部を具備し、前記燃料電池は、前記複数のセル間のうち隣接するセルの前記アノード電極と前記カソード電極とを電気的に接続する接続部を備え、前記接続部の間に前記平行な方向に延伸する前記空気孔および前記燃料孔以外の孔が設けられ、磁界検出部は、前記孔内に設けられ前記孔内の磁界を検出する磁気センサを有し、前記磁気センサを用い、前記磁界分布を検出することを特徴とする検出装置である。本発明によれば、積層された複数のセルに平行な方向の磁界分布を検出することができる。よって、積層された複数のセルの磁界分布をより詳細に検出することができる。 The present invention comprises a plurality of cells having an electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte membrane , a fuel hole for supplying fuel gas to the anode electrode, and an air hole for supplying oxygen to the cathode electrode. And a magnetic field detector for detecting a magnetic field distribution in a direction parallel to the plurality of cells , wherein the fuel cell includes a plurality of cells. Among them, a connecting portion that electrically connects the anode electrode and the cathode electrode of an adjacent cell is provided, and holes other than the air hole and the fuel hole extending in the parallel direction are provided between the connecting portions. The magnetic field detection unit includes a magnetic sensor that is provided in the hole and detects a magnetic field in the hole, and detects the magnetic field distribution using the magnetic sensor . According to the present invention, a magnetic field distribution in a direction parallel to a plurality of stacked cells can be detected. Therefore, the magnetic field distribution of the plurality of stacked cells can be detected in more detail.

また、積層された複数のセル間のセルに平行な方向の磁界分布を簡単に検出することができる。 Further , the magnetic field distribution in the direction parallel to the cells between the plurality of stacked cells can be easily detected.

上記構成において、前記磁界検出部は、前記磁気センサを、前記孔内を移動させることにより、前記孔の延伸方向の磁界分布を検出する構成とすることができる。この構成によれば、簡単にセルに平行な方向の磁界分布を検出することができる。   The said structure WHEREIN: The said magnetic field detection part can be set as the structure which detects the magnetic field distribution of the extending | stretching direction of the said hole by moving the said magnetic sensor in the said hole. According to this configuration, the magnetic field distribution in the direction parallel to the cell can be easily detected.

上記構成において、前記磁気センサが前記平行な方向であって前記孔の前記延伸方向に交差する方向に配列された複数の前記孔内の磁界を検出することにより、前記磁界検出部は前記平行な方向の磁界分布を検出する構成とすることができる。この構成によれば、セルに平行な平面の磁界分布を検出することができる。   In the above-described configuration, the magnetic sensor detects the magnetic fields in the plurality of holes arranged in the parallel direction and intersecting the extending direction of the holes, so that the magnetic field detectors are parallel to each other. It can be set as the structure which detects the magnetic field distribution of a direction. According to this configuration, it is possible to detect a magnetic field distribution on a plane parallel to the cell.

上記構成において、前記磁気センサが前記複数のセルの積層方向に配列された複数の前記孔内の磁気を検出することにより、前記磁界検出部は前記積層方向の磁界分布を検出する構成とすることができる。   In the above configuration, the magnetic sensor detects the magnetic field in the plurality of holes arranged in the stacking direction of the plurality of cells, so that the magnetic field detection unit detects the magnetic field distribution in the stacking direction. Can do.

上記構成において、前記孔は前記複数のセルを冷却する空冷用孔である構成とすることができる。この構成によれば、燃料電池の小型化が可能となる。   In the above configuration, the holes may be air cooling holes for cooling the plurality of cells. According to this configuration, the fuel cell can be reduced in size.

上記構成において、前記磁気センサは、前記平行な方向であって互いに交差する２つの方向の磁界を検出する構成とすることができる。この構成によれば、接続部を流れる電流の分布を検出することができる。   The said structure WHEREIN: The said magnetic sensor can be set as the structure which detects the magnetic field of two directions which are the said parallel directions and mutually cross | intersect. According to this configuration, it is possible to detect the distribution of current flowing through the connection portion.

上記構成において、前記磁気センサは、前記複数のセルの前記積層方向と、前記２つの方向と、の３つの方向の磁界を検出することができる。この構成によれば、セルに平行な方向に流れる電流の影響も検出することができる。   The said structure WHEREIN: The said magnetic sensor can detect the magnetic field of three directions, the said lamination direction of the said several cell, and the said two directions. According to this configuration, the influence of a current flowing in a direction parallel to the cell can also be detected.

