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JP2001167780A - Cell for fuel cell - Google Patents

Cell for fuel cell

Info

Publication number
JP2001167780A
JP2001167780A JP34720599A JP34720599A JP2001167780A JP 2001167780 A JP2001167780 A JP 2001167780A JP 34720599 A JP34720599 A JP 34720599A JP 34720599 A JP34720599 A JP 34720599A JP 2001167780 A JP2001167780 A JP 2001167780A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
fuel cell
hydrogen concentration
hydrogen
polymer film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP34720599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiki Ito
栄基 伊藤
Toshiro Kobayashi
敏郎 小林
Takuya Moriga
卓也 森賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP34720599A priority Critical patent/JP2001167780A/en
Publication of JP2001167780A publication Critical patent/JP2001167780A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell for a fuel cell that can precisely detect reduction of hydrogen concentration damaging the electrodes of the fuel cell, and can monitor the hydrogen concentration with a small size and simple device for a safe operation of the fuel cell. SOLUTION: The cell consists of a high polymer film, and an electrode carbon metal and a separator provided at both sides of the high polymer film, respectively. A reaction gas path is formed to a gas outlet from a gas inlet in the cell, and a hydrogen concentration detector is provided just in front of the gas outlet of the reaction gas path.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素濃度検知器を
備えた燃料電池用セルに関し、さらに詳しくは、固体高
分子型燃料電池の各セル内における水素濃度を測定でき
る燃料電池用セルに関する。
The present invention relates to a fuel cell having a hydrogen concentration detector, and more particularly to a fuel cell capable of measuring the hydrogen concentration in each cell of a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池本体では、セルが
多数積層されてスタックを構成しており、各セルには反
応ガスが供給される構造になっている。それぞれのセル
は通常水素側セパレータと、高分子膜と、酸素側セパレ
ータとからなっており、水素ガスや酸素ガスを各セル内
に均一に分布させることが必要であり、これらガスの量
によって発電の能力(性能)が決まる。このようにガス
系統としては2系統が存在しており、一方は、水素ガス
が供給されて排出される系統であり、他方は、酸素ガス
が供給されて排出される系統である。それらのセパーレ
ータの中央には高分子膜が設けられている。
2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell body, a large number of cells are stacked to form a stack, and each cell is supplied with a reaction gas. Each cell usually consists of a hydrogen-side separator, a polymer membrane, and an oxygen-side separator, and it is necessary to distribute hydrogen gas and oxygen gas evenly in each cell. Ability (performance) is determined. As described above, there are two gas systems, one is a system in which hydrogen gas is supplied and discharged, and the other is a system in which oxygen gas is supplied and discharged. A polymer film is provided at the center of these separators.

【0003】図3は、セル/セパレータ面上での反応ガ
スの流路を示す図であり、図4は、セル内での入口側か
ら出口側までの水素濃度変化の概略を示す図である。通
常、セパレーターの面上を、ガス入口側からガス出口側
へ向かって、反応ガスを流す際には、供給マニホールド
9から反応ガスが入ってくる。ここで、ガスが均一に流
れずに十分な流速が得られない場合には、絶対的な水素
の流量が不足してしまう。ガス入口側から出口側への水
素の濃度は、図4において、正常の場合は(a)のよう
に減少していく。これに対して、異常時には水素濃度の
減少の仕方が急激になって、(b)のような状況にな
る。そして、セパレータの水素側では、反応ガスについ
ての水素ガス濃度供給下限界がある。燃料電池が発電し
ていて電流が流れている際に、水素が不足してしまう
と、水素を消費する代わりに、水(H2O)が電気分解
されて酸素(O2)を発生する。その発生した酸素と、
セル自体を形成している炭素材料とが反応(結合)し
て、燃焼してしまい二酸化炭素や一酸化炭素になること
が起こり得る。このような水素不足状態である水素濃度
下限界以下で、燃料電池の使用を継続した場合には、セ
ルが破損して使用できなくなる問題が生じかねない。
FIG. 3 is a diagram showing a flow path of a reaction gas on a cell / separator surface, and FIG. 4 is a diagram schematically showing a change in hydrogen concentration from an inlet side to an outlet side in a cell. . Normally, when the reaction gas flows from the gas inlet side to the gas outlet side on the surface of the separator, the reaction gas enters from the supply manifold 9. Here, if the gas does not flow uniformly and a sufficient flow rate cannot be obtained, the absolute flow rate of hydrogen is insufficient. In FIG. 4, the hydrogen concentration from the gas inlet side to the gas outlet side decreases as shown in FIG. On the other hand, in the case of an abnormality, the way of decreasing the hydrogen concentration becomes sharp, and the situation as shown in FIG. Then, on the hydrogen side of the separator, there is a lower limit of the supply of the hydrogen gas concentration for the reaction gas. When the fuel cell is generating power and current is flowing, if hydrogen is insufficient, instead of consuming hydrogen, water (H 2 O) is electrolyzed to generate oxygen (O 2 ). With the oxygen generated,
The carbon material forming the cell itself reacts (combines) with it and burns, possibly resulting in carbon dioxide or carbon monoxide. If the use of the fuel cell is continued below the lower limit of the hydrogen concentration, which is a hydrogen deficient state, the cell may be damaged and may become unusable.

