(57)【要約】【課題】  水分量を温度変化や経時変化に影響を受けることなく計測することが可能な燃料電池を実現する。【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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、第１及び第２の触媒層・拡散層上であって各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測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、電極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
2007188713.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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測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、前記電極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】
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
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、
前記各ガス流路内に形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
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、
前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【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計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測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、前記電極上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段と
を備えたことを特徴とする水分量計測装置。
【請求項５】
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計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
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、
前記各ガス流路内に形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と、
前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段と
を備えたことを特徴とする水分量計測装置。
【請求項６】
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計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、
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、
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、
前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と、
前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段と
を備えたことを特徴とする水分量計測装置。
【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、特に燃料電池の特性に大きく影響を及ぼす水分量を温度変化や経時変化に影響を受けることなく計測することが可能な燃料電池及び水分量計測装置に関する。
【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２００３−２９７４０１号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７４０８号公報
【特許文献４】特開２００４−１４６２３６号公報
【特許文献５】特開２００４−１４６２６７号公報
【特許文献６】特開２００５−０７９０７６号公報
【特許文献７】特開２００５−２２２８５４号公報
【０００４】
図９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９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９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９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９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１０及び図１１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１０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１１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１０において５は電解質膜、６はアノード側の触媒層・拡散層、７はカソード側の触媒層・拡散層、８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、９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、１０はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１１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５の両面には触媒層・拡散層６及び触媒層・拡散層７がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層６の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路８が形成され、触媒層・拡散層７の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路９が形成される。
【００１１】
例えば、ガス流路８及びガス流路９は図１１中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層６及び触媒層・拡散層７上を蛇行するように形成されている。
【００１２】
さらに、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、ガス流路９が形成されていない触媒層・拡散層７及びガス流路９の上にはセパレータ１１が形成される。
