(57)【要約】【課題】  水分量を燃料電池スタックの燃料電池セル単位で測定することが可能な燃料電池スタック及び水分量測定装置を実現する。【解決手段】  水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックにおいて、積層された複数の燃料電池セルと、燃料電池セル間及び両端の燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端のセパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数のセパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極とを設ける。【選択図】                    図１
2008027805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックにおいて、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と
を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、
前記第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第２の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、
前記電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求める静電容量測定装置と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。
【請求項４】
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、
両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、
複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、
前記電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し補正値の差分を計算する静電容量測定装置と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。
【請求項５】
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、
前記第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第２の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことを特徴とする
請求項３若しくは請求項４記載の水分量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックに関し、特に燃料電池の特性に大きく影響を及ぼす水分量を燃料電池スタックの燃料電池セル単位で測定することが可能な燃料電池スタック及び水分量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０５１３１８号公報
【特許文献２】特開２００３−０３６８７５号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７４０８号公報
【特許文献４】特開２００５−２２２８５４号公報
【０００４】
図５は従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図５において１は電解質膜、２及び３は触媒層・拡散層である。電解質膜１の両面には触媒層・拡散層２及び触媒層・拡散層３がそれぞれ形成される。
【０００５】
図５中”ＦＧ０１”に示すように燃料ガス（例えば、水素等）が触媒層・拡散層２に供給され、図５中”ＯＧ０１”に示すように酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が触媒層・拡散層３に供給される。
【０００６】
ここで、図５に示す従来例の動作を説明する。触媒層・拡散層２側（アノード側）では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、触媒層・拡散層３側（カソード側）では電解質膜１を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【０００７】
この時、触媒層・拡散層２（アノード側）及び触媒層・拡散層３（カソード側）間の外部負荷を接続することにより、触媒層・拡散層２側（アノード側）で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【０００８】
また、図６及び図７はより具体的な従来の燃料電池の一例を示す断面図である。図６は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図７は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。
【０００９】
図６において４は電解質膜、５はアノード側の触媒層・拡散層、６はカソード側の触媒層・拡散層、７はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、８はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、９はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１０はカソード側に形成された導電性を有するセパレータである。
【００１０】
電解質膜４の両面には触媒層・拡散層５及び触媒層・拡散層６がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層５の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路７が形成され、触媒層・拡散層６の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路８が形成される。
【００１１】
例えば、ガス流路７及びガス流路８は図７中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層５及び触媒層・拡散層６上を蛇行するように形成されている。
【００１２】
さらに、ガス流路７が形成されていない触媒層・拡散層５及びガス流路７の上にはセパレータ９が形成され、ガス流路８が形成されていない触媒層・拡散層６及びガス流路８の上にはセパレータ１０が形成される。