【0004】一方、セル内での水素濃度測定は、通常、
計測器が一定の容積を有するため、装置自体が大型化あ
るいは極めて複雑化してしまうという問題がある。ま
た、これらの装置を組み込む場合には、コスト的にも高
価になりやすい。他方、上述したように水素濃度測定を
全く行わない場合、水素濃度が低下している際にも発電
してしまうため、電極基材の主材料である炭素が水素の
代わりに消費されてしまい、電極基材自体の破壊が生じ
うる。さらに、この水素濃度検出は各セル毎に測定する
ことが望ましいが、計測器のコンパクト化および軽量化
の面から、通常の測定器を設置することは困難である。
On the other hand, measurement of hydrogen concentration in a cell is usually
Since the measuring instrument has a fixed volume, there is a problem that the apparatus itself becomes large or extremely complicated. When these devices are incorporated, the cost tends to be high. On the other hand, when the hydrogen concentration measurement is not performed at all as described above, since power is generated even when the hydrogen concentration is reduced, carbon, which is a main material of the electrode base material, is consumed instead of hydrogen, Destruction of the electrode substrate itself may occur. Further, this hydrogen concentration detection is desirably measured for each cell, but it is difficult to install a normal measuring instrument in view of downsizing and weight saving of the measuring instrument.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、燃料電池において電極を破損させる原因と
なる水素濃度の低減を精度良く検知できるとともに、小
型で簡略化された装置によって水素濃度をモニタして安
全な燃料電池の運転を可能とするセルを開発すべく、鋭
意検討した。その結果、本発明者らは、セルの反応ガス
溝の水素濃度を常にモニターできるように、水素ガス出
口直前に水素濃度モニターを設けることによって、かか
る問題点が解決されることを見い出した。本発明は、か
かる見地より完成されたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have been able to accurately detect a decrease in hydrogen concentration that causes damage to an electrode in a fuel cell, and to provide a small and simplified device. The intense study was conducted to develop a cell that enables safe fuel cell operation by monitoring the hydrogen concentration. As a result, the present inventors have found that such a problem can be solved by providing a hydrogen concentration monitor immediately before the hydrogen gas outlet so that the hydrogen concentration in the reaction gas groove of the cell can be constantly monitored. The present invention has been completed from such a viewpoint.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、高
分子膜と、該高分子膜両側の電極カーボン部材およびセ
パレータと、からなるセルであって、該セル内にガス入
口側からガス出口側に向かって反応ガス流路が設けられ
ており、該反応ガス流路のガス出口直前に水素濃度検出
部を有することを特徴とする燃料電池用セルを提供する
ものである。上記水素濃度検出部としては、高分子膜両
側の電極カーボン部材の一部にそれぞれ設けられた絶縁
体(B)と、該絶縁体(B)に積層して両側のセパレータの
一部にそれぞれ設けられた絶縁体(A)と、高分子膜両側
で該絶縁体により絶縁されたセパレータ部分を接続する
リード線と、を有する態様が好適である。そして、セル
の面方向における上記絶縁体の幅は、100μm以上1
000μm以下であることが好ましい。また、上記電極
カーボン部材は、カーボンペーパー又はカーボンクロス
であることが望ましい。また、本発明は、上記いずれか
の燃料電池用セルを積層したことを特徴とする燃料電池
スタックをも提供するものであり、通常10〜500枚
のセルを積層する。
That is, the present invention relates to a cell comprising a polymer film, an electrode carbon member and a separator on both sides of the polymer film, and a gas outlet from a gas inlet side to a gas outlet in the cell. The present invention provides a fuel cell, characterized in that a reaction gas flow path is provided toward the side, and a hydrogen concentration detector is provided immediately before a gas outlet of the reaction gas flow path. As the hydrogen concentration detection unit, an insulator (B) provided on a part of the electrode carbon member on both sides of the polymer film, and provided on a part of the separator on both sides by being laminated on the insulator (B). It is preferable that the insulator (A) be provided and lead wires connecting the separator portions insulated by the insulator on both sides of the polymer film. The width of the insulator in the surface direction of the cell is 100 μm or more and 1 μm or more.
It is preferably not more than 000 μm. The electrode carbon member is desirably carbon paper or carbon cloth. The present invention also provides a fuel cell stack characterized by stacking any one of the fuel cell cells described above, and usually stacks 10 to 500 cells.

