JPH0668895A - 積層式燃料電池の電圧の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置のコストアップを招かず、かつ、装置の
複雑化をも招かない積層式燃料電池の電圧の測定方法を
提供する。 【構成】 冷却板１０に取り付けられた熱電対１６の、
この冷却板１０より突出する絶縁処理１８がされた導電
性シース１７を使用して、１または２以上の単電池１間
の電圧を測定する。測定しようとする１または２以上の
単電池ユニット４を挟みつけている一対の冷却板１０，
１０の既存の熱電対１６用シース１７，１７を利用し、
このシース１７間に電圧測定器をセットすることによ
り、この間の１または２以上の単電池１によって生じる
起電力を容易に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層式燃料電池の１
または２以上の単電池間の電圧の測定方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特開平２ー１４７７０号公
報に示された従来の積層式燃料電池の斜視図、図８はこ
の積層式燃料電池の電圧測定用のリード線の取り付け位
置周りの断面図である。図において、１は電解質マトリ
ックス１ａの両面を燃料電極１ｂと酸化剤電極１ｃとで
挟みつけた単電池、２は単電池１の燃料電極１ｂ側に複
数の縦溝からなる燃料ガス流路２ａを臨ませた導電性お
よび気密性を有するガス分離板、３は単電池１の酸化剤
電極１ｃ側に複数の横溝からなる酸化剤ガス流路３ａを
臨ませた導電性および気密性を有するガス分離板、４は
単電池１の両面にガス分離板２とガス分離板３とを添わ
せて構成される単電池ユニット、５は単電池ユニット４
を直列に複数積層して構成される積層体、６はガス分離
板２とガス分離板３とが一体的に形成されている合体ガ
ス分離板、７は合体ガス分離板６に形成された電圧測定
端子の取付孔、８は取付孔７に挿着されている電圧測定
端子としてのリード線、９はリード線８の外面を覆う絶
縁・耐食被覆である。

【０００３】つぎにこの積層式燃料電池の動作を説明す
る。ガス分離板２の燃料ガス流路２ａに燃料ガスを流
し、ガス分離板３の酸化剤ガス流路３ａに酸化剤ガスを
流すと、燃料ガスは燃料電極１ｂ内に拡散し、酸化剤ガ
スは酸化剤電極１ｃ内に拡散する。そして、燃料ガスと
酸化剤ガスとが電解質マトリックス１ａを介して電気化
学的に反応し、単電池１の燃料電極１ｂと酸化剤電極１
ｃ間に所定の起電力が発生する。この場合、単電池ユニ
ット４は直列に積層されているため、積層体５全体に生
じる起電力は概略単電池の起電力に単電池ユニット４の
積層数を掛けたものとなる。

【０００４】そして、積層体５の各単電池１に発生した
起電力の測定は、単電池１に添わせて設けた一対の合体
ガス分離板６，６に取り付けられたリード線８，８間
に、電圧測定器（不図示）をセットすることによってな
される。なお、近年燃料電池の信頼度が向上しているた
め、積層式燃料電池の起電力の測定は必ずしも単電池１
ごとでなく、複数の単電池１ごとになされるようにもな
ってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池は一般にその電気化学反応が高温でなされ、合体ガス
分離板６およびその近傍は高温となるとともに、電解質
マトリックス１ａ中の腐食性の高い電解質（例えばリン
酸）が合体ガス分離板６側にも流出し飛散する。したが
って、リード線８を使って積層式燃料電池の電圧を測定
する上記のような測定方法では、リード線８に絶縁被覆
のほか耐食被覆をする必要があり、装置のコストアップ
を招いてしまうという課題があった。また、電圧測定の
ために合体ガス分離板６にリード線８を取り付ける必要
があり、その分装置の複雑化をも招いてしまうという課
題があった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、装置のコストアップを招か
ず、かつ、装置の複雑化をも招かない積層式燃料電池の
電圧の測定方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、燃料電極、電解質マトリックスおよび酸化剤電極か
らなる単電池に、燃料ガス流路が形成された導電性のガ
ス分離板と酸化剤ガス流路が形成された導電性のガス分
離板とを添わせて形成される単電池ユニットを複数直列
に積層し、かつ、１または２以上の単電池ユニットごと
に導電性の冷却板を挿入して構成される積層式燃料電池
の電圧の測定方法において、冷却板に取り付けられた熱
電対の、この冷却板より突出する絶縁処理がされた導電
性シースを使用して、１または２以上の単電池間の電圧
を測定することである。