【００１３】
ここで、図１０及び図１１に示す従来例の動作を説明する。ガス流路８には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路９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１１中”ＩＮ１１”に示す供給口から各ガスが供給され、図１１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６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７側では電解質膜５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６及びカソード側の触媒層・拡散層７（具体的には、セパレータ１０とセパレータ１１）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６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、電解質膜５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４」には燃料電池内部の水分量を計測する手段を設けた燃料電池が記載されている。
【００１７】
具体的には、ガス流路に対向した２つの電極を配置して、２つの電極の静電容量を計測して水分量を算出したり、拡散層部分、或いは、電解質部分に対向した２つの電極を配置して、２つの電極の静電容量を計測して水分量を算出したりする例が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、「特許文献４」に記載された水分量の計測では２つの電極が対向した部分における水分量しか計測することはできず、燃料電池全体の水分量の分布を把握することはできないといった問題点があった。
【００１９】
また、従来例では燃料電池全体の温度変化や経時変化に伴う静電容量の変化と、水分量の変化が区別することができず、正確に水分量を計測することが困難であるとい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、水分量を温度変化や経時変化に影響を受けることなく計測することが可能な燃料電池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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測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、前記電極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、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００２１】
請求項２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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、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、前記各ガス流路内に形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極とを備えたことにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。また、ガス流路内の水分量をより正確に計測することが可能となる。
【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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、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、前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極とを備えたことにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。また、各電極の形成が容易になる。
【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の水分量計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、前記第１及び第２の触媒層・拡散層上であって前記各ガス流路の間に形成され表面を絶縁膜で覆われた静電容量を計測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、前記電極上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段とを備えたことにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００２４】
請求項５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計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、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、前記各ガス流路内に形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と、前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段と
を備えたことにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。また、ガス流路内の水分量をより正確に計測することが可能となる。
【００２５】
請求項６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計測装置において、
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及び第２の触媒層・拡散層の一部にそれぞれ形成される標準ガスの第１及び第２のガス流路と、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、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、前記第１及び第２のセパレータ内であって前記各ガス流路に接するように形成され前記第１若しくは第２のセパレータに接する面に絶縁膜を有する静電容量を計測するための複数の電極と、前記複数の電極により標準ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、前記複数の電極により燃料ガスの前記ガス流路及び酸化ガスの前記ガス流路近傍の静電容量を計測し、２つの静電容量の差分の求め水分量を計算する計測手段とを備えたことにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。また、各電極の形成が容易になる。
【発明の効果】
【００２６】
