(57)【要約】【課題】  ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能な燃料電池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において、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、この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、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、各ガス流路の内壁であって第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、第１及び第２の触媒層・拡散層、各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータとを設ける。【選択図】                    図１
2008027807.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において、
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、
この第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、
前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、
前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことを特徴とする
請求項２記載の燃料電池。
【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の水分量測定装置において、
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、
この第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、
前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、
前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
前記複数の電極を選択して静電容量を測定する静電容量測定手段と
を備えたことを特徴とする水分量測定装置。
【請求項５】
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことを特徴とする
請求項４記載の水分量測定装置。
【請求項６】
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことを特徴とする
請求項５記載の水分量測定装置。
【請求項７】
前記静電容量測定手段が、
前記各ガス流路に沿って前記分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することを特徴とする
請求項６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に関し、特にガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能な燃料電池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２００４−１４６２６７号公報
【特許文献３】特開２００４−２４１２３６号公報
【特許文献４】特表２００５−５２６３６５号公報
【０００４】
図６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６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６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６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６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】
但し、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、当該水分量を測定することが重要になる。
【０００９】
図７及び図８は従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。図７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８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。
【００１０】
図７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。
【００１１】
また、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９及び２０は各ガス流路内であってセパレータ９、若しくは、セパレータ１０に接する面に図７中”ＩＬ１１”に示すような絶縁膜が形成され静電容量を測定するための電極である。
【００１２】
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。
【００１３】
例えば、ガス流路７及びガス流路８は図８中”ＧＴ２１”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。
【００１４】
また、ガス流路７内であってセパレータ９に接する面の一部に静電容量を測定するための電極１１，１３，１５，１７及び１９がそれぞれ形成され、ガス流路８内であってセパレータ１０に接する面の一部に静電容量を測定するための電極１２，１４，１６，１８及び２０がそれぞれ形成される。
【００１５】
但し、各電極１１〜２０は、セパレータ９、若しくは、セパレータ１０に接する面に図７中”ＩＬ１１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００１６】
例えば、電極１１，１３，１５，１７及び１９は図８中”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”、”ＥＤ２４”及び”ＥＤ２５”に示すように図８中”ＧＴ２１”に示すガス流路内に直線状に形成されている。
【００１７】
同様に、例えば、電極１２，１４，１６，１８及び２０は図８中”ＥＤ２１”、”ＥＤ２２”、”ＥＤ２３”、”ＥＤ２４”及び”ＥＤ２５”に示すように図８中”ＧＴ２１”に示すガス流路内に直線状に形成されている。
【００１８】
そして、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。
【００１９】
ここで、図７及び図８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８中”ＩＮ２１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図８中”ＯＴ２１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