【0007】本発明では、水素濃度不足による電極破壊
事故を未然に防止すべく、セルの反応ガス溝の水素濃度
を常にモニターできるように、ガス出口側の直前に水素
濃度検出部を設ける。ここで、水素濃度モニターとして
は、通常の水素濃度検知装置や半導体による検出器等も
挙げられるが、本発明においては、装置の軽量化・簡略
化、さらにはコスト低減の観点から、コンパクトであっ
て、簡単な付随装置として、セル内に水素濃度検出部を
設けるものである。本発明では、発電量をモニターする
ことによって、各セル内のガス流路における実際の水素
濃度を把握することができる。
In the present invention, in order to prevent an electrode destruction accident due to insufficient hydrogen concentration, a hydrogen concentration detector is provided immediately before the gas outlet so that the hydrogen concentration in the reaction gas groove of the cell can be constantly monitored. Here, examples of the hydrogen concentration monitor include a normal hydrogen concentration detection device and a semiconductor detector. However, in the present invention, the hydrogen concentration monitor is compact from the viewpoint of weight reduction and simplification of the device and further cost reduction. As a simple auxiliary device, a hydrogen concentration detector is provided in the cell. In the present invention, the actual hydrogen concentration in the gas flow path in each cell can be ascertained by monitoring the amount of power generation.

【0008】本発明の好ましい態様として、セルの一部
分について周囲を絶縁(孤立)して、その絶縁部に電気
を流して計測モニターする。絶縁部は、セパレータ内の
ガス流路の出口側に設け、排出マニホールドの直前であ
る。そして、積層されたスタックの各セルには、全て水
素濃度検出部(モニター)を設けてあることが好まし
い。なお、必要に応じて、例えばコスト面から、水素濃
度検出部を有さないセルと組み合わせて、本発明のセル
を使用して燃料電池スタックを構成する態様も可能であ
り、さらに加えてマニホールドから排出されたガスにつ
いて、システム全体として水素濃度を測定する装置を別
途設けても良い。
In a preferred embodiment of the present invention, the periphery of a part of the cell is insulated (isolated), and electricity is supplied to the insulating part for monitoring. The insulating part is provided on the outlet side of the gas flow path in the separator, and is located immediately before the discharge manifold. It is preferable that each cell of the stacked stack is provided with a hydrogen concentration detecting unit (monitor). If necessary, for example, from the viewpoint of cost, a mode in which a fuel cell stack is configured using the cell of the present invention in combination with a cell having no hydrogen concentration detection unit is also possible. An apparatus for measuring the hydrogen concentration of the discharged gas as a whole system may be separately provided.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の燃料電池用セルは、PE
FC水素濃度モニタを当該セルのガス流路における出口
側の最後に部分に有するものである。燃料電池スタック
においては、モニタ(濃度検出部)は各セル毎に必要で
あり、複数積層されたセルから流れたものを全体として
測定したのでは、各セルに異常が生じたか否か、判断で
きない。つまり、他のセルから流れてきたガスと混合し
てしまった後では、各セル内での水素濃度の低下が検出
できない。例えば、反応ガス流路にゴミが詰まってしま
い流路が塞がれているセルがある場合、各セル毎の測定
によってのみ異常を検出できる。一方、各セル毎に通常
の水素検知器を設けていたのでは構造が複雑、かつ高価
になってしまう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The fuel cell of the present invention is made of PE
An FC hydrogen concentration monitor is provided at the last part on the outlet side in the gas flow path of the cell. In the fuel cell stack, a monitor (concentration detection unit) is required for each cell, and it is not possible to determine whether or not an abnormality has occurred in each cell by measuring the flow from a plurality of stacked cells as a whole. . That is, after mixing with the gas flowing from the other cells, a decrease in the hydrogen concentration in each cell cannot be detected. For example, when there is a cell in which the reaction gas flow path is clogged with dust and the flow path is blocked, an abnormality can be detected only by measuring each cell. On the other hand, if a normal hydrogen detector is provided for each cell, the structure becomes complicated and expensive.

