CN117810483A - 活化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活化装置。活化装置(40)具有多个治具(42)。在2个治具之间夹着1个膜电极组件(10)。在1个治具形成第1流路(64)和第2流路(72)。被供给到膜电极组件的阳极电极(16)的第1活化气体在第1流路内流通。被供给到另一膜电极组件的阴极电极(14)的第2活化气体在第2流路内流动。1个治具具有热管(52)。在热管与第1活化气体及第2活化气体之间进行热交换。

Description

活化装置

技术领域

本发明涉及一种对燃料电池用的膜电极组件进行活化的活化装置。

背景技术

现有技术中，旨在缓和气候变化或减轻气候变化的影响的努力仍在继续，为了实现这一目标，正在进行与减少CO₂有关的研究开发。从该观点出发，搭载有燃料电池的燃料电池车辆(FCV/Fuel Cell Vehicle)受到关注。这是由于燃料电池车辆仅排出水蒸气，不会排出CO₂、NO_x和SO_x等。

燃料电池具有膜电极组件(MEA)。MEA具有：电解质膜，其由具有第1端面和第2端面的固体高分子构成；阳极电极，其被设置于电解质膜的第1端面；和阴极电极，其被设置于电解质膜的第2端面。即，MEA通过在阳极电极与阴极电极之间夹着电解质膜而构成。通过由1组隔膜夹着MEA来组装燃料电池的单体电池。

在刚刚组装好的单体电池中，电解质膜的含水量不足。因此，该单体电池无法得到足够的发电性能。为了避免该情况，在初次运转之前对燃料电池进行活化。一般而言，对层叠多个单体电池而得到的燃料电池堆进行活化。对此，在日本发明专利公开公报特开2014-7006号中公开了对各个单体电池进行活化的技术。在该情况下，将活化后的单体电池层叠来组装燃料电池堆。

发明内容

在1组隔膜中的一方形成第1气体流路。在1组隔膜中的另一方形成第2气体流路。在对膜电极组件(MEA)进行活化的过程中，有时湿润气体在第1气体流路和第2气体流路中流通。通过湿润气体分别与阳极电极及阴极电极相接触，对阳极电极和阴极电极给予水分。

当过度对阳极电极或者阴极电极给予水分时，在阳极电极或者阴极电极形成液膜。即，发生所谓的溢流。在这种状况下，湿润气体难以渗透阳极电极或者阴极电极各自的电极催化剂。在该情况下，妨碍电极催化剂的活化的进行。

另外，当以高电流密度实施活化时，尤其是在第2气体流路的气体出口的附近，活化气体的分压降低而水蒸气的分压上升。因此，在第2气体流路的气体出口的附近易于发生溢流。为了避免该情况，例如，减少给予湿润气体的水分，据此降低该湿润气体的相对湿度。然而，在该情况下，MEA的活化效率变低。

本发明的目的在于解决上述的技术问题。

根据本发明的一实施方式，提供一种活化装置，用于对膜电极组件进行活化，所述膜电极组件由在构成燃料电池的阳极电极与阴极电极之间夹着电解质膜而成，具有多个治具、热管、热量供给部、控制部、第1活化气体供给源和第2活化气体供给源，其中，所述多个治具以在彼此之间夹着所述膜电极组件的状态层叠；所述热管分别设置于所述多个治具；所述热量供给部对所述热管给予热量；所述控制部控制由所述热量供给部给予所述热管的热量；所述第1活化气体供给源供给第1活化气体；所述第2活化气体供给源供给第2活化气体，所述多个治具分别具有第1面、第2面、第1入口、第1流路、第1出口、第2入口、第2流路和第2出口，其中，所述第1面朝向所述阳极电极；所述第2面朝向所述阴极电极；所述第1入口沿着该多个治具的层叠方向延伸且供所述第1活化气体流入；所述第1流路沿着所述第1面延伸且与所述第1入口相连通；所述第1出口沿着所述层叠方向延伸且供在所述第1流路内流通的所述第1活化气体流出；所述第2入口沿着所述层叠方向延伸且供所述第2活化气体流入；所述第2流路沿着所述第2面延伸且与所述第2入口相连通；所述第2出口沿着所述层叠方向延伸且供在所述第2流路内流通的所述第2活化气体流出，所述第1流路和所述第2流路沿着与所述热管平行或者交叉的方向延伸，当观察所述多个治具各自的所述第1面或者所述第2面时，所述第1入口、所述第1出口、所述第2入口和所述第2出口在所述热管的延伸方向上彼此分离，且在与所述延伸方向正交的方向上彼此分离。

如由上述理解的那样，第1入口、第1出口、第2入口和第2出口在治具中彼此单独地形成。即，第1入口、第1出口、第2入口和第2出口的形成部位也可以彼此不一致。另外，第1流路和第2流路是彼此独立的气体流路，彼此不连通。