上記構成において、前記複数のセルの前記磁界分布に基づき、前記燃料電池のセルの異常を検出する異常検出部を具備する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: Based on the said magnetic field distribution of these cells, it can be set as the structure which comprises the abnormality detection part which detects abnormality of the cell of the said fuel cell.

本発明は、電解質膜と前記電解質膜を挟むアノード電極およびカソード電極とを有する複数のセルが積層された燃料電池と、上記検出装置と、を具備することを特徴とする燃料電池システムである。   The present invention is a fuel cell system comprising: a fuel cell in which a plurality of cells having an electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte membrane are stacked; and the detection device.

本発明によれば、積層された複数のセルの磁界分布を検出することができる。   According to the present invention, the magnetic field distribution of a plurality of stacked cells can be detected.

図１は、実施例１に係る燃料電池システムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. 図２（ａ）および図２（ｂ）は、積層されたセルを示す図である。FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams showing stacked cells. 図３は、セルの断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the cell. 図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１の検出装置で検出された磁束密度分布を示す図である。FIG. 4A to FIG. 4D are diagrams illustrating magnetic flux density distributions detected by the detection device of the first embodiment. 図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例２に係る燃料電池システムの図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams of a fuel cell system according to the second embodiment.

以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、実施例１に係る燃料電池システムのブロック図である。図１を参照し、燃料電池システムは、燃料電池２０と検出装置５０を備えている。燃料電池２０においては複数の発電セル１０がＺ方向（積層方向）に積層されている。Ｘ方向およびＹ方向は複数のセル１０に平行な方向となる。複数のセル１０のうち左端（Ｚの正方向）のセル１０ａの外側の電極が正極端子２２に接続されている。複数のセル１０のうち右端（Ｚの負方向）のセル１０ｂの外側の電極が負極端子２４に接続されている。正極端子２２と負極端子２４との間に負荷４８が接続されている。燃料電池２０の発電時には、正極端子２２から負荷を介し負極端子２４に電流が流れる。   FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 20 and a detection device 50. In the fuel cell 20, a plurality of power generation cells 10 are stacked in the Z direction (stacking direction). The X direction and the Y direction are parallel to the plurality of cells 10. An electrode outside the cell 10 a at the left end (Z positive direction) of the plurality of cells 10 is connected to the positive electrode terminal 22. The electrode outside the cell 10 b at the right end (Z negative direction) of the plurality of cells 10 is connected to the negative electrode terminal 24. A load 48 is connected between the positive terminal 22 and the negative terminal 24. When the fuel cell 20 generates power, a current flows from the positive terminal 22 to the negative terminal 24 via a load.

検出装置５０は、燃料電池２０に起因した磁界分布を検出する。検出装置５０は、磁界検出部３０、インターフェース４２、コンピュータ４４および表示部４６を有している。磁界検出部３０は、磁気センサ３２および移動部３４を有している。磁気センサ３２は、磁界の強さをアナログの電気信号に変化するセンサである。磁気センサ３２は、例えば、３軸電子コンパス素子であり、３軸方向（例えばＸ、ＹおよびＺ方向）の磁界を検出することができる。移動部３４は磁気センサ３２を移動させる。例えば、移動部３４は磁気センサ３２をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に自在に移動させることができる。また、移動部３４は、磁気センサ３２の位置を電気信号としてインターフェース４２に出力する。以上により、磁界検出部３０は、複数のセル１０の積層方向（Ｚ方向）および水平方向（Ｘ、Ｙ方向）の磁界分布を検出することができる。   The detection device 50 detects a magnetic field distribution caused by the fuel cell 20. The detection device 50 includes a magnetic field detection unit 30, an interface 42, a computer 44, and a display unit 46. The magnetic field detection unit 30 includes a magnetic sensor 32 and a moving unit 34. The magnetic sensor 32 is a sensor that changes the strength of the magnetic field into an analog electric signal. The magnetic sensor 32 is, for example, a three-axis electronic compass element, and can detect a magnetic field in three-axis directions (for example, X, Y, and Z directions). The moving unit 34 moves the magnetic sensor 32. For example, the moving unit 34 can move the magnetic sensor 32 freely in the X direction, the Y direction, and the Z direction. The moving unit 34 outputs the position of the magnetic sensor 32 to the interface 42 as an electrical signal. As described above, the magnetic field detection unit 30 can detect the magnetic field distribution of the plurality of cells 10 in the stacking direction (Z direction) and the horizontal direction (X, Y direction).