【０００８】この発明の第２の発明は、燃料電極、電解
質マトリックスおよび酸化剤電極からなる単電池に、燃
料ガス流路が形成された導電性のガス分離板と酸化剤ガ
ス流路が形成された導電性のガス分離板とを添わせて形
成される単電池ユニットを複数直列に積層し、かつ、１
または２以上の単電池ユニットごとに導電性の冷却板を
挿入して構成される積層式燃料電池の電圧の測定方法に
おいて、冷却板に埋設された導電性の冷却管の、この冷
却板より突出する絶縁処理がされた冷媒入口管または冷
媒出口管を使用して、１または２以上の単電池間の電圧
を測定することである。

【０００９】

【作用】この発明の第１の発明では、単電池ユニットの
ガス分離板に燃料ガスと酸化剤ガスとを流して電気化学
的な反応により単電池に起電力を発生させるが、この電
気化学的な反応は発熱反応であるため１または２以上の
単電池ユニットごとに挿入された冷却板によりこの熱が
吸収され、単電池ユニットは所定温度以下に保持され
る。そして、この積層式燃料電池の起電力は、冷却板の
温度測定用の熱電対のシースを使用して測定される。す
なわち、冷却板およびシースは導電性を有しており、か
つ、シースには絶縁処理がなされているため、測定しよ
うとする１または２以上の単電池ユニットを挟みつけて
いる一対の冷却板の熱電対用のシース間に電圧測定器を
セットすることにより、この間の１または２以上の単電
池の電圧を容易に測定できる。

【００１０】この発明の第２の発明では、冷却板に埋設
されている冷却管を使用して、この積層式燃料電池の起
電力の測定がなされる。すなわち、冷却板および冷却管
は導電性を有しており、かつ、冷却管の電圧取り出し部
となる入口管および出口管には絶縁処理がなされている
ため、測定しようとする１または２以上の単電池ユニッ
トを挟みつけている一対の冷却板の冷却管の入口管また
は出口管間に、電圧測定器をセットすることにより、こ
の間の１または２以上の単電池の電圧を容易に測定でき
る。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．この実施例１はこの発明の第１の発明に係る
一実施例である。図１はこの発明の実施例１を示す積層
式燃料電池の分解斜視図、図２は図１のIIーII線に沿っ
た断面図であり、図７の従来の積層式燃料電池と同一ま
たは相当部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。

【００１２】図において、１０は導電性の冷却板、１１
はその主要部が冷却板１０内に埋設され、内部に冷媒が
通されるとともに、ヘッダー内の露出部外面に耐食コー
ティングが施された冷却管であり、１１ａは冷媒の入口
管、１１ｂは冷媒の出口管である。１２は冷却板１０の
両面に取り付けられる導電性のクッションペーパ、１３
は単電池１の両面にガス分離板２，３を添わせた単電池
ユニット４を直列に複数積層したものに、クッションペ
ーパ１２，１２が取り付けられた冷却板１０を、１また
は２以上の単電池ユニット４ごとに挿入した積層体、１
４は積層体１３の対向する外側面に設けられた燃料ガス
ヘッダー、１５は積層体１３のもう一方の対向する外側
面に設けられた酸化剤ガスヘッダーである。

【００１３】１６は冷却板１０内の温度を測定するため
に各冷却板１０に取り付けられる熱電対であり、１６ａ
はその端子部である。１７は例えば燃料ガスヘッダー１
４を貫通して、その先端部が冷却板１０内に埋設されて
いる熱電対１６保護用シースであり、耐熱性および導電
性を有したステンレスにより構成されている。１８はシ
ース１７の燃料ガスヘッダー１４内の露出部に設けられ
た耐食被覆、１９はシース１７の燃料ガスヘッダー１４
との貫通部に取り付けられる絶縁処理としての絶縁被
覆、２０は熱電対１６の端子部１６ａに連結される補償
導線である。

【００１４】つぎにこの積層式燃料電池の動作を説明す
る。燃料ガスヘッダー１４，１４を介して各ガス分離板
２の燃料ガス流路２ａに燃料ガスを流し、酸化剤ガスヘ
ッダー１５，１５を介して各ガス分離板３の酸化剤ガス
流路３ａに酸化剤ガスを流すと、電解質マトリックス１
ａを介して燃料ガスと酸化剤ガスとが電気化学的に反応
して、単電池１の燃料電極１ｂと酸化剤電極１ｃ間に所
定の起電力が生じる。この場合、内部抵抗ロスがあるた
めに、単電池ユニット４は加熱されてその温度が上昇す
ることになるが、この温度上昇を所定値以下に抑えるた
め、冷却板１０の冷却管１１内に例えば冷媒として水が
流され、反応熱が吸収される。そして、熱電対１６を介
して冷却板１０の温度が測定され、冷却管１１への供給
水量等が調節される。