【0010】その点、本発明のセルを用いれば、水素濃
度測定に特別の水素検出器を別途設ける必要がなく、電
池の機能をそのまま利用して水素濃度を測定できる。そ
して、本発明では、絶縁体を設けて、その絶縁した部分
にリード線を繋げれば、水素濃度検知が可能である。以
下、本発明に係る燃料電池用セルについて、添付図面を
参照しながら、その具体的な実施形態を詳細に説明す
る。
On the other hand, if the cell of the present invention is used, it is not necessary to separately provide a special hydrogen detector for measuring the hydrogen concentration, and the hydrogen concentration can be measured using the function of the battery as it is. In the present invention, hydrogen concentration can be detected by providing an insulator and connecting a lead wire to the insulated portion. Hereinafter, specific embodiments of the fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0011】実施の形態 図1に、本発明に係る燃料電池用セルの一例を示す。本
実施の形態では、図1に示すように出口直前の電極の一
部を電気的に独立させて、その絶縁部を流れる電流を測
定することによって水素濃度を算出し、水素濃度が電極
の破損する下限界以下にならないように運転する。ここ
では高分子膜1(イオン交換膜)の両面に、電極となる
カーボンペーパー等が圧着プレスなどによって張り付け
てある。電極カーボン部材としては、カーボンペーパー
又はカーボンクロス等を用いるのが好ましい。その両側
に反応ガス溝11を有するセパレータが設けられてお
り、これら一体でセルを構成する。このセルを積層した
ものがスタックであり、1つのセルで発生する起電力が
例えば0.7Vである場合、セルを100枚積層すれば
約70Vのスタックになる。高分子膜1の両側には、白
金触媒が塗布されており、これら触媒の外側に電極カー
ボン部材が設けられている。
Embodiment FIG. 1 shows an example of a fuel cell according to the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a part of the electrode immediately before the outlet is made electrically independent, and the hydrogen concentration is calculated by measuring the current flowing through the insulating part. Do not fall below the lower limit. Here, carbon paper or the like serving as an electrode is adhered to both surfaces of the polymer membrane 1 (ion exchange membrane) by a compression press or the like. It is preferable to use carbon paper, carbon cloth, or the like as the electrode carbon member. Separators having reaction gas grooves 11 are provided on both sides thereof, and these constitute a cell integrally. The stack of these cells is a stack. If the electromotive force generated in one cell is, for example, 0.7 V, a stack of about 70 V is obtained by stacking 100 cells. A platinum catalyst is applied to both sides of the polymer film 1, and an electrode carbon member is provided outside the catalyst.

【0012】図2に、絶縁体により絶縁された部分(絶
縁部)に、リード線を配した水素濃度検出部の断面図を
示す。図2のセルでは、上面の水素側セパレータ2の下
にカーボンペーパー6、下面の酸素側セパレータ3の上
にカーボンペーパー6、その中央部に高分子膜1を設け
てある。本実施の形態では、この図2に示すように、水
素濃度検出部のセパレータでは、絶縁体Aによって電気
的に絶縁されている。同様にカーボンペーパー6では、
絶縁体Bによって電気的に絶縁されている。この絶縁部
を外部から接続するリード線について電流を測定するこ
とにより、絶縁部での水素濃度を測定することができ
る。つまり、発電部分である反応ガス流路を有する面上
に絶縁部分を設けることによって、この部分だけを孤立
させてガス出口直前の水素濃度を測定できる。ガス出口
直前としたのは、当該部分が、セル内での反応によって
水素濃度が最も低下する箇所だからであり、この部分に
おける水素濃度検出によって水素濃度下限界を超えてい
ないか、判定することが必要である。
FIG. 2 is a sectional view of a hydrogen concentration detecting section in which a lead wire is provided at a portion (insulating section) insulated by an insulator. In the cell of FIG. 2, carbon paper 6 is provided below the hydrogen-side separator 2 on the upper surface, carbon paper 6 is provided on the oxygen-side separator 3 on the lower surface, and the polymer film 1 is provided at the center thereof. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the separator of the hydrogen concentration detecting section is electrically insulated by the insulator A. Similarly, in carbon paper 6,
It is electrically insulated by the insulator B. By measuring the current with respect to the lead wire connecting the insulating portion from the outside, the hydrogen concentration in the insulating portion can be measured. That is, by providing the insulating portion on the surface having the reaction gas flow path as the power generation portion, it is possible to measure the hydrogen concentration immediately before the gas outlet while isolating only this portion. The reason immediately before the gas outlet is that the portion is a portion where the hydrogen concentration is reduced most by the reaction in the cell. is necessary.