インターフェース４２は、磁気センサ３２からの信号を増幅し、デジタル信号に変換しコンピュータ４４に出力する。また、インターフェース４２は、移動部３４が出力した磁気センサ３２の位置情報をデジタル信号に変換し、コンピュータ４４に出力する。コンピュータ４４は、磁気センサ３２が検出した磁界の強さを示す磁界情報と、移動部３４が出力した磁気センサ３２の位置を示す位置情報と、から、積層されたセル１０内の磁界の積層方向（Ｚ方向）およびセル１０に平行な方向（Ｘ、Ｙ方向）の分布を可視化するための画像を生成する。例えば、任意のＸＹ平面の磁界の強さを示す画像を生成する。また、表示部３６は、例えば液晶画面であり、コンピュータ４４が生成した画像を表示する。   The interface 42 amplifies the signal from the magnetic sensor 32, converts it into a digital signal, and outputs it to the computer 44. The interface 42 converts the position information of the magnetic sensor 32 output from the moving unit 34 into a digital signal and outputs the digital signal to the computer 44. The computer 44 uses the magnetic field information indicating the strength of the magnetic field detected by the magnetic sensor 32 and the positional information indicating the position of the magnetic sensor 32 output by the moving unit 34, in the stacking direction of the magnetic fields in the stacked cells 10. An image for visualizing the distribution in the (Z direction) and the direction parallel to the cell 10 (X, Y direction) is generated. For example, an image indicating the strength of the magnetic field in an arbitrary XY plane is generated. The display unit 36 is a liquid crystal screen, for example, and displays an image generated by the computer 44.

図２（ａ）および図２（ｂ）は、積層されたセル１０を示す図である。図２（ａ）は、Ｙ方向から見た上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照し、隣接するセル１０の間には空冷用孔２８が設けられている。図２（ｂ）のように、空冷用孔２８には空気が送り込まれる。これにより、セル１０を冷却することができる。また、隣接するセル１０のアノード電極とカソード電極とは接続部２６を用い電気的に接続されている。これにより、複数のセル１０は直列に接続される。接続部２６は、Ｙ方向に連続的に形成されていてもよいし、Ｙ方向に断片的に形成されていてもよい。空冷用孔２８には、磁気センサ３２が挿入される。磁気センサ３２は移動部３４により移動可能である。   FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams showing the stacked cells 10. 2A is a top view seen from the Y direction, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A. 2A and 2B, an air cooling hole 28 is provided between adjacent cells 10. As shown in FIG. 2B, air is fed into the air cooling hole 28. Thereby, the cell 10 can be cooled. Further, the anode electrode and the cathode electrode of the adjacent cell 10 are electrically connected using the connection portion 26. Thereby, the plurality of cells 10 are connected in series. The connection part 26 may be formed continuously in the Y direction or may be formed in pieces in the Y direction. A magnetic sensor 32 is inserted into the air cooling hole 28. The magnetic sensor 32 can be moved by a moving unit 34.

図３は、セル１０の断面模式図である。図３を参照し、セル１０は、電解質膜１１、カソード電極１２、アノード電極１３およびセパレータ１５を備えている。電解質膜１１は、固体高分子膜である。カソード電極１２には、空気孔１６より空気（例えば酸素）が供給される。アノード電極１３には燃料孔１７より燃料ガス（例えば水素）が供給される。これにより、アノード電極１３において、水素ガスが電子と水素イオンに分離する。分離した水素イオンが電解質膜１１内をカソード電極１２に移動する。カソード電極１２において、水素イオンと酸素と電子により水が生成される。このようにして、アノード電極１３とカソード電極１２との間に電流が流れる。実施例１では、図２（ａ）に示された接続部２６を介し、積層されたセル１０を電流が流れる。複数のセル１０が接続部２６を介し直列に接続されているため、図１の正極端子２２と負極端子２４との間には大きな電圧が供給できる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the cell 10. With reference to FIG. 3, the cell 10 includes an electrolyte membrane 11, a cathode electrode 12, an anode electrode 13, and a separator 15. The electrolyte membrane 11 is a solid polymer membrane. Air (for example, oxygen) is supplied to the cathode electrode 12 from the air hole 16. Fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the anode electrode 13 from the fuel hole 17. Thereby, the hydrogen gas is separated into electrons and hydrogen ions at the anode electrode 13. The separated hydrogen ions move to the cathode electrode 12 in the electrolyte membrane 11. In the cathode electrode 12, water is generated by hydrogen ions, oxygen and electrons. In this way, a current flows between the anode electrode 13 and the cathode electrode 12. In Example 1, a current flows through the stacked cells 10 through the connection portion 26 shown in FIG. Since the plurality of cells 10 are connected in series via the connection portion 26, a large voltage can be supplied between the positive terminal 22 and the negative terminal 24 in FIG. 1.