【００１５】ここで、この積層式燃料電池により発生さ
れる起電力は、測定をしようとする１または２以上の単
電池ユニット４を挟みつけている一対の冷却板１０，１
０の熱電対１６保護用のシース１７，１７を利用して測
定することができる。すなわち、積層体１３を構成する
単電池ユニット４は互いに直列に接続され、かつ、冷却
板１０およびシース１７は導電性を有しているととも
に、シース１７はこれと接触する燃料ガスヘッダー１４
と絶縁被覆１８を介して絶縁されているため、シース１
７の燃料ガスヘッダー１４外端部を電圧測定器に接続す
れば、このシース１７間の１または２以上の単電池１に
よって生じる起電力を正確かつ容易に測定できる。な
お、シース１７の熱電対１６の端子部１６ａ側も絶縁処
理がなされているものとする。

【００１６】以上のように合体ガス分離板６に絶縁・耐
食被覆９がなされたリード線８を取り付けて１または２
以上の単電池１間の電圧を測定する従来の方法に比べ、
この実施例１に係る方法では、冷却板１０に取り付けら
れた熱電対１６保護用の既存のシース１７を利用して電
圧が測定できるため、電圧の測定のためにあらたにリー
ド線８を取り付ける必要がなく、積層式燃料電池のコス
トアップを招くことはほとんどなく、かつ、この燃料電
池の構造を複雑化することもない。

【００１７】実施例２．この実施例２はこの発明の第１
の発明に係る他の実施例である。上記実施例１では、燃
料ガスヘッダー１４を貫通して、その先端部が冷却板１
０内に埋設して熱電対１９保護用のシース１７を取り付
けるものとしているが、この実施例２では、図３で示さ
れるように、燃料ガスヘッダー１４と酸化剤ガスヘッダ
ー１５の間から冷却板１０に熱電対１６用のシース１７
を取り付けるようするものとしている。この実施例２に
よれば、このシース１７に耐食被覆１８や絶縁被覆１９
が不要となって、電圧の測定がさらに低コストで行なえ
るようになる。

【００１８】実施例３．この実施例３はこの発明の第２
の発明に係る一実施例である。この実施例３は積層式燃
料電池の冷却管１１を利用して一対の冷却板１０，１０
間の１または２以上の単電池１の起電力を測定しようと
するものである。図４はこの発明の実施例３を示す積層
式燃料電池の冷却板１０の位置における断面を示してお
り、この積層式燃料電池は、その冷却管１１が入口管１
１ａ、出口管１１ｂおよび２パスの蛇行する水冷管１１
ｃにより構成されるものであり、その構成が上記実施例
１の冷却管１１とやや異なっているが、他の構成は上記
実施例１の積層式燃料電池と同一である。なお、この実
施例３では冷却管１１に熱電対１６等が設けられていて
も、設けられていなくてもよい。

【００１９】冷却管１１の燃料ガスヘッダー１４，１４
内にある入口管１１ａ、出口管１１ｂおよび水冷管１１
ｃの外面には耐食コーティングであるフッソ樹脂コーテ
ィングがなされており、入口管１１ａと出口管１１ｂに
は燃料ガスヘッダー１４，１４との接触部に絶縁処理で
ある絶縁被覆２１がなされている。また、入口管１１ａ
と出口管１１ｂとは、これ等に連結される冷媒供給管と
冷媒排出管との間で絶縁処理が施されているものとす
る。

【００２０】上記のような場合においてもこの積層式燃
料電池により発生される起電力を、測定しようとする１
または２以上の単電池ユニット４を挟みつけている一対
の冷却板１０，１０の冷却管１１，１１を利用して測定
することができる。すなわち、冷却管１１等は導電性を
有しているため、例えばその入口管１１ａの燃料ガスヘ
ッダー１４の外端部を電圧測定器に接続すれば、この冷
却管１１，１１間の１または２以上の単電池１によって
生じる起電力を容易に測定でき、実施例１と同様な効果
を得ることができる。

【００２１】実施例４．この実施例４はこの発明の第２
の発明に係る他の実施例である。この実施例４では、図
５および図６で示されるように、例えば冷却管１１が２
本の管から構成され、その２箇所ずつの入口管１１ａお
よび出口管１１ｂが燃料ガスヘッダー１４と酸化剤ガス
ヘッダー１５の間から外部に突出しているものとし、上
記実施例３と同様にこの冷却管１１を使用して一対の冷
却板１０，１０間の１または２以上の単電池１の電圧の
測定ができ、上記実施例３と同様な効果を得ることがで
きる。また、この実施例４によれば、冷却管１１が燃料
ガスヘッダー１４や酸化剤ガスヘッダー１５内にないた
め、この冷却管１１に対する耐食コーティングや絶縁被
覆２１は不要というメリットがある。なお、冷却管１１
の入口管１１ａと出口管１１ｂとは、これ等に連結され
る冷媒供給管および冷媒排出管との間で絶縁処理が施さ
れているものとする。