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及び請求項６の発明によれば、燃料ガス及び酸化ガスを供給するガス流路の他に、カソード側及びアノード側の触媒層・拡散層上に標準ガスを供給するガス流路及び各ガス流路間等に静電容量計測用の電極を設けると共に、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路近傍の静電容量と標準ガスのガス流路近傍の静電容量との差分を求めることにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【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。
【００２８】
図１において、１２は電解質膜、１３はアノード側の触媒層・拡散層、１４はカソード側の触媒層・拡散層、１５はアノード側に形成された標準ガス（例えば、不活性ガスで、燃焼ガスおよび酸化ガスの温度と等しく露点が既知のガス）のガス流路、１６はカソード側に形成された標準ガスのガス流路、１７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、１８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、１９はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、２０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。
【００２９】
また、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１及び３２は表面を図１中”ＩＬ２１”に示すような絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極である。
【００３０】
電解質膜１２の両面には触媒層・拡散層１３及び触媒層・拡散層１４がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層１３の上の一部には標準ガスのガス流路１５と、触媒層・拡散層１４の上の一部には標準ガスのガス流路１６とがそれぞれ形成される。
【００３１】
例えば、ガス流路１５及びガス流路１６は図２中”ＧＴ３１”に示すように触媒層・拡散層１３及び触媒層・拡散層１４上の一部に直線状に形成されている。
【００３２】
さらに、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１７が形成され、触媒層・拡散層１４の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路１８が形成される。
【００３３】
例えば、ガス流路１７及びガス流路１８は図２中”ＧＴ３２”に示すように触媒層・拡散層１３及び触媒層・拡散層１４上を蛇行するように形成されている。
【００３４】
また、触媒層・拡散層１３上であって、ガス流路１５及び１７の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極２１，２３，２５，２７，２９及び３１がそれぞれ形成され、触媒層・拡散層１４上であって、ガス流路１６及び１８の間には絶縁膜で覆われ静電容量を計測するための電極２２，２４，２６，２８，３０及び３２がそれぞれ形成される。
【００３５】
例えば、電極２１，２３，２５，２７，２９及び３１は図２中”ＥＬ３１”、”ＥＬ３２”，”ＥＬ３３”、”ＥＬ３４”、”ＥＬ３５”及び”ＥＬ３６”に示すように触媒層・拡散層１３上に直線状に形成されている。
【００３６】
同様に、例えば、電極２２，２４，２６，２８，３０及び３２は図２中”ＥＬ３１”、”ＥＬ３２”，”ＥＬ３３”、”ＥＬ３４”、”ＥＬ３５”及び”ＥＬ３６”に示すように触媒層・拡散層１４上に直線状に形成されている。
【００３７】
そして、ガス流路１５及びガス流路１７、電極２１，２３，２５，２７，２９及び３１がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層１３、並びに、ガス流路１５及びガス流路１７、電極２１，２３，２５，２７，２９及び３１の上にはセパレータ１９が形成され、ガス流路１６及びガス流路１８、電極２２，２４，２６，２８，３０及び３２がそれぞれ形成されていない触媒層・拡散層１４、並びに、ガス流路１６及びガス流路１８、電極２２，２４，２６，２８，３０及び３２の上にはセパレータ２０が形成される。
【００３８】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３、図４及び図５は静電容量の計測方法を説明する説明図であり、図３、図４及び図５において符号は図１と同一符号を付してある。
【００３９】
ガス流路１５及びガス流路１６には標準ガス供給され、ガス流路１７には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路１８には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。
【００４０】
例えば、図２中”ＩＮ３１”に示す供給口から標準ガスが供給され、図２中”ＯＴ３１”に示す排気口から標準ガスが放出され、図２中”ＩＮ３２”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図２中”ＯＴ３２”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００４１】
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１４側では電解質膜１２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。
【００４２】
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１４（具体的には、セパレータ１９とセパレータ２０）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６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。
【００４３】
このような燃料電池の動作状態において、図３中”ＥＦ４１”に示すように電極２１と電極２３との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２１と電極２３との間のガス流路１５、触媒層・拡散層１３及び電解質膜１２の水分量を計測することができる。
【００４４】
同様に、図３中”ＥＦ４２”に示すように電極２３と電極２５との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２３と電極２５との間のガス流路１７、触媒層・拡散層１３及び電解質膜１２の水分量を計測することができる。
【００４５】
ここで、ガス流路１５及び１６には標準ガスが供給されているので、電極２１と電極２３との間の静電容は既知の一定な水分量の静電容量として計測されることになる。
【００４６】
従って、図３中”ＥＦ４１”に示すように電極２１と電極２３との間の静電容量と、既知である図３中”ＥＦ４２”に示すように電極２３と電極２５との間の静電容量の差分を求めることにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００４７】