在本发明中，为了调节第1活化气体和第2活化气体的温度而在治具设置有热管。热管对输入热量或者输出热量的响应速度快。因此，通过在热管与第1活化气体及第2活化气体之间进行热交换，能够迅速地调节第1活化气体和第2活化气体各自的温度。即，第1活化气体和第2活化气体各自的温度被调节在规定的范围内。

据此，治具中的第1流路和第2流路的液态水量被保持在合适的范围。因此，根据本发明，能够一边避免在第1流路和第2流路发生溢流一边对多个膜电极组件适当地给予水分来实施活化。

并且，第1入口、第1出口、第2入口和第2出口在治具的第1面内和第2面内彼此分离配置。因此，能够实现治具的小型化。

根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的活化装置的概略系统图。

图2是活化装置的主要部分剖视放大图。

图3是从朝向膜电极组件的阳极电极的面观察构成活化装置的治具的概略整体主视图。

图4是从朝向膜电极组件的阴极电极的面观察构成活化装置的治具的概略整体主视图。

图5是图4中的V-V剖视图。

图6是从朝向膜电极组件的阳极电极的面观察另一方式的治具的概略整体主视图。

图7是从朝向膜电极组件的阴极电极的面观察另一方式的治具的概略整体主视图。

具体实施方式

图1是本实施方式所涉及的活化装置40的概略系统图。活化装置40具有夹着膜电极组件10的多个治具42。首先，参照图2对膜电极组件10概略地进行说明。此外，下面还有时将膜电极组件记作“MEA”。

MEA10具有由固体高分子构成的电解质膜12。作为固体高分子，示例出全氟磺酸等。电解质膜12被夹在阴极电极14与阳极电极16之间。阴极电极14具有：包括电极催化剂的第1电极催化剂层18；和用于向第1电极催化剂层18供给气体的第1气体扩散层20。阳极电极16具有：包括电极催化剂的第2电极催化剂层22；和用于向第2电极催化剂层22供给气体的第2气体扩散层24。MEA10为薄膜。

接着，参照图1～图6对活化装置40进行说明。如图1和图2所示，活化装置40具有多个治具42。治具42为大致板形状，壁较薄。通过1个治具42和1个MEA10交替层叠，来形成在2个治具42之间夹着MEA10的层叠体44。因此，在层叠体44中，2个MEA10抵接于1个治具42的两端面。

下面，简单地将在图2中位于治具42的下方的MEA10称为第1MEA10a，将在图2中位于治具42的上方的MEA10称为第2MEA10b。治具42具有朝向第1MEA10a的阳极电极16的第1面46、和朝向第2MEA10b的阴极电极14的第2面48。此外，其他的MEA10也与第1MEA10a及第2MEA10b同样，以阴极电极14朝向图2中的下方，且阳极电极16朝向图2中的上方的方式配置在2个治具42之间。

图3是从第1面46观察治具42时的概略整体主视图。图4是从第2面48观察治具42时的概略整体主视图。如图1～图4所示，治具42具有2张基板50a、50b。在2张基板50a、50b之间夹着多个热管52。热管52沿与层叠体44的层叠方向正交的方向延伸。

在热管52上连接由加热器或者帕尔贴元件等构成的热量供给部54。在该方式中，热量供给部54被配置在热管52的延伸方向的端部。热量供给部54对热管52给予热量。

在2张基板50a、50b上，在四个角部分别形成有第1入口56、第1出口58、第2入口60和第2出口62。第1入口56、第1出口58、第2入口60和第2出口62在热管52的延伸方向上彼此分离。第1入口56、第1出口58、第2入口60和第2出口62也在与热管52的延伸方向正交的方向上彼此分离。典型的情况为，第1入口56和第1出口58彼此处于对角的位置关系。第2入口60和第2出口62也同样彼此处于对角的位置关系。

在层叠体44中，多个治具42的第1入口56沿着层叠方向相互连接。据此，形成由多个第1入口56连通而成的第1入口连通路径56a。同样，多个治具42的第1出口58也沿着层叠体44的层叠方向相互连接。其结果，如图5所示，形成由多个第1出口58连通而成的第1出口连通路径58a。并且，第2入口60和第2出口62也沿着层叠体44的层叠方向相互连接。其结果，形成由多个第2入口60连通而成的第2入口连通路径60a、和由多个第2出口62连通而成的第2出口连通路径62a。