図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１の検出装置で検出された磁束密度分布を示す図である。磁束密度の検出には、磁気センサ３２として、アイチマイクロインテリジェント社製の３軸電子コンパスＡＭＩ３０２をフレキシブル基板上に実装したものを用いた。燃料電池２０としては、Ballard Power Systems社製の空冷式１．２ｋＷ固体高分子型燃料電池を用いた。この燃料電池は、４７個のセルで構成されている。また、Ｙ方向に１４個の空冷用孔２８が配列されている。図４（ａ）から図４（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）のＮｏ．３３〜３６に対応するＸＹ平面の磁束密度を示している。ここで、Ｎｏ．３３〜３６は、図１の正極端子２２側から、それぞれ３３〜３６番目の空冷用孔２８であることを示している。図４（ａ）から図４（ｄ）において、濃淡の変化は磁束密度の変化を示している。外側の磁束密度が最も小さく、濃淡が変化するにつれ磁束密度が高くなっていることを示している。矢印は磁界密度の向きを示している。このように、コンピュータ４４は、磁界検出部３０が検出した磁界分布を可視化した画像を生成し、表示部３６に磁界分布の画像を表示することができる。   FIG. 4A to FIG. 4D are diagrams illustrating magnetic flux density distributions detected by the detection device of the first embodiment. For detecting the magnetic flux density, a magnetic sensor 32 in which a 3-axis electronic compass AMI302 manufactured by Aichi Micro Intelligent Co., Ltd. was mounted on a flexible substrate was used. As the fuel cell 20, an air-cooled 1.2 kW solid polymer fuel cell manufactured by Ballard Power Systems was used. This fuel cell is composed of 47 cells. In addition, 14 air cooling holes 28 are arranged in the Y direction. 4 (a) to 4 (d) are respectively No. 2 in FIG. The magnetic flux density of the XY plane corresponding to 33-36 is shown. Here, no. Reference numerals 33 to 36 denote the 33 to 36 th air cooling holes 28 from the positive electrode terminal 22 side in FIG. In FIG. 4A to FIG. 4D, a change in shading indicates a change in magnetic flux density. The outer magnetic flux density is the smallest, indicating that the magnetic flux density increases as the density changes. Arrows indicate the direction of magnetic field density. As described above, the computer 44 can generate an image in which the magnetic field distribution detected by the magnetic field detection unit 30 is visualized, and display the magnetic field distribution image on the display unit 36.

図４（ａ）および図４（ｂ）のように、表示部４６が各セル１０間の磁束密度分布を表示することにより、セル１０間を流れる電流の分布を視覚的に認識することができる。例えば、磁束密度の大きい箇所は電流が多く流れている箇所である。   As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the display unit 46 displays the magnetic flux density distribution between the cells 10 so that the distribution of the current flowing between the cells 10 can be visually recognized. . For example, a location where the magnetic flux density is large is a location where a large amount of current flows.

実施例１によれば、磁束密度分布から燃料電池２０の異常を判定することができる。例えば、セル１０間の接触不良、セル１０自体の不良が生じると、磁界分布に不均一が生じる。そこで、例えば、コンピュータ４４は、磁界（または磁束密度分布）がある範囲外となった場合（例えばある値より大きくなった場合または小さくなった場合）、燃料電池２０内（例えばある接続部２６）に異常な電流が流れているとして、燃料電池２０の異常を検出してもよい。また、正常な磁界分布のパターンを記憶しており、磁界検出部３０が検出した磁界分布が、正常な磁界分布のパターンでない場合、コンピュータ４４は、燃料電池２０の異常を検出してもよい。このように、コンピュータ４４は、複数のセル１０内の磁界分布に基づき、燃料電池２０の異常を検出する異常検出部として機能することもできる。   According to the first embodiment, the abnormality of the fuel cell 20 can be determined from the magnetic flux density distribution. For example, when a contact failure between the cells 10 or a failure of the cell 10 itself occurs, the magnetic field distribution becomes non-uniform. Therefore, for example, when the magnetic field (or magnetic flux density distribution) falls outside a certain range (for example, when it becomes larger than a certain value or when it becomes smaller), the computer 44 is inside the fuel cell 20 (for example, a certain connection portion 26). An abnormality of the fuel cell 20 may be detected on the assumption that an abnormal current flows through the fuel cell 20. If the normal magnetic field distribution pattern is stored and the magnetic field distribution detected by the magnetic field detection unit 30 is not a normal magnetic field distribution pattern, the computer 44 may detect an abnormality in the fuel cell 20. As described above, the computer 44 can also function as an abnormality detection unit that detects an abnormality of the fuel cell 20 based on the magnetic field distribution in the plurality of cells 10.