また、図４中”ＥＦ５１”に示すように電極２１と電極２４との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２１と電極２４との間の触媒層・拡散層１３、電解質膜１２及び触媒層・拡散層１４の水分量を計測することができる。
【００４８】
同様に、図４中”ＥＦ５２”に示すように電極２３と電極２６との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２３と電極２６との間の触媒層・拡散層１３、電解質膜１２及び触媒層・拡散層１４の水分量を計測することができる。
【００４９】
ここで、ガス流路１５及び１６には標準ガスが供給されているので、電極２１と電極２４との間の静電容は既知の一定な水分量の静電容量として計測されることになる。
【００５０】
従って、図４中”ＥＦ５１”に示すように電極２１と電極２４との間の静電容量と、既知である図４中”ＥＦ５２”に示すように電極２３と電極２６との間の静電容量の差分を求めることにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００５１】
さらに、図５中”ＥＦ６１”に示すように電極２３と電極２４との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２３と電極２４との間の触媒層・拡散層１３、電解質膜１２及び触媒層・拡散層１４の水分量を計測することができる。
【００５２】
同様に、図５中”ＥＦ６２”に示すように電極２５と電極２６との間の静電容量を計測手段（図示せず。）で計測することにより、電極２５と電極２６との間の触媒層・拡散層１３、電解質膜１２及び触媒層・拡散層１４の水分量を計測することができる。
【００５３】
ここで、ガス流路１５及び１６には標準ガスが供給されているので、電極２１と電極２２との間の静電容は既知の一定な水分量の静電容量として計測されることになる。
【００５４】
従って、計測手段（図示せず。）で、図５中”ＥＦ６１”に示すように電極２３と電極２４との間の静電容量を計測し、既知である図５中”ＥＦ６２”に示すように電極２５と電極２６との間の静電容量を計測し、両者の差分を求めて水分量を計算することにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００５５】
この結果、燃料ガス及び酸化ガスを供給するガス流路の他に、カソード側及びアノード側の触媒層・拡散層上に標準ガスを供給するガス流路及び各ガス流路間に静電容量計測用の電極を設けると共に、計測手段（図示せず。）で、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路近傍の静電容量と標準ガスのガス流路近傍の静電容量との差分を求めることにより、燃料電池の有する温度による静電容量の影響や、経時的な影響等の燃料電池全体に影響を及ぼす静電容量が相殺されることになる。
【００５６】
なお、図１及び図２に示す実施例では、静電容量を計測する電極はガス流路の間に設けられていたが、ガス流路の内側に設けても構わない。
【００５７】
図６及び図７はこのような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。
【００５８】
図６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標準ガスのガス流路、３７はカソード側に形成された標準ガスのガス流路、３８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、３９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、４０はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、４１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。
【００５９】
また、４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０及び５１は各ガス流路内であってセパレータ４０、若しくは、セパレータ４１に接する面に図６中”ＩＬ７１”に示すような絶縁膜が形成され静電容量を計測するための電極である。
【００６０】
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の上には標準ガスのガス流路３６と、触媒層・拡散層３５の上には標準ガスのガス流路３７とがそれぞれ形成される。
【００６１】
例えば、ガス流路３６及びガス流路３７は図７中”ＧＴ８１”に示すように触媒層・拡散層３４及び触媒層・拡散層３５上の一部に直線状に形成されている。
【００６２】
さらに、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３８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３９が形成される。
【００６３】
例えば、ガス流路３８及びガス流路３９は図７中”ＧＴ８２”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。
【００６４】
また、ガス流路３６及びガス流路３８内であってセパレータ４０に接する面の一部に静電容量を計測するための電極４２，４４，４６，４８及び５０がそれぞれ形成され、ガス流路３７及びガス流路３９内であってセパレータ４１に接する面の一部に静電容量を計測するための電極４３，４５，４７，４９及び５１がそれぞれ形成される。
【００６５】
但し、各電極４２〜５１は、セパレータ４０、若しくは、セパレータ４１に接する面に図６中”ＩＬ７１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００６６】
例えば、電極４２，４４，４６，４８及び５０は図７中”ＥＬ８１”、”ＥＬ８２”，”ＥＬ８３”、”ＥＬ８４”及び”ＥＬ８５”に示すように図７中”ＧＴ８１”に示すガス流路内、若しくは、図７中”ＧＴ８２”に示すガス流路内に直線状に形成されている。
【００６７】
同様に、例えば、電極４３，４５，４７，４９及び５１は図７中”ＥＬ８１”、”ＥＬ８２”，”ＥＬ８３”、”ＥＬ８４”及び”ＥＬ８５”に示すように図７中”ＧＴ８１”に示すガス流路内、若しくは、図７中”ＧＴ８２”に示すガス流路内に直線状に形成されている。
【００６８】
そして、ガス流路３６及びガス流路３８が形成されていない触媒層・拡散層３４、並びに、ガス流路３６及びガス流路３８の上にはセパレータ４０が形成され、ガス流路３７及びガス流路３９が形成されていない触媒層・拡散層３５、並びに、ガス流路３７及びガス流路３９の上にはセパレータ４１が形成される。
【００６９】
ここで、図６及び図７に示す実施例の動作を説明する。但し、基本的な動作は図１及び図２に示す実施例と同様であるのでその説明を省略する。
【００７０】
図６に示す実施例では、静電容量を計測する電極４２〜５１がガス流路内に形成されているので、ガス流路内の水分量をより正確に計測することが可能となる。
【００７１】
この結果、静電容量を計測する電極をガス流路内に形成することにより、ガス流路内の水分量をより正確に計測することが可能となる。
【００７２】