【００２２】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２３】この発明の第１の発明によれば、燃料電
極、電解質マトリックスおよび酸化剤電極からなる単電
池に、燃料ガス流路が形成された導電性のガス分離板と
酸化剤ガス流路が形成された導電性のガス分離板とを添
わせて形成される単電池ユニットを複数直列に積層し、
かつ、１または２以上の単電池ユニットごとに導電性の
冷却板を挿入して構成される積層式燃料電池の電圧の測
定方法において、冷却板に取り付けられた熱電対の、こ
の冷却板より突出する絶縁処理がされた導電性シースを
使用して、１または２以上の単電池間の電圧を測定する
ようにしているため、装置のコストアップや装置の複雑
化を招くことなく、この積層式燃料電池の電圧の測定が
できる。

【００２４】この発明の第２の発明によれば、燃料電
極、電解質マトリックスおよび酸化剤電極からなる単電
池に、燃料ガス流路が形成された導電性のガス分離板と
酸化剤ガス流路が形成された導電性のガス分離板とを添
わせて形成される単電池ユニットを複数直列に積層し、
かつ、１または２以上の単電池ユニットごとに導電性の
冷却板を挿入して構成される積層式燃料電池の電圧の測
定方法において、冷却板に埋設された導電性の冷却管
の、この冷却板より突出する絶縁処理がされた冷媒入口
管または冷媒出口管を使用して、１または２以上の単電
池間の電圧を測定するようにしているため、装置のコス
トアップや装置の複雑化を招くことなく、この積層式燃
料電池の電圧の測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に関する積層式燃料電池の
分解斜視図である。

【図２】図１のIIーII線に沿った断面図である。

【図３】この発明の実施例２に関する積層式燃料電池の
冷却板周りの断面図である。

【図４】この発明の実施例３に関する積層式燃料電池の
冷却板周りの断面図である。

【図５】この発明の実施例４に関する積層式燃料電池の
分解斜視図である。

【図６】図５のVIーVI線に沿った断面図である。

【図７】従来の積層式燃料電池の分解斜視図である。

【図８】従来の積層式燃料電池の電圧測定用のリード線
の取り付け位置周りの断面図である。

【符号の説明】

１ 単電池 １ａ 電解質マトリックス １ｂ 燃料電極 １ｃ 酸化剤電極 ２ ガス分離板 ２ａ 燃料ガス流路 ３ ガス分離板 ３ａ 酸化剤ガス流路 ４ 単電池ユニット １０ 冷却板 １１ 冷却管 １１ａ 入口管 １１ｂ 出口管 １６ 熱電対 １７ シース １９ 絶縁被覆（絶縁処理） ２１ 絶縁被覆（絶縁処理）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電極、電解質マトリックスおよび酸
   化剤電極からなる単電池に、燃料ガス流路が形成された
   導電性のガス分離板と酸化剤ガス流路が形成された導電
   性のガス分離板とを添わせて形成される単電池ユニット
   を複数直列に積層し、かつ、１または２以上の前記単電
   池ユニットごとに導電性の冷却板を挿入して構成される
   積層式燃料電池の電圧の測定方法において、前記冷却板
   に取り付けられた熱電対の、この冷却板より突出する絶
   縁処理がされた導電性シースを使用して、１または２以
   上の前記単電池間の電圧を測定することを特徴とする積
   層式燃料電池の電圧の測定方法。
2. 【請求項２】 燃料電極、電解質マトリックスおよび酸
   化剤電極からなる単電池に、燃料ガス流路が形成された
   導電性のガス分離板と酸化剤ガス流路が形成された導電
   性のガス分離板とを添わせて形成される単電池ユニット
   を複数直列に積層し、かつ、１または２以上の前記単電
   池ユニットごとに導電性の冷却板を挿入して構成される
   積層式燃料電池の電圧の測定方法において、前記冷却板
   に埋設された導電性の冷却管の、この冷却板より突出す
   る絶縁処理がされた冷媒入口管または冷媒出口管を使用
   して、１または２以上の前記単電池間の電圧を測定する
   ことを特徴とする積層式燃料電池の電圧の測定方法。