【００１３】
ここで、図６及び図７に示す従来例の動作を説明する。ガス流路７には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路８には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。例えば、図７中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図７中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００１４】
アノード側の触媒層・拡散層５では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層６側では電解質膜４を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００１５】
この時、アノード側の触媒層・拡散層５及びカソード側の触媒層・拡散層６（具体的には、セパレータ９とセパレータ１０）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層５で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００１６】
また、このような個々の燃料電池（以下、燃料電池セルと呼ぶ。）を複数枚積層（電気的に直列接続）したものを燃料電池スタックと呼び、燃料電池スタックにすることで取り出せる電圧を高くすることができる。
【００１７】
但し、電解質膜４を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して生成される水（Ｈ２Ｏ ）の水分量は燃料電池の特性に大きく影響を及ぼすものであり、「特許文献３」及び「特許文献４」には燃料電池内部の水分量を測定する手段を設けた燃料電池が記載されている。
【００１８】
具体的には、「特許文献３」では水分量を測定する手段として、燃料電池スタックの電流と電圧の特性から得られる内部抵抗値を固体電解質膜の導電率として水分量を求める例が、一方、「特許文献４」では燃料電池スタックの電流値と酸化ガスの供給量と酸化ガスの排出量から燃料電池スタック内部の水分量変化を計算から求める例がそれぞれ記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、実際には、燃料電池スタックの各燃料電池セル間の水分分布は均一ではなく、部分的に水分が分布していることが知られており、「特許文献３」及び「特許文献４」に記載された従来例では燃料電池スタック全体の水分量を測定することはできるものの、燃料電池スタックを構成している各燃料電池セル毎の水分量を測定することができないと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、水分量を燃料電池スタックの燃料電池セル単位で測定することが可能な燃料電池スタック及び水分量測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックにおいて、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である燃料電池スタックにおいて、
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、前記第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第２の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、前記電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求める静電容量測定装置とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池スタックの水分量測定装置において、
積層された複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セル間及び両端の前記燃料電池セルにそれぞれ形成された複数のセパレータと、両端の前記セパレータにそれぞれ形成されたエンドプレートと、複数の前記セパレータ内に表面を絶縁膜で覆われそれぞれ形成され一端が燃料電池スタックの外部に引き出された複数の電極と、前記電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し補正値の差分を計算する静電容量測定装置とを備えたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、
請求項３若しくは請求項４記載の発明である燃料電池スタックの水分量測定装置において、
前記燃料電池セルが、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、前記第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第２の触媒層・拡散層に形成される酸化ガスのガス流路とから構成されたことにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３及び請求項５の発明によれば、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求めることにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００２６】
また、請求項１，２，４及び請求項５の発明によれば、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し、補正値の差分を計算することにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池スタックの一実施例を示す断面図である。図１は燃料電池スタックの電解質膜に対して垂直な面における断面図である。
【００２８】
図１において、１１，１４及び１７は電解質膜、１２，１５及び１８はカソード側の触媒層・拡散層、１３，１６及び１９はアノード側の触媒層・拡散層、２０，２２及び２４はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、２１，２３及び２５はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、２６，２７，２８及び２９は導電性を有するセパレータ、３０，３１，３２及び３３は絶縁膜、３４，３５，３６及び３７は電極、３８及び３９は各セルの両端に設けられ燃料電池スタックのプラス極の電極とマイナス極の電極として機能するエンドプレートである。