このような燃料電池の動作状態において、アノード側の任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、アノード側の任意の電極間のガス流路７の水分量を測定することができる。
【００２３】
同様に、カソード側の任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、カソード側の任意の電極間のガス流路８の水分量を測定することができる。
【００２４】
また、互いに対向する任意の電極間の静電容量を静電容量測定手段（図示せず。）で測定することにより、互いに対向する任意の電極間のガス流路７、電解質膜４及びガス流路８の水分量を測定することができる。
【００２５】
この結果、燃料ガス及び酸化ガスを供給するガス流路内に静電容量測定用の電極を設けると共に、静電容量測定手段（図示せず。）で、各ガス流路等の静電容量を測定することにより、ガス流路等の水分量を静電容量として測定することが可能になる。
【００２６】
図９及び図１０は従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。図９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１０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。
【００２７】
図９において、４，５，６，７及び８は図７と同一符号を付してあり、２１はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、２２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。
【００２８】
また、２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１及び３２はセパレータ２１、若しくは、セパレータ２２内であって各ガス流路に接するように形成され静電容量を測定するための電極である。但し、電極２３〜３２のセパレータ２１、若しくは、セパレータ２２に接する面には図９中”ＩＬ３１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
例えば、ガス流路７及びガス流路８は図１０中”ＧＴ４１”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。
【００３１】
また、セパレータ２１内であってガス流路７に接する面の一部に静電容量を測定するための電極２３，２５，２７，２９及び３１がそれぞれ形成され、セパレータ２２内であってガス流路８に接する面の一部に静電容量を測定するための電極２４，２６，２８，３０及び３２がそれぞれ形成される。
【００３２】
但し、各電極２３〜３２は、セパレータ２１、若しくは、セパレータ２２に接する面に図９中”ＩＬ３１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００３３】
例えば、電極２３，２５，２７，２９及び３１は図１０中”ＥＤ４１”、”ＥＤ４２”、”ＥＤ４３”、”ＥＤ４４”及び”ＥＤ４５”に示すように図１０中”ＧＴ４１”に示すガス流路に接するように直線状に形成されている。
【００３４】
同様に、例えば、電極２４，２６，２８，３０及び３２は図１０中”ＥＤ４１”、”ＥＤ４２”、”ＥＤ４３”、”ＥＤ４４”及び”ＥＤ４５”に示すように図１０中”ＧＴ４１”に示すガス流路に接するように直線状に形成されている。
【００３５】
そして、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、電極２３，２５，２７，２９及び電極３１の上にはセパレータ２１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、電極２４，２６，２８，３０及び電極３２の上にはセパレータ２２が形成される。
【００３６】
ここで、図９及び図１０に示す実施例の動作を説明する。但し、基本的な動作は図７及び図８に示す実施例と同様であるのでその説明を省略する。
【００３７】
図９に示す実施例では、静電容量を測定する電極２３〜３２をガス流路内ではなく、セパレータ２１、若しくは、セパレータ２２内であって各ガス流路に接するように形成しているので、図６及び図８に示す従来例と比較して各電極の形成が容易になる。
【００３８】
この結果、静電容量を測定する電極をセパレータ内であって各ガス流路に接するように形成することにより、各電極の形成が容易になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
しかし、図７及び図８、或いは、図９及び図１０に示す従来例では、供給するガスの過飽和によるガス流路内の結露によって発生する水や、カソード側の触媒層で生成した水が拡散層を経てガス流路内に排出され、ガスの流れに伴って燃料電池外部に排出される過程において、水が電極（絶縁膜が形成されていない部分）とセパレータが接するガス流路の壁面との間に存在する場合、電極とセパレータとの間で導通が生じてしまい静電容量の測定に影響が出てしまう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、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能な燃料電池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】
【００４０】
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において、
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、この第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、前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータとを備えたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００４１】
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において、
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００４２】
請求項３記載の発明は、
請求項２記載の発明である燃料電池において、
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。
【００４３】
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の水分量測定装置において、
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、この第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、前記各ガス流路の内壁であって前記第１若しくは第２の触媒層・拡散層に接しない面にそれぞれ形成される絶縁部材と、前記絶縁部材内に形成され静電容量を測定するための複数の電極と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記複数の電極を選択して静電容量を測定する静電容量測定手段とを備えたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００４４】