また、図６に示す実施例では、ガス流路内に電極４２〜５１を形成する構成となっているが、セパレータ内であってガス流路に接する部分に電極を形成しても構わない。図６はこのような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である
【００７３】
図８はこのような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８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である。
【００７４】
図８において、５２は電解質膜、５３はアノード側の触媒層・拡散層、５４はカソード側の触媒層・拡散層、５５はアノード側に形成された標準ガスのガス流路、５６はカソード側に形成された標準ガスのガス流路、５７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、５８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、５９はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、６０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。
【００７５】
また、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９及び７０はセパレータ５９、若しくは、セパレータ６０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計測するための電極である。但し、電極６１〜７０のセパレータ５９、若しくは、セパレータ６０に接する面には図８中”ＩＬ９１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００７６】
電解質膜５２の両面には触媒層・拡散層５３及び触媒層・拡散層５４がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層５３の上には標準ガスのガス流路５５と、触媒層・拡散層５４の上には標準ガスのガス流路５６とがそれぞれ形成される。
【００７７】
例えば、ガス流路５５及びガス流路５６は図７中”ＧＴ８１”に示すように触媒層・拡散層５３及び触媒層・拡散層５４上の一部に直線状に形成されている。
【００７８】
さらに、触媒層・拡散層５３の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路５７が形成され、触媒層・拡散層５４の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路５８が形成される。
【００７９】
例えば、ガス流路５７及びガス流路５８は図７中”ＧＴ８２”に示すように触媒層・拡散層５３及び触媒層・拡散層５４上を蛇行するように形成されている。
【００８０】
また、セパレータ５９内であってガス流路５５及びガス流路５７に接する面の一部に静電容量を計測するための電極６１，６３，６５，６７及び６９がそれぞれ形成され、セパレータ６０内であってガス流路５６及びガス流路５８に接する面の一部に静電容量を計測するための電極６２，６４，６６，６８及び７０がそれぞれ形成される。
【００８１】
但し、各電極６１〜７０は、セパレータ５９、若しくは、セパレータ６０に接する面に図８中”ＩＬ９１”に示すような絶縁膜が形成されている。
【００８２】
例えば、電極６１，６３，６５，６７及び６９は図７中”ＥＬ８１”、”ＥＬ８２”，”ＥＬ８３”、”ＥＬ８４”及び”ＥＬ８５”に示すように図７中”ＧＴ８１”に示すガス流路に接するように、若しくは、図７中”ＧＴ８２”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。
【００８３】
同様に、例えば、電極６２，６４，６６，６８及び７０は図７中”ＥＬ８１”、”ＥＬ８２”，”ＥＬ８３”、”ＥＬ８４”及び”ＥＬ８５”に示すように図７中”ＧＴ８１”に示すガス流路に接するように、若しくは、図７中”ＧＴ８２”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。
【００８４】
そして、ガス流路５５及びガス流路５７が形成されていない触媒層・拡散層５３、並びに、ガス流路５５及びガス流路５７、電極６１，６３，６５，６７及び６９の上にはセパレータ６９が形成され、ガス流路５６及びガス流路５８が形成されていない触媒層・拡散層５４、並びに、ガス流路５６及びガス流路５８、電極６２，６４，６６，６８及び７０の上にはセパレータ７０が形成される。
【００８５】
ここで、図８に示す実施例の動作を説明する。但し、基本的な動作は図１及び図２に示す実施例と同様であるのでその説明を省略する。
【００８６】
図８に示す実施例では、静電容量を計測する電極６１〜７０をガス流路内ではなく、セパレータ５９、若しくは、セパレータ６０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７に示す実施例と比較して各電極の形成が容易になる。
【００８７】
この結果、静電容量を計測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。
【００８８】
また、静電容量を計測する電極の形成位置に関しては、図１、図６及び図８と３つの例を例示しているが、勿論、図１に示す実施例と図６に示す実施例の構成の組み合わせ、図１に示す実施例と図８に示す実施例の構成の組み合わせであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【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】静電容量の計測方法を説明する説明図である。
【図４】静電容量の計測方法を説明する説明図である。
【図５】静電容量の計測方法を説明する説明図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】従来の燃料電池の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の燃料電池の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１，５，１２，３３，５２  電解質膜
２，３，６，７，１３，１４，３４，３５，５３，５４  触媒層・拡散層
８，９，１５，１６，１７，１８，３６，３７，３８，３９，５５，５６，５７，５８  ガス流路
１０，１１，１９，２０，４０，４１，５９，６０  セパレータ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０  電極
【図１】
2007188713.tif 000003
【図２】
2007188713.tif 000004
【図３】
2007188713.tif 000005
【図４】
2007188713.tif 000006
【図５】
2007188713.tif 000007
【図６】
2007188713.tif 000008
【図７】
2007188713.tif 000009
【図８】
2007188713.tif 000010
【図９】
2007188713.tif 000011
【図１０】
2007188713.tif 000012
【図１１】
2007188713.tif 000013