このように、実施例１によれば、磁界検出部３０により、複数のセル１０のセル１０に平行な向の磁界分布を検出することができる。よって、積層された複数のセルの磁界分布をより詳細に検出することができる。   As described above, according to the first embodiment, the magnetic field detection unit 30 can detect the magnetic field distribution in the direction parallel to the cells 10 of the plurality of cells 10. Therefore, the magnetic field distribution of the plurality of stacked cells can be detected in more detail.

図２（ａ）および図２（ｂ）のように、燃料電池２０は、接続部２６の間に複数のセル１０に平行な方向（例えばＹ方向）に延伸する空冷用孔２８が設けられている。磁気センサ３２は、空冷用孔２８内に設けられ、空冷用孔２８内の磁界を検出する。このように、空冷用孔２８を用いることにより、セル１０間の磁界分布を検出することができる。よって、積層された複数のセル１０間のセル１０に平行な方向の磁界分布を簡単に検出することができる。特に、接続部２６にはセル１０間を流れる電流が流れており、接続部２６間の空冷用孔２８に磁気センサ３２を設けることにより、燃料電池２０内の電流の分布をより正確に検出することができる。また、燃料電池２０が運転している状態（電源を供給している状態）における燃料電池２０内の磁界分布（すなわち電流分布）を検出することができる。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the fuel cell 20 is provided with air cooling holes 28 extending in the direction parallel to the plurality of cells 10 (for example, the Y direction) between the connection portions 26. Yes. The magnetic sensor 32 is provided in the air cooling hole 28 and detects a magnetic field in the air cooling hole 28. Thus, the magnetic field distribution between the cells 10 can be detected by using the air cooling holes 28. Therefore, the magnetic field distribution in the direction parallel to the cells 10 between the plurality of stacked cells 10 can be easily detected. In particular, a current flowing between the cells 10 flows through the connection portion 26, and by providing a magnetic sensor 32 in the air cooling hole 28 between the connection portions 26, the current distribution in the fuel cell 20 can be detected more accurately. be able to. Further, it is possible to detect a magnetic field distribution (that is, current distribution) in the fuel cell 20 in a state where the fuel cell 20 is operating (a state where power is supplied).

図２（ｂ）のように、前記磁界検出部３０は、磁気センサ３２を、空冷用孔２８内をＹ方向に移動させることにより、空冷用孔２８の延伸方向（Ｙ方向）の磁界分布を検出することができる。これにより、少ない磁気センサ３２を用い、簡単にセル１０に平行な方向の磁界分布を検出することができる。   As shown in FIG. 2B, the magnetic field detection unit 30 moves the magnetic sensor 32 in the Y direction in the air cooling hole 28 to thereby obtain a magnetic field distribution in the extending direction (Y direction) of the air cooling hole 28. Can be detected. Thereby, the magnetic field distribution in the direction parallel to the cell 10 can be easily detected using a small number of magnetic sensors 32.

例えば、磁気センサ３２はＹ方向に複数設けられていてもよい。これにより、移動部３４は磁気センサ３２をＹ方向に動かす距離を短くできる。よって、磁界検出部３０が磁界分布を検出する時間を短縮することができる。例えば、磁気センサ３２を、空冷用孔２８内のＹ方向のうち磁界を検出する全ての位置に設けてもよい。これにより、移動部３４は、磁気センサ３２をＹ方向に移動しなくてもよくなる。   For example, a plurality of magnetic sensors 32 may be provided in the Y direction. Thereby, the moving part 34 can shorten the distance which moves the magnetic sensor 32 to a Y direction. Therefore, the time for the magnetic field detection unit 30 to detect the magnetic field distribution can be shortened. For example, the magnetic sensors 32 may be provided at all positions where the magnetic field is detected in the Y direction in the air cooling hole 28. Thereby, the moving unit 34 does not have to move the magnetic sensor 32 in the Y direction.