【0013】ここで、セパレータおよびカーボンペーパ
ーは比較的容易に絶縁ができるが、高分子膜1を絶縁す
ることは、製造工程あるいはガスシール工程の面で困難
であるとともに、コスト的にも高価であるため、通常は
絶縁せずにそのまま使用する。そのため、周囲の絶縁さ
れていない部分からのプロトンが絶縁部分の水素濃度測
定時に回り込んできて、水素濃度を正確に測定・制御す
ることができなくなることが考えられる。そのため、絶
縁体の幅Wは、プロトンの回り込みの影響がない程度に
広くすることが必要である。すなわち、高分子膜1中に
は、電気の流れが起こって、プロトンの移動が発生す
る。その際、絶縁部の外部で発生するプロトンと、絶縁
部内部で発生するプロトンとがあるが、絶縁部外部で発
生するプロトンも内部に流れ込んでくる可能性がある
(図2のr2)。このようなr2ルートと、r1ルートと
を分離ができなくなると濃度測定に誤差が大きくなるの
で、絶縁体A,Bの幅Wの距離を十分確保することが必
要である。一方、逆に幅Wがあまりに大きすぎると、セ
ル本来の役割を阻害するおそれもあるので好ましくな
い。
Here, the separator and the carbon paper can be relatively easily insulated, but it is difficult to insulate the polymer film 1 in the manufacturing process or the gas sealing process, and the cost is high. Therefore, it is usually used without insulation. For this reason, it is conceivable that protons from surrounding non-insulated portions may sneak in at the time of measuring the hydrogen concentration in the insulated portion, making it impossible to accurately measure and control the hydrogen concentration. Therefore, it is necessary to make the width W of the insulator wide so as not to be affected by the wraparound of the protons. That is, a flow of electricity occurs in the polymer membrane 1, and the movement of protons occurs. At this time, there are protons generated outside the insulating part and protons generated inside the insulating part. Protons generated outside the insulating part may flow into the inside (r 2 in FIG. 2 ). And such r 2 routes, since an error becomes large concentration measurement becomes impossible to separate the r 1 route, it is necessary to ensure insulation A, the distance of the width W of the B well. On the other hand, if the width W is too large, the original role of the cell may be impaired, which is not preferable.

【0014】周囲の非絶縁部分から絶縁するために、絶
縁体の幅Wは高分子膜中のイオン導電性(電気抵抗)か
ら、下記のように算出される。すなわち、温度80℃で
の高分子膜の面積抵抗[Ω・cm2]は、下式のように表
わせる。 rN = {1/σ(80℃)}×tN[cm] 式中、σはイオン導電性、tNはプロトンが移動する距
離を示す。そして、水素検出部(モニタ部)と発電部と
のプロトンを分離するための絶縁体の幅をWとすると、
プロトンが周囲から回り込む際の抵抗r2とr1との比
は、次式のように表わせる。
The width W of the insulator is calculated as follows from the ionic conductivity (electrical resistance) in the polymer film in order to insulate it from the surrounding non-insulating portions. That is, the sheet resistance [Ω · cm 2 ] of the polymer film at a temperature of 80 ° C. can be expressed by the following equation. r N = {1 / σ (80 ° C.)} × t N [cm] In the formula, σ indicates ionic conductivity, and t N indicates a distance traveled by protons. Then, assuming that the width of an insulator for separating protons between the hydrogen detection unit (monitor unit) and the power generation unit is W,
The ratio between the resistances r 2 and r 1 when protons flow around from the surroundings can be expressed by the following equation.