請求項５記載の発明は、
請求項４記載の発明である水分量測定装置において、
前記複数の電極が、
前記各ガス流路に沿って直線状に形成されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００４５】
請求項６記載の発明は、
請求項５記載の発明である水分量測定装置において、
前記直線状の電極が、
前記各ガス流路に沿って複数の電極に分割されたことにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。
【００４６】
請求項７記載の発明は、
請求項６記載の発明である水分量測定装置において、
前記静電容量測定手段が、
前記各ガス流路に沿って前記分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。また、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。さらに、ガスの流れる方向の水の移動の状況を把握することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６及び請求項７の発明によれば、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面に絶縁部材をそれぞれ形成し、絶縁部材内に静電容量を測定するための電極をそれぞれ形成することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００４８】
また、電極が設けられたガス流路内で多量の水により流路閉塞が発生して、電極と触媒層・拡散層とが導通してしまった場合には、静電容量測定手段では静電容量が導通して抵抗成分として測定されることになるので、フラッディングによる流路閉塞の有無を判断することが可能になる。
【００４９】
また、触媒層・拡散層の直流抵抗値は、触媒層・拡散層の濡れ具合（水分の含有量）によって変化するので、触媒層・拡散層の直流抵抗値の変化量を触媒層・拡散層内のフラッディングによる影響として測定することができる。
【００５０】
また、請求項３及び請求項６の発明によれば、直線状の電極を各ガス流路に沿って複数の電極に分割することにより、ガスの流れる方向の水分量の分布や変化を測定することができる。
【００５１】
また、請求項７の発明によれば、静電容量測定手段が各ガス流路に沿って分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向の水の移動の状況を把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は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１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２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。
【００５３】
図１において、３３は電解質膜、３４はアノード側の触媒層・拡散層、３５はカソード側の触媒層・拡散層、３６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、３７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、３８，４０，４２，４４及び４６はガス流路３６の内壁に形成された絶縁部材、３９，４１，４３，４５及び４７はガス流路３７の内壁に形成された絶縁部材、４８，５０，５２，５４及び５６は絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６内に形成され静電容量を測定するための電極、４９，５１，５３，５５及び５７は絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７内に形成され静電容量を測定するための電極、５８はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、５９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。
【００５４】
電解質膜３３の両面には触媒層・拡散層３４及び触媒層・拡散層３５がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層３４の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路３６が形成され、触媒層・拡散層３５の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路３７が形成される。
【００５５】
例えば、ガス流路３６及びガス流路３７は図２中”ＧＴ５１”に示すように触媒層・拡散層３４及び触媒層・拡散層３５上を蛇行するように形成されている。
【００５６】
また、ガス流路３６の内壁であって触媒層・拡散層３４に接しない面には絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６がそれぞれ形成され、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６内には静電容量を測定するための電極４８，５０，５２，５４及び電極５６がそれぞれ形成される。
【００５７】
例えば、電極４８，５０，５２，５４及び電極５６は図２中”ＥＤ５１”、”ＥＤ５２”、”ＥＤ５３”、”ＥＤ５４”及び”ＥＤ５５”に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。
【００５８】
同様に、ガス流路３７の内壁であって触媒層・拡散層３５に接しない面には絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７がそれぞれ形成され、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７内には静電容量を測定するための電極４９，５１，５３，５５及び電極５７がそれぞれ形成される。
【００５９】
例えば、電極４９，５１，５３，５５及び電極５７は図２中”ＥＤ５１”、”ＥＤ５２”、”ＥＤ５３”、”ＥＤ５４”及び”ＥＤ５５”に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。
【００６０】
そして、ガス流路３６（実質的には、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６）が形成されていない触媒層・拡散層３４、並びに、ガス流路３６（実質的には、絶縁部材３８，４０，４２，４４及び絶縁部材４６）の上にはセパレータ５８が形成される。
【００６１】
また、ガス流路３７（実質的には、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７）が形成されていない触媒層・拡散層３５、並びに、ガス流路３７（実質的には、絶縁部材３９，４１，４３，４５及び絶縁部材４７）の上にはセパレータ５９が形成される。