磁界センサ３２が、Ｘ方向（セル１０に平行な方向であって空冷用孔２８の延伸方向に交差する方向：図２（ａ）を参照）に配列された複数の空冷用孔２８内の磁界を検出することにより、磁界検出部３０はセル１０に平行な方向の磁界分布を検出してもよい。これにより、セル１０に平行なＸ−Ｙ平面の磁界分布を検出することができる。例えば、図２（ａ）において、移動部３４は、Ｘ方向配列された空冷用孔２８の任意の空冷用孔２８に磁気センサ３２を移動可能であり、任意の空冷用孔２８に挿入することができる。これにより、磁界検出部３０は、簡単にセル１０に平行な方向の磁界分布を検出することができる。また、磁気センサ３２を、Ｘ方向に複数設けてもよい。例えば、全てのＸ方向の空冷用孔２８に対応し設けてもよい。これにより、移動部３４が磁気センサ３２を移動する時間を短縮させることができる。   Magnetic fields in the plurality of air cooling holes 28 arranged in the X direction (direction parallel to the cell 10 and intersecting the extending direction of the air cooling holes 28: see FIG. 2A). By detecting this, the magnetic field detection unit 30 may detect a magnetic field distribution in a direction parallel to the cell 10. Thereby, the magnetic field distribution in the XY plane parallel to the cell 10 can be detected. For example, in FIG. 2A, the moving unit 34 can move the magnetic sensor 32 to an arbitrary air cooling hole 28 of the air cooling holes 28 arranged in the X direction, and insert the magnetic sensor 32 into the arbitrary air cooling hole 28. Can do. Thereby, the magnetic field detection unit 30 can easily detect the magnetic field distribution in the direction parallel to the cell 10. A plurality of magnetic sensors 32 may be provided in the X direction. For example, the air cooling holes 28 in all the X directions may be provided. Thereby, the time for the moving unit 34 to move the magnetic sensor 32 can be shortened.

磁気センサ３２がＺ方向（複数のセル１０の積層方向：図２（ａ）参照）に配列された複数の空冷用孔２８内の磁界を検出することにより、磁界検出部３０はセル１０の積層方向の磁界分布を検出してもよい。これにより、セル１０の積層方向の磁界分布を検出することができる。例えば、図２（ａ）において、移動部３４は、Ｘ方向に配列された空冷用孔２８の任意の空冷用孔２８に磁気センサ３２を移動可能であり、任意の空冷用孔２８に挿入することができる。これにより、磁界検出部３０は、簡単にセル１０の積層方向の磁界分布を検出することができる。また、磁気センサ３２を、Ｚ方向に複数設けてもよい。例えば、全てのＺ方向の空冷用孔２８に対応し設けてもよい。これにより、移動部３４が磁気センサ３２を移動する時間を短縮させることができる。   The magnetic sensor 32 detects the magnetic field in the plurality of air cooling holes 28 arranged in the Z direction (stacking direction of the plurality of cells 10: see FIG. 2A), whereby the magnetic field detection unit 30 stacks the cells 10. The magnetic field distribution in the direction may be detected. Thereby, the magnetic field distribution in the stacking direction of the cells 10 can be detected. For example, in FIG. 2A, the moving unit 34 can move the magnetic sensor 32 to an arbitrary air cooling hole 28 of the air cooling holes 28 arranged in the X direction, and is inserted into the arbitrary air cooling hole 28. be able to. Thereby, the magnetic field detection unit 30 can easily detect the magnetic field distribution in the stacking direction of the cells 10. A plurality of magnetic sensors 32 may be provided in the Z direction. For example, the air cooling holes 28 in all Z directions may be provided. Thereby, the time for the moving unit 34 to move the magnetic sensor 32 can be shortened.

当然のことながら、磁気センサ３２がＸ方向およびＺ方向に配列された複数の空冷用孔２８内の磁気を検出することにより、磁界検出部３０はセルの積層方向およびセルに平行な方向の磁界分布を検出することもできる。   Naturally, when the magnetic sensor 32 detects the magnetism in the plurality of air cooling holes 28 arranged in the X direction and the Z direction, the magnetic field detection unit 30 can generate a magnetic field in the cell stacking direction and in the direction parallel to the cell. Distributions can also be detected.

実施例１では、接続部２６間に設けられる孔として空冷用孔２８を例に説明したが、磁気センサ３２専用の孔を設けてもよい。また、水冷用孔内に磁気センサ３２を設けてもよい。既存の空冷用孔または水冷用孔内に磁気センサ３２を設けることにより、磁気センサ３２用の孔を別に設けなくてもよく、燃料電池の小型化が可能となる。   In the first embodiment, the air cooling hole 28 is described as an example of the hole provided between the connecting portions 26, but a hole dedicated to the magnetic sensor 32 may be provided. A magnetic sensor 32 may be provided in the water cooling hole. By providing the magnetic sensor 32 in the existing air cooling hole or water cooling hole, it is not necessary to provide a separate hole for the magnetic sensor 32, and the fuel cell can be miniaturized.