【0015】[0015]

【数1】 ここで、10%の誤差まで認めるとすると、(1)式の解は
0.1以下であり、
(Equation 1) Here, assuming that an error of up to 10% is accepted, the solution of equation (1) is 0.1 or less,

【数2】 となり、1%の誤差まで認めるとすると、(1)式の解は
0.01以下であり、
(Equation 2) Assuming that an error of 1% is accepted, the solution of equation (1) is 0.01 or less,

【数3】 となる。式中、r1はプロトンが高分子膜を直進する場
合の面積抵抗を示し、r2は絶縁部の外側から回り込む
プロトンの面積抵抗の最小値を示す。
(Equation 3) Becomes In the formula, r 1 indicates the sheet resistance when the proton goes straight through the polymer membrane, and r 2 indicates the minimum value of the sheet resistance of the proton wrapping around from outside the insulating portion.

【0016】高分子膜1の厚さについては特に限定され
るものではないが、通常10〜100μm、好ましくは
30〜80μmの範囲内にあり、よって、最も薄い場合
には約10μm程度の厚さである。これを上記10%の
誤差までを認める場合の式に当てはめると、約100μ
m以上の絶縁体の幅Wを有することが好ましいとわか
る。
Although the thickness of the polymer film 1 is not particularly limited, it is usually in the range of 10 to 100 μm, preferably 30 to 80 μm. It is. When this is applied to the above equation in which an error of up to 10% is recognized, about 100 μm is obtained.
It is understood that it is preferable to have an insulator width W of m or more.

【0017】このような水素濃度検出部を有する各セル
でモニターした水素濃度は、燃料電池スタックの電流密
度との関係で、判定プロセッサにより判定されて、正常
濃度又は過剰状態、あるいは、水素不足状態であるかが
各セルについて決定される。この判定結果に基づいて燃
料電池本体では、非常停止手段や電気的負荷除去手段に
よって、非常停止あるいは水素供給ライン流量調節等の
運転制御が行われる。このように本発明のセルを用いて
燃料電池本体のスタックを製造する場合、運転中の燃料
電池での各セルにおける水素濃度をモニタすることがで
きるので、安全な燃料電池の運転を行うことができる。
以下、実施例により、本発明のセルを用いた場合の燃料
電池運転制御の例を具体的に説明するが、本発明はこれ
らの実施例によって何ら制限されるものではない。
The hydrogen concentration monitored in each cell having such a hydrogen concentration detecting section is determined by a determination processor in relation to the current density of the fuel cell stack, and is determined to be a normal concentration or an excessive state, or a hydrogen deficient state. Is determined for each cell. On the basis of this determination result, in the fuel cell main body, operation control such as an emergency stop or a hydrogen supply line flow rate adjustment is performed by an emergency stop means or an electric load removing means. As described above, when the fuel cell body stack is manufactured using the cells of the present invention, the hydrogen concentration in each cell of the operating fuel cell can be monitored, so that the safe operation of the fuel cell can be performed. it can.
Hereinafter, examples of the fuel cell operation control using the cells of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0018】[0018]

【実施例】実施例1 図6に、本実施例の運転制御方法をブロック図として示
し、図7に、本実施例における判定プロセッサ内の信号
をフローチャート図で示す。ここでは、上述した各セル
(Xn)における水素検出部の電圧値は、燃料電池スタ
ックの電流密度とともに、判定プロセッサAに送られ
る。判定プロセッサAにおいては、図5に示すような標
準I−V曲線に基づいて、各セルについて該曲線よりも
上(a)にあるのか、下(b)にあるのかが判定される。通
常、曲線よりも上(a) 又は曲線上(誤差範囲を含む)に
存在する場合には、当該セルにおける水素濃度が正常も
しくは過剰状態にあると判定される。一方、標準I−V
曲線より下(b)に存在する場合には、当該セルにおける
水素濃度が不足状態にあると判定される。このような不
足状態にあるとの判定結果が少なくとも1つのセルにつ
いてなされた場合、本実施例では当該セルにおける危険
を回避するため、燃料電池全体に対する電気的負荷除去
信号あるいは非常停止信号が発せられる。これによっ
て、燃料電池本体を制御して、安全な運転を可能にする
ことができる。
Embodiment 1 FIG. 6 is a block diagram showing an operation control method according to this embodiment, and FIG. 7 is a flowchart showing signals in a determination processor in this embodiment. Here, the voltage value of the hydrogen detector in each cell (Xn) described above is sent to the determination processor A together with the current density of the fuel cell stack. In the determination processor A, based on the standard IV curve as shown in FIG. 5, it is determined whether each cell is above (a) or below (b) the curve. Normally, if the hydrogen concentration is above (a) or above the curve (including the error range), it is determined that the hydrogen concentration in the cell is normal or in an excessive state. On the other hand, standard IV
If it exists below the curve (b), it is determined that the hydrogen concentration in the cell is in an insufficient state. In a case where such a shortage is determined for at least one cell, in this embodiment, an electrical load removal signal or an emergency stop signal for the entire fuel cell is issued in order to avoid danger in the cell. . As a result, the fuel cell main body can be controlled to enable safe operation.