【００６２】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を図３及び図４を用いて説明する。図３は静電容量の測定方法を説明する説明図、図４は電極から見た等価回路を示す回路図である。また、図７等に示す従来例と同一の燃料電池の動作に関しては説明を省略する。
【００６３】
図３において３５，３７，３９，４１，４９，５１，５８及び５９は図１と同一符号を付してあり、６０は負荷電流を取り出すための外部負荷、６１は電極４８〜５７を適宜選択して静電容量を測定する静電容量測定手段である。
【００６４】
外部負荷６０はセパレータ５８とセパレータ５９との間に接続され、静電容量測定手段６１の入力端子は、例えば、電極４９と電極５１に接続される。
【００６５】
図３に示すような接続関係において、静電容量測定手段６１の入力端子から見た等価回路は図４に示すような回路図になる。
【００６６】
図４中”ＥＤ６１”及び”ＥＤ６２”は電極４９及び電極５１に相当し、図４中”ＣＰ６１”に示す静電容量は電極４９が設けられたガス流路３７の静電容量を表し、図４中”ＣＰ６２”に示す静電容量は電極５１が設けられたガス流路３７の静電容量を表す。
【００６７】
また、図４中”ＲＳ６１”に示す抵抗は電極４９が設けられたガス流路３７から電極５１が設けられたガス流路３７までの触媒層・拡散層３５の抵抗を表している。
【００６８】
ガス流路内の水分の状態が変化すると図４中”ＣＰ６１”及び”ＣＰ６２”に示す静電容量の値が変化するので、その静電容量値の変化量を静電容量測定手段６１で測定することにより、燃料電池内のガス流路の水分量の測定が可能になる。
【００６９】
また、図７等に示す従来例とは異なり、供給するガスの過飽和によるガス流路内の結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程において、ガス流路内に生成された水が電極とセパレータが接するガス流路の壁面との間に存在する場合であっても、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面には絶縁部材がそれぞれ形成されているので、電極とセパレータとの間で導通が生じることはなく静電容量の測定に影響が出ることを防止できる。
【００７０】
この結果、ガス流路の内壁であって触媒層・拡散層に接しない面に絶縁部材をそれぞれ形成し、絶縁部材内に静電容量を測定するための電極をそれぞれ形成することにより、ガス流路内で結露発生や生成水の燃料電池外部への排出過程においても燃料電池の水分量を測定することが可能になる。
【００７１】
また、例えば、電極４９が設けられたガス流路３７内で、カソード側の触媒層で生成した水が拡散層を経てガス流路内に排出され、ガスの流れに伴って燃料電池外部に排出される過程において、多量の水により流露の閉塞が発生して、電極４９と触媒層・拡散層３５とが導通してしまった場合には、静電容量測定手段６１では図４中”ＣＰ６１”に示す静電容量が導通して抵抗成分として測定されることになるので、フラッディングの有無を判断することが可能になる。
【００７２】
また、触媒層・拡散層３５の直流抵抗値は、触媒層・拡散層３５の濡れ具合（水分の含有量）によって変化するので、触媒層・拡散層３５の直流抵抗値の変化量を触媒層・拡散層３５内のフラッディングによる影響として測定することができる。
【００７３】
なお、図１及び図２に示す実施例では、電極４８等は図２中”ＥＤ５１”等に示すように図２中”ＧＴ５１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている旨記載したが、ガス流路に沿って複数の電極を直線状に形成させても構わない。
【００７４】
図５はこのようなガス流路に沿って複数の電極を直線状に形成させた場合の本発明に係る燃料電池の他の実施例を示す断面図であり、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。
【００７５】
例えば、図５中”ＥＤ７１”、”ＥＤ７２”，”ＥＤ７３”、”ＥＤ７４”、”ＥＤ７５”及び”ＥＤ７６”に示す複数の電極は図５中”ＧＴ７１”に示すガス流路に沿って直線状に形成されている。言い換えれば、直線状の電極がガスの流れる方向に複数の電極に分割されて配置されている。
【００７６】
このような複数の電極の内任意の２つの電極を選択して静電容量測定手段６１で静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水分量の分布や変化を測定することができる。
【００７７】
例えば、静電容量が導通して抵抗成分として測定されることによって識別される流路閉塞がガス流路を順次移動していく場合、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）に分割された複数の電極の適宜選択していくことにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水の移動の状況を把握することができる。
【００７８】
言い換えれば、静電容量測定手段６１がガスの流れる方向（ガス流路に沿って）に分割された複数の電極を走査して静電容量を測定することにより、ガスの流れる方向（ガス流路に沿って）の水の移動の状況を把握することができる。
【００７９】
また、図１及び図２に示す実施例の説明に際しては、ガス流路３６及びガス流路３７は各々の触媒層・拡散層上を蛇行するように形成されている旨例示したが、勿論これに限定されるものではなく、ガス流路は直線状であってもその他の形状であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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】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３】静電容量の測定方法を説明する説明図である。
【図４】電極から見た等価回路を示す回路図である。
【図５】本発明に係る燃料電池の他の実施例を示す断面図である。
【図６】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７】従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図８】従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図９】従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の水分量を静電容量として測定することが可能な燃料電池の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，４，３３  電解質膜
２，３，５，６，３４，３５  触媒層・拡散層
７，８，３６，３７  ガス流路
９，１０，２１，２２，５８，５９  セパレータ
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７  電極
３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７  絶縁部材
６０  外部負荷
６１  静電容量測定手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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