【００２９】
また、１１，１２，１３，２０，２１，２６及び２７は第１の燃料電池セルを、１４，１５，１６，２２，２３，２７及び２８は第２の燃料電池セルを、１７，１８，１９，２４，２５，２８及び２９は第３の燃料電池セルをそれぞれ構成する。
【００３０】
電解質膜１１の両面には触媒層・拡散層１２及び触媒層・拡散層１３が、電解質膜１４の両面には触媒層・拡散層１５及び触媒層・拡散層１６が、電解質膜１７の両面には触媒層・拡散層１８及び触媒層・拡散層１９がそれぞれ形成される。
【００３１】
また、触媒層・拡散層１２の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２０が形成され、触媒層・拡散層１３の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２１が形成される。
【００３２】
同様に、触媒層・拡散層１５の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２２が形成され、触媒層・拡散層１６の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２３が形成される。
【００３３】
さらに、触媒層・拡散層１８の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２４が形成され、触媒層・拡散層１９の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２５が形成される。
【００３４】
例えば、ガス流路２０，２１，２２，２３，２４及びガス流路２５は図７中”ＧＴ１１”に示すように各々の触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている。
【００３５】
そして、ガス流路２０及びガス流路２０が形成されていない触媒層・拡散層１２の上にはセパレータ２６が形成され、セパレータ２６の上にはエンドプレート３８が形成される。
【００３６】
同様に、ガス流路２５及びガス流路２５が形成されていない触媒層・拡散層１９の上にはセパレータ２９が形成され、セパレータ２９の上にはエンドプレート３９が形成される。
【００３７】
また、ガス流路２１及びガス流路２１が形成されていない触媒層・拡散層１３と、ガス流路２２及びガス流路２２が形成されていない触媒層・拡散層１５との間にはセパレータ２７が形成され、ガス流路２３及びガス流路２３が形成されていない触媒層・拡散層１６と、ガス流路２４及びガス流路２４が形成されていない触媒層・拡散層１８との間にはセパレータ２８が形成される。
【００３８】
最後に、セパレータ２６内には表面を絶縁膜３０で覆われた電極３４が形成され、電極３４の一端は燃料電池スタックの外部に引き出される。
【００３９】
同様に、セパレータ２７内には表面を絶縁膜３１で覆われた電極３５が、セパレータ２８内には表面を絶縁膜３２で覆われた電極３６が、セパレータ２９内には表面を絶縁膜３３で覆われた電極３７がそれぞれ形成され、電極３５，３６及び電極３７の一端は燃料電池スタックの外部にそれぞれ引き出される。
【００４０】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２、図３及び図４を用いて説明する。図２は電極３４〜電極３７から見た電気的な等価回路を示す回路図、図３及び図４は電極３４〜電極３７を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。
【００４１】
第１の燃料電池セルにおいて、ガス流路２０には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給され、ガス流路２１には燃料ガス（例えば、水素等）が供給される。例えば、図７中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図７中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００４２】
アノード側の触媒層・拡散層１３では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層１２側では電解質膜１１を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００４３】
この時、アノード側の触媒層・拡散層１３及びカソード側の触媒層・拡散層１２（具体的には、セパレータ２７とセパレータ２６）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層１３で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００４４】
同様に、第２の燃料電池セルにおいて、ガス流路２２には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給され、ガス流路２３には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、第３の燃料電池セルにおいて、ガス流路２４には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給され、ガス流路２５には燃料ガス（例えば、水素等）が供給される。例えば、図７中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図７中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００４５】
第１の燃料電池セルにおける前述の化学反応は、第２の燃料電池セルでも、第３の燃料電池セルでも生じるので、アノード側の触媒層・拡散層１９及びカソード側の触媒層・拡散層１２（具体的には、エンドプレート３９とエンドプレート３８）と間の外部負荷を接続することにより、燃料電池スタック（第１〜第３の燃料電池セルが直列接続されたもの）から直流電流を取り出すことが可能になる。
【００４６】
このような燃料電池の動作状態において、電極３４，３５，３６及び電極３７を用いて静電容量を静電容量測定装置で測定することにより、電極３４，３５，３６及び電極３７間の電解質膜、触媒層・拡散層及びガス流路の水分量を静電容量として測定することができる。
【００４７】
すなわち、電極３４，３５，３６及び電極３７から見た電気的な等価回路は図２に示すようになる。
【００４８】