【0019】実施例2 図8に、本実施例の運転制御方法をブロック図として示
し、図9に、本実施例における判定プロセッサ内の信号
をフローチャート図で示す。ここでは、上記実施例1と
同様の信号が、判定プロセッサBに送られる。判定プロ
セッサBにおいては、図5に示すような標準I−V曲線
に基づいて、先ず、各セルについて該曲線よりも下(b)
にあるかどうかが判定される。標準I−V曲線の下(b)
にない場合、燃料電池本体の前段に設けられる改質器の
水素流量が正常であるか否かを確認し、正常であればそ
の状態で運転を継続し、正常でない場合には水素流量過
剰であるので、水素製造量低下信号を改質器に送る。一
方、標準I−V曲線の下(b)にある場合、全セルが該曲
線よりも下(b)の状態であるか否か確認する。少なくと
も1つのセルが下(b)であるが全セルが下(b)状態という
わけではない場合、幾つかのセルで水素不足状態である
ので、電気的負荷除去信号、非常停止信号、又は改質器
からの燃料ガス供給ラインバイパスを開く信号、などが
発せられる。他方、全セルが該曲線よりも下(b)の状態
である場合、燃料電池全体が水素不足状態であるので、
先ず、前段の改質器の水素流量が正常か否かを確認す
る。そして、正常である場合には、電気的負荷除去信号
もしくは非常停止信号を発する。正常でない場合には、
水素製造量を増加する信号を発する。これらの信号制御
によって、燃料電池本体における各セルの水素濃度不足
状態を解消し、安全に効率よく燃料電池システムを運転
することができる。
Embodiment 2 FIG. 8 is a block diagram showing an operation control method according to this embodiment, and FIG. 9 is a flowchart showing signals in a determination processor in this embodiment. Here, the same signal as in the first embodiment is sent to the determination processor B. In the decision processor B, based on the standard IV curve as shown in FIG.
Is determined. Below the standard IV curve (b)
If not, it is checked whether the hydrogen flow rate of the reformer provided in front of the fuel cell body is normal, and if it is normal, the operation is continued in that state. Since there is, a hydrogen production reduction signal is sent to the reformer. On the other hand, if the cell is below (b) the standard IV curve, it is checked whether or not all the cells are below (b) the curve. If at least one cell is down (b) but not all cells are in the down (b) state, some of the cells may be in a hydrogen deficient state and an electrical unload signal, an emergency stop signal, or a modified A signal to open the fuel gas supply line bypass from the plasterer, and the like. On the other hand, when all the cells are in the state (b) below the curve, the entire fuel cell is in a hydrogen-deficient state,
First, it is confirmed whether or not the hydrogen flow rate of the former reformer is normal. If it is normal, an electrical load removal signal or an emergency stop signal is issued. If not,
It emits a signal to increase hydrogen production. By these signal controls, the condition of insufficient hydrogen concentration in each cell in the fuel cell body can be resolved, and the fuel cell system can be operated safely and efficiently.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、燃料電池において電極
を破損させる原因となる水素濃度の低減を、極めて小型
で簡略化された装置によってモニタすることができる。
また、運転中の燃料電池での各セルにおける水素濃度を
モニタすることができるので、安全な燃料電池の運転を
実現させることができる。
According to the present invention, it is possible to monitor the reduction of the concentration of hydrogen which causes electrode damage in a fuel cell by using an extremely small and simplified device.
Further, since the hydrogen concentration in each cell of the fuel cell during operation can be monitored, safe operation of the fuel cell can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明のセルを分解した構造の概略を
示す配置図である。
FIG. 1 is a layout diagram showing an outline of a structure in which a cell of the present invention is disassembled.