第1入口连通路径56a和第1出口连通路径58a是用于使第1活化气体沿着层叠体44的层叠方向流动的流通路径。第1入口连通路径56a(第1入口56)和第1出口连通路径58a(第1出口58)通过图3所示的第1流路64相连通。第2入口连通路径60a和第2出口连通路径62a是用于使第2活化气体沿着层叠体44的层叠方向流动的流通路径。第2入口连通路径60a(第2入口60)和第2出口连通路径62a(第2出口62)通过图4所示的第2流路72相连通。第1入口连通路径56a不与第2入口连通路径60a及第2出口连通路径62a相连通。同样，第2入口连通路径60a不与第1入口连通路径56a及第1出口连通路径58a相连通。

如由图2理解的那样，基板50a形成朝向第1MEA10a的阳极电极16(第2电极催化剂层22)的第1面46。如图3所示，在第1面46形成沿着层叠方向凹进且沿着该第1面46的平面方向延伸的第1流路64。第1流路64具有1个第1分配路径66、多个第1分支路径68和1个第1集合路径70。第1分配路径66与第1入口56(第1入口连通路径56a)相连接。多个第1分支路径68从第1分配路径66分支出。多个第1分支路径68在第1集合路径70汇集。第1集合路径70与第1出口58(第1出口连通路径58a)相连接。这样，第1入口56和第1出口58通过第1流路64相连通。

如由图2理解的那样，基板50b形成朝向第2MEA10b的阴极电极14(第1电极催化剂层18)的第2面48。如图4所示，在第2面48形成沿着层叠方向凹进且沿着该第2面48的平面方向延伸的第2流路72。第2流路72具有多个第2分支路径74。多个第2分支路径74例如分别与第2入口60(第2入口连通路径60a)相连接。或者，如图示例所示，也可以使第2分配路径76介于第2入口60与2个以上的第2分支路径74之间。多个第2分支路径74例如分别与第2出口62(第2出口连通路径62a)相连接。或者，如图示例所示，也可以使第2集合路径78介于2个以上的第2分支路径74与第2出口62之间。

如图3和图4所示，在本实施方式中，第1分支路径68和第2分支路径74相对于热管52正交。

在多个第2分支路径74上分别设置有第1蓄热部80和第2蓄热部82。在该情况下，第1蓄热部80和第2蓄热部82分别由以第2分支路径74为起点且沿着层叠体44的层叠方向凹进的凹部构成。即，在该情况下，第1蓄热部80和第2蓄热部82是从第2分支路径74向层叠体44的层叠方向延伸的空间。

第2蓄热部82的容积比第1蓄热部80的容积大。即，蓄热部从第2入口60到第2出口62按容积变大的顺序排列。第2蓄热部82捕获比第1蓄热部80多的量的第2湿润气体。

此外，设置于1个第2分支路径74的蓄热部的个数并不特别地限定于图示例的2个。也不是必须在第2分支路径74设置蓄热部。另外，也可以在第1分支路径68设置蓄热部。

在基板50a、50b分别设置有第1电气端子84和第2电气端子86。

如图1所示，活化装置40具有第1输气管道90。氢气供给部92和氮气供给部94通过第1三通阀96连接于第1输气管道90的一端。氢气供给部92例如是氢气储罐。氮气供给部94例如是氮气储罐。在第1输气管道90设置有第1加湿器98。氢气供给部92和第1加湿器98是第1湿润气体供给部，由第1加湿器98给予水分的氢气是作为第1活化气体的第1湿润气体。

第1输气管道90的另一端通过管接头连接于第1入口连通路径56a。从第1输气管道90的另一端流入第1入口连通路径56a(层叠体44的内部)的第1湿润气体(湿润氢气)在形成于各个治具42的第1流路64内流通。

活化装置40具有第2输气管道100。第2输气管道100的一端通过管接头连接于第1出口连通路径58a。在第2输气管道100的另一端，通过第1排气阀102设置有第1排气管道104。在第1流路64内流通的剩余的第1湿润气体经过第2输气管道100和第1排气阀102，被从第1排气管道104排出。或者，也可以在第1排气管道104设置未图示的回收装置来回收第1湿润气体。

活化装置40具有第3输气管道110。氮气供给部112和氧化剂气体供给部114通过第2三通阀116连接于第3输气管道110的一端。氮气供给部112例如与上述同样是氮气储罐。氮气被作为惰性的第2气体来供给。在本实施方式中，单独地设置连接于第1输气管道90的氮气供给部94、和连接于第3输气管道110的氮气供给部112。然而，也可以将1个氮气供给部连接于第1输气管道90和第3输气管道110的双方。

氧化剂气体供给部114例如是压缩大气的压缩机。或者，氧化剂气体供给部114也可以是氧气瓶。在第3输气管道110上设置有第2加湿器118。氧化剂气体供给部114和第2加湿器118构成第2湿润气体供给部。由第2加湿器118给予水分的氧化剂气体是作为第2活化气体的第2湿润气体。