図２中”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”及び”ＥＤ２４”は電極３４，３５，３６及び３７を示し、図２中”ＣＰ２１”、”ＣＰ２２”、”ＣＰ２３”及び”ＣＰ２４”は絶縁膜３０，３１，３２及び３３の静電容量である。
【００４９】
また、図２中”ＣＰ２５”は電解質膜１１（第１の燃料電池セルに相当）の静電容量である。同様に、図２中”ＣＰ２６”は電解質膜１４（第２の燃料電池セルに相当）の静電容量であり、図２中”ＣＰ２７”は電解質膜１７（第３の燃料電池セルに相当）の静電容量である。
【００５０】
すなわち、図２に示す等価回路では、図２中”ＥＤ２１”に示す電極は静電容量”ＣＰ２１”の一端に接続され、静電容量”ＣＰ２１”の他端は静電容量”ＣＰ２５”の一端に接続される。また、図２中”ＥＤ２２”に示す電極は静電容量”ＣＰ２２”の一端に接続され、静電容量”ＣＰ２２”の他端は静電容量”ＣＰ２５”の他端及び静電容量”ＣＰ２６”の一端にそれぞれ接続される。
【００５１】
図２中”ＥＤ２３”に示す電極は静電容量”ＣＰ２３”の一端に接続され、静電容量”ＣＰ２３”の他端は静電容量”ＣＰ２６”の他端及び静電容量”ＣＰ２７”の一端にそれぞれ接続される。最後に、図２中”ＥＤ２４”に示す電極は静電容量”ＣＰ２７”の他端に接続される。
【００５２】
ここで、各燃料電池セルの静電容量の測定方法を説明する。図３において”ＣＰ２１”，”ＣＰ２２”、”ＣＰ２３”、”ＣＰ２４”、”ＣＰ２５”、”ＣＰ２６”及び”ＣＰ２７”は図２と同一符号を付してあり、４１は静電容量（水分量に相当）を測定する静電容量測定装置である。
【００５３】
また、図３中”ＳＷ３１”、”ＳＷ３２”、”ＳＷ３３”及び”ＳＷ３４”に示すスイッチは電極３４，３５，３６及び電極３７を適宜選択して静電容量測定装置４１の入力端子に接続する。
【００５４】
図３中”ＳＷ３１”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２１”の一端（電極３４）を選択し、図３中”ＳＷ３２”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２２”の一端（電極３５）を選択した場合、静電容量測定装置４１では静電容量”ＣＰ２１”、”ＣＰ２５”及び”ＣＰ２２”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００５５】
そして、絶縁膜の静電容量”ＣＰ２１”や”ＣＰ２２”を予め測定（例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする）しておき、静電容量測定装置４１で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第１の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２５”とする。
【００５６】
同様に、図３中”ＳＷ３２”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２２”の一端（電極３５）を選択し、図３中”ＳＷ３３”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２３”の一端（電極３６）を選択した場合、静電容量測定装置４１では静電容量”ＣＰ２２”、”ＣＰ２６”及び”ＣＰ２３”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００５７】
そして、絶縁膜の静電容量”ＣＰ２２”や”ＣＰ２３”を予め測定（例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする）しておき、静電容量測定装置４１で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第２の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２６”とする。
【００５８】
最後に、図３中”ＳＷ３３”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２３”の一端（電極３６）を選択し、図３中”ＳＷ３４”に示すスイッチで静電容量”ＣＰ２４”の一端（電極３７）を選択した場合、静電容量測定装置４１では静電容量”ＣＰ２３”、”ＣＰ２７”及び”ＣＰ２４”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００５９】
そして、絶縁膜の静電容量”ＣＰ２３”や”ＣＰ２４”を予め測定（例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする）しておき、静電容量測定装置４１で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正した値を第３の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２７”とする。
【００６０】
この結果、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を順次測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正した値を求めることにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００６１】
ここで、各燃料電池セルの静電容量の他の測定方法を説明する。図４において”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”、”ＥＤ２４”、”ＣＰ２１”，”ＣＰ２２”、”ＣＰ２３”、”ＣＰ２４”、”ＣＰ２５”，”ＣＰ２６”及び”ＣＰ２７”は図２と同一符号を付してあり、４２，４３及び４４は静電容量（水分量に相当）を測定する静電容量測定装置である。
【００６２】
図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２２”に示す電極間には静電容量測定装置４２が接続され、図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２３”に示す電極間には静電容量測定装置４３が接続される。さらに、図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２４”に示す電極間には静電容量測定装置４４が接続される。
【００６３】