【図2】図2は、本実施の形態に係る水素濃度検出部分
の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a hydrogen concentration detecting portion according to the present embodiment.

【図3】図3は、積層させた場合にセル/セパレータ内
部を流通するガス流路を表わす図である。
FIG. 3 is a diagram showing gas flow paths flowing inside the cells / separators when they are stacked.

【図4】図4は、セル内での入口側から出口側までの水
素濃度変化の概略を示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a change in hydrogen concentration from an inlet side to an outlet side in a cell.

【図5】図5は、各セル内での水素濃度に関する標準I
−V曲線を示す図である。
FIG. 5 shows a standard I for hydrogen concentration in each cell.
It is a figure which shows a -V curve.

【図6】図6は、実施例1の運転制御方法をブロック図
として示すものである。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an operation control method according to the first embodiment.

【図7】図7は、実施例1における判定プロセッサ内の
信号をフローチャート図で示すものである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating signals in a determination processor according to the first embodiment.

【図8】図8は、実施例2の運転制御方法をブロック図
として示すものである。
FIG. 8 is a block diagram showing an operation control method according to the second embodiment.

【図9】図9は、実施例2における判定プロセッサ内の
信号をフローチャート図で示すものである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating signals in a determination processor according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高分子膜 2 水素側セパレータ 3 酸素側セパレータ 4 絶縁体A 5 絶縁体B 6 電極カーボンペーパー 7 水素流路 8 酸素流路 9 供給マニホールド 10 排出マニホールド 11 ガス溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer film 2 Hydrogen side separator 3 Oxygen side separator 4 Insulator A 5 Insulator B 6 Electrode carbon paper 7 Hydrogen flow path 8 Oxygen flow path 9 Supply manifold 10 Discharge manifold 11 Gas groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森賀 卓也 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08 CX03 CX04 HH03 5H027 AA06 BA01 KK31 KK51 KK56 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takuya Moriga 4-22, Kannonshinmachi, Nishi-ku, Hiroshima-shi, Hiroshima F-term in Hiroshima Research Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 5H026 AA06 CC03 CC08 CX03 CX04 HH03 5H027 AA06 BA01 KK31 KK51 KK56

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高分子膜と、該高分子膜両側の電極カー
ボン部材およびセパレータと、からなるセルであって、
該セル内にガス入口側からガス出口側に向かって反応ガ
ス流路が設けられており、該反応ガス流路のガス出口直
前に水素濃度検出部を有することを特徴とする燃料電池
用セル。
1. A cell comprising a polymer film, an electrode carbon member and a separator on both sides of the polymer film,
A fuel cell, wherein a reaction gas flow path is provided in the cell from the gas inlet side to the gas outlet side, and a hydrogen concentration detection unit is provided immediately before the gas outlet of the reaction gas flow path.
【請求項2】 上記水素濃度検出部が、高分子膜両側の
電極カーボン部材の一部にそれぞれ設けられた絶縁体
(B)と、該絶縁体(B)に積層して両側のセパレータの一
部にそれぞれ設けられた絶縁体(A)と、高分子膜両側で
該絶縁体により絶縁されたセパレータ部分を接続するリ
ード線と、を有することを特徴とする請求項1記載の燃
料電池用セル。
2. Insulators wherein said hydrogen concentration detectors are respectively provided on a part of an electrode carbon member on both sides of a polymer film.
(B), the insulator (A) which is laminated on the insulator (B) and provided on a part of the separator on both sides, and the separator portions insulated by the insulator on both sides of the polymer film are connected. The fuel cell according to claim 1, further comprising a lead wire.
【請求項3】 セルの面方向における上記絶縁体の幅
が、100μm以上であることを特徴とする請求項2記
載の燃料電池用セル。
3. The fuel cell according to claim 2, wherein a width of the insulator in a plane direction of the cell is 100 μm or more.
【請求項4】 上記電極カーボン部材が、カーボンペー
パー又はカーボンクロスであることを特徴とする請求項
1〜3のいずれかに記載の燃料電池用セル。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrode carbon member is carbon paper or carbon cloth.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電
池用セルを積層したことを特徴とする燃料電池スタッ
ク。
5. A fuel cell stack comprising the fuel cell according to claim 1 stacked thereon.
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