磁気センサ３２は、セル１０に平行な方向であって互いに交差する２つの方向（例えばＸ方向およびＹ方向）の磁界を検出することが好ましい。これにより、接続部２６をＺ方向に流れる電流の分布を検出することができる。   The magnetic sensor 32 preferably detects magnetic fields in two directions (for example, the X direction and the Y direction) that are parallel to the cell 10 and intersect each other. Thereby, it is possible to detect the distribution of the current flowing in the Z direction through the connecting portion 26.

さらに、磁気センサ３２は、複数のセル１０の積層方向（例えばＺ方向）と、セル１０に平行な方向であって互いに交差する２つの方向（例えばＸ方向およびＹ方向）と、の３つの磁界を検出することが好ましい。これにより、接続部２６をＺ方向に流れる電流だけでなく、セル１０内のカソード電極１２およびアノード電極１３内をセル１０に平行な方向に流れる電流の影響も検出することができる。   Further, the magnetic sensor 32 includes three magnetic fields of a stacking direction (for example, Z direction) of the plurality of cells 10 and two directions (for example, X direction and Y direction) that are parallel to the cells 10 and intersect each other. Is preferably detected. Thereby, not only the current flowing in the Z direction in the connection portion 26 but also the influence of the current flowing in the direction parallel to the cell 10 in the cathode electrode 12 and the anode electrode 13 in the cell 10 can be detected.

実施例２は、燃料電池の周辺の磁界を検出する例である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例２に係る燃料電池システムの図である。図５（ａ）はセル１０を正面からみた図であり図５（ｂ）はセル１０を側面から見た図である。燃料電池２０のセルの周辺に磁気センサ３２が配置され、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動自在である。磁気センサ３２は、例えば実施例１と同様に３軸電子コンパス素子である。   Example 2 is an example in which a magnetic field around a fuel cell is detected. FIGS. 5A and 5B are diagrams of a fuel cell system according to the second embodiment. FIG. 5A is a view of the cell 10 as viewed from the front, and FIG. 5B is a view of the cell 10 as viewed from the side. A magnetic sensor 32 is disposed around the cell of the fuel cell 20 and is movable in the X, Y, and Z directions. The magnetic sensor 32 is, for example, a three-axis electronic compass element as in the first embodiment.

実施例２のように、例えば、図５（ａ）において、移動部３４が磁気センサ３２をセル１０に沿ってＸ方向およびＹ方向に移動させることにより、磁気検出部３０は、セル１０に平行なＸ−Ｙ平面の磁界分布を検出することができる。実施例２によれば、セル１０間に孔を設けなくとも、燃料電池２０内の磁界分布を検出することができる。図５（ａ）では、４つの磁気センサ３２を用いる例を示したが、移動部３４が１つの磁気センサ３２をセル１０の４辺に沿って移動させてもよい。   As in the second embodiment, for example, in FIG. 5A, the moving unit 34 moves the magnetic sensor 32 in the X direction and the Y direction along the cell 10, so that the magnetic detection unit 30 is parallel to the cell 10. It is possible to detect a magnetic field distribution in the XY plane. According to the second embodiment, the magnetic field distribution in the fuel cell 20 can be detected without providing a hole between the cells 10. Although FIG. 5A shows an example in which four magnetic sensors 32 are used, the moving unit 34 may move one magnetic sensor 32 along the four sides of the cell 10.

また、例えば、図５（ｂ）において、移動部３４が磁気センサ３２をＺ方向に移動させることにより、磁気検出部３０は、セル１０の積層方向（Ｚ方向）の磁界分布を検出することができる。   Further, for example, in FIG. 5B, when the moving unit 34 moves the magnetic sensor 32 in the Z direction, the magnetic detection unit 30 can detect the magnetic field distribution in the stacking direction (Z direction) of the cells 10. it can.

さらに、移動部３４は磁気センサ３２を積層されたセル１０に沿ってＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、磁気検出部３０は、セル１０の積層方向およびセル１０に平行な方向の磁界分布を検出することができる。   Further, the moving unit 34 moves the magnetic sensor 32 in the X, Y, and Z directions along the stacked cells 10, so that the magnetic detection unit 30 can generate a magnetic field in the stacking direction of the cells 10 and in a direction parallel to the cells 10. Distribution can be detected.

実施例１および２においては、燃料電池として、固体高分子膜型燃料電池を例に説明したが、本発明は、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池等のその他の燃料電池に用いることができる。   In Examples 1 and 2, a solid polymer membrane fuel cell has been described as an example of a fuel cell. However, the present invention is not limited to a solid oxide fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, etc. It can be used for other fuel cells.