静電容量測定装置４２，４３及び４４はそれぞれ同時に電極間の静電容量を測定する。静電容量測定装置４２では図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２２”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”ＣＰ２１”、”ＣＰ２５”及び”ＣＰ２２”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００６４】
また、静電容量測定装置４３では図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２３”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”ＣＰ２１”、”ＣＰ２５”、”ＣＰ２６”及び”ＣＰ２３”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００６５】
さらに、静電容量測定装置４４では図４中”ＥＤ２１”及び”ＥＤ２４”に示す電極間の静電容量を測定するので、静電容量”ＣＰ２１”、”ＣＰ２５”、”ＣＰ２６”、”ＣＰ２７”及び”ＣＰ２４”が直列接続された静電容量値が測定される。
【００６６】
そして、絶縁膜の静電容量”ＣＰ２１”〜”ＣＰ２４”を予め測定（例えば、電極とその電極が形成されているセパレータとの間の静電容量を測定して絶縁膜の静電容量とする）しておき、静電容量測定装置４２〜４４で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正すると共に補正値の差分を計算することにより、第１、第２及び第３の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２５”、”ＣＰ２６”及び”ＣＰ２７”を分離することができる。
【００６７】
例えば、静電容量測定装置４３における補正値（静電容量”ＣＰ２５”及び”ＣＰ２６”が直列接続された静電容量値）と、静電容量測定装置４２における補正値（静電容量”ＣＰ２５”の静電容量値）との差分を計算することにより、第２の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２６”が分離される。
【００６８】
同様に、例えば、静電容量測定装置４４における補正値（静電容量”ＣＰ２５”、"ＣＰ２６"及び”ＣＰ２７”が直列接続された静電容量値）と、静電容量測定装置４３における補正値（静電容量”ＣＰ２５”及び”ＣＰ２６”が直列接続された静電容量値）との差分を計算することにより、第３の燃料電池セルの静電容量”ＣＰ２７”が分離される。
【００６９】
この結果、燃料電池スタックのセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成して電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すと共にこの電極の間の静電容量を同時測定し予め測定しておいた絶縁膜の静電容量で補正し、補正値の差分を計算することにより、燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することが可能になる。
【００７０】
なお、図１に示す実施例においては説明の簡単のために３つの燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを構成しているが、勿論、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックを構成しても構わない。
【００７１】
この場合には、燃料電池スタックの両端や各燃料電池セル間に形成されるセパレータ内には表面を絶縁膜で覆われた電極を形成し、当該電極の一端を燃料電池スタックの外部に引き出すことにより、図１に示す実施例の説明と同様に燃料電池スタックの燃料電池セル単位で水分量を測定することができる。
【００７２】
また、図１に示す実施例の説明においては、各ガス流路が触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている旨例示しているが、勿論、ガス流路の構造はこの構造に限定されるものではない。
【００７３】
また、図１に示す実施例の説明においては、各電極はセパレータ内でガス流路に交差する方向に形成されているが、勿論、これに限定される訳ではなく、ガス流路に平行な方向であってもそれ以外であっても構わない。
【００７４】
また、図３及び図４に示す静電容量の測定方法では、静電容量測定装置で測定された静電容量値から予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を減算して補正する旨記載しているが、静電容量測定装置に予め測定しておいた絶縁膜の静電容量を設定しておき、静電容量測定装置内で補正演算を行わせても勿論構わない。
【００７５】
また、図４に示す静電容量の測定方法では、説明の簡単のために複数台の静電容量測定装置を用いて電極の間の静電容量を同時に測定しているが、複数個の入力端子を有する１台の静電容量測定装置により電極の間の静電容量を同時に測定しても構わない。
【００７６】
また、図４に示す静電容量の測定方法では、補正値の差分を計算して各燃料電池セルの静電容量を分離する旨記載しているが、各静電容量測定装置の補正値を差分の演算を静電容量測定装置の任意の一台、複数個の入力端子を有する１台の静電容量測定装置、或いは、別個の演算制御装置で行わせても勿論構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。
【図２】電極から見た電気的な等価回路を示す回路図である。
【図３】電極を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。
【図４】電極を用いた静電容量の測定方法を説明する説明図である。
【図５】従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。
【図６】燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図である。
【図７】燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，４，１１，１４，１７  電解質膜
２，３，５，６，１２，１３，１５，１６，１８，１９  触媒層・拡散層
７，８，２０，２１，２２，２３，２４，２５  ガス流路
９，１０，２６，２７，２８，２９  セパレータ
３０，３１，３２，３３  絶縁膜
３４，３５，３６，３７  電極
３８，３９  エンドプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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