以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１０ セル
１１ 電解質膜
１２ カソード電極
１３ アノード電極
２０ 燃料電池
２６ 接続部
２８ 空冷用孔
３０ 磁界検出部
３２ 磁気センサ
３４ 移動部
４４ コンピュータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cell 11 Electrolyte membrane 12 Cathode electrode 13 Anode electrode 20 Fuel cell 26 Connection part 28 Air cooling hole 30 Magnetic field detection part 32 Magnetic sensor 34 Moving part 44 Computer

Claims (9)

電解質膜と前記電解質膜を挟むアノード電極およびカソード電極と、前記アノード電極に燃料ガスを供給する燃料孔と、前記カソード電極に酸素を供給する空気孔とを有する複数のセルが積層された燃料電池に起因した磁界分布を検出する検出装置であって、
前記複数のセルに平行な方向の磁界分布を検出する磁界検出部を具備し、
前記燃料電池は、前記複数のセル間のうち隣接するセルの前記アノード電極と前記カソード電極とを電気的に接続する接続部を備え、前記接続部の間に前記平行な方向に延伸する前記空気孔および前記燃料孔以外の孔が設けられ、
磁界検出部は、前記孔内に設けられ前記孔内の磁界を検出する磁気センサを有し、前記磁気センサを用い、前記磁界分布を検出することを特徴とする検出装置。 A fuel cell in which a plurality of cells having an electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte membrane, a fuel hole for supplying fuel gas to the anode electrode, and an air hole for supplying oxygen to the cathode electrode are stacked. A detection device for detecting a magnetic field distribution caused by
Comprising a magnetic field detector for detecting a magnetic field distribution in a direction parallel to the plurality of cells ;
The fuel cell includes a connection portion that electrically connects the anode electrode and the cathode electrode of adjacent cells among the plurality of cells, and the air extending in the parallel direction between the connection portions. Holes and holes other than the fuel holes are provided,
The magnetic field detector includes a magnetic sensor that is provided in the hole and detects a magnetic field in the hole, and detects the magnetic field distribution using the magnetic sensor . 前記磁界検出部は、前記磁気センサを、前記孔内を移動させることにより、前記孔の延伸方向の磁界分布を検出することを特徴とする請求項１記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein the magnetic field detection unit detects a magnetic field distribution in an extending direction of the hole by moving the magnetic sensor in the hole. 前記磁気センサが前記平行な方向であって前記孔の前記延伸方向に交差する方向に配列された複数の前記孔内の磁界を検出することにより、前記磁界検出部は前記平行な方向の磁界分布を検出することを特徴とする請求項２記載の検出装置。 When the magnetic sensor detects magnetic fields in the plurality of holes arranged in the parallel direction and intersecting the extending direction of the holes, the magnetic field detector is configured to distribute the magnetic field in the parallel direction. The detection apparatus according to claim 2, wherein: 前記磁気センサが前記複数のセルの積層方向に配列された複数の前記孔内の磁気を検出することにより、前記磁界検出部は前記積層方向の磁界分布を検出することを特徴とする請求項３記載の検出装置。 Claim 3 wherein the magnetic sensor by detecting the magnetism of a plurality of said holes arranged in the stacking direction of the plurality of cells, wherein the magnetic field detecting portion, characterized in that detecting the magnetic field distribution in the stacking direction The detection device described. 前記孔は前記複数のセルを冷却する空冷用孔であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the hole is an air cooling hole for cooling the plurality of cells. 前記磁気センサは、前記平行な方向であって互いに交差する２つの方向の磁界を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の検出装置。 The detection device according to claim 1 , wherein the magnetic sensor detects a magnetic field in two directions that are parallel to each other and intersect each other. 前記磁気センサは、前記複数のセルの積層方向と、前記２つの方向と、の３つの方向の磁界を検出することを特徴とする請求項６記載の検出装置。 The detection device according to claim 6 , wherein the magnetic sensor detects a magnetic field in three directions of a stacking direction of the plurality of cells and the two directions. 前記複数のセルの前記磁界分布に基づき、前記燃料電池のセルの異常を検出する異常検出部を具備することを特徴とする請求項１から７いずれか一項記載の検出装置。 8. The detection device according to claim 1 , further comprising an abnormality detection unit configured to detect an abnormality of a cell of the fuel cell based on the magnetic field distribution of the plurality of cells. 電解質膜と前記電解質膜を挟むアノード電極およびカソード電極とを有する複数のセルが積層された燃料電池と、
請求項１から８いずれか一項記載の検出装置と、
を具備することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell in which a plurality of cells having an electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the electrolyte membrane are laminated;
The detection device according to any one of claims 1 to 8 ,
A fuel cell system comprising:
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