第3输气管道110的另一端通过管接头连接于第2入口连通路径60a。从第3输气管道110的另一端流入第2入口连通路径60a(层叠体44的内部)的第2湿润气体(湿润氧化剂气体)在形成于各个治具42的第2流路72内流通。

活化装置40具有第4输气管道120。第4输气管道120的一端通过管接头连接于第2出口连通路径62a。在第4输气管道120的另一端，通过第2排气阀122设置有第2排气管道124。在第2流路72内流通的剩余的第2湿润气体经过第4输气管道120和第2排气阀122被从第2排气管道124排出。或者，也可以在第2排气管道124设置未图示的回收装置来回收第2湿润气体。

活化装置40具有电气参数检测部130和控制部134。电气参数检测部130例如具有电压测量仪136。1个电压测量仪136分别与1个治具42的第1电气端子84和另外的1个治具42的第2电气端子86电连接，据此测量1个MEA10的电压。下面，将该电压简单地称为“电池电压”。电气参数检测部130也可以是电阻测量仪、电流测量仪或者阻抗测量仪。电气参数检测部130也可以具有这些测量仪中的全部。

活化装置40还具有压力参数检测部140。压力参数检测部140包括阳极压差计142和阴极压差计144。

阳极压差计142检测第1输气管道90的气压与第2输气管道100的气压的压差。该压差与第1流路64中的去往阳极电极16的入口、和第1流路64中的来自阳极电极16的出口之间的压差相等。阴极压差计144检测第3输气管道110的气压与第4输气管道120的气压的压差。该压差与第2分支路径74中的去往阴极电极14的入口、和第2分支路径74中的来自阴极电极14的出口之间的压差相等。

控制部134与热量供给部54、电压测量仪136、阳极压差计142及阴极压差计144电连接。由电压测量仪136测量到的与电池电压相关的信息被作为信息信号发送给控制部134。还向控制部134输入分别由阳极压差计142和阴极压差计144测量到的与气体压差相关的信息信号。

如后述那样，在本实施方式中进行发电试运行。因此，外部负载154通过第1外部连接端子150和第2外部连接端子152与层叠体44电连接。

本实施方式所涉及的活化装置40基本上如以上那样构成。接着，对本实施方式所涉及的活化装置40的效果进行说明。

在对MEA10进行活化的情况下，首先，作业者将组装成单体电池之前的MEA10和治具42交替层叠。据此形成层叠体44。层叠体44具有第1入口连通路径56a、第1出口连通路径58a、第2入口连通路径60a和第2出口连通路径62a。第1入口连通路径56a、第1出口连通路径58a、第2入口连通路径60a和第2出口连通路径62a沿着层叠方向延伸。

作业者在第1入口连通路径56a连接第1输气管道90，且在第1出口连通路径58a连接第2输气管道100。同样，作业者在第2入口连通路径60a连接第3输气管道110，且在第2出口连通路径62a连接第4输气管道120。

在该状态下，作业者对控制部134给予“开始活化”的指令信号。根据该指令信号，控制部134首先将第1流路64和第2分支路径74内的空气置换为湿润氮气。

被给予指令信号的控制部134使第1三通阀96向氮气供给部94与第1输气管道90连通的方向进行动作。且控制部134使第2三通阀116向氮气供给部112与第3输气管道110连通的方向进行动作。另外，控制部134打开第1排气阀102和第2排气阀122。

由氮气供给部94供给的氮气在通过第1加湿器98而变为湿润氮气之后，在第1输气管道90内流通。湿润氮气经过治具42的第1入口连通路径56a(第1入口56)而流入第1流路64。湿润氮气从第1入口56向第1分配路径66移动，接着从第1分配路径66被向第1分支路径68分配。湿润氮气的一部分在第1分支路径68内流通的过程中，经过第1MEA10a的阳极电极16的第2气体扩散层24而到达第2电极催化剂层22。据此，对阳极电极16和电解质膜12给予水分。

在第1分支路径68内流通的剩余的湿润氮气在第1集合路径70合流。合流的湿润氮气从第1集合路径70向第1出口58(第1出口连通路径58a)移动。湿润氮气在进一步流入第2输气管道100之后，通过第1排气阀102被从第1排气管道104排出。

由氮气供给部112供给的氮气在通过第2加湿器118而变为湿润氮气之后，在第3输气管道110内流通。湿润氮气经过治具42的第2入口连通路径60a(第2入口60)，流入第2流路72(第2分支路径74)。湿润氮气的一部分在第2分支路径74内流通的过程中，经过第2MEA10b的阴极电极14的第1气体扩散层20而到达第1电极催化剂层18。据此，对阴极电极14和电解质膜12给予水分。

在第2分支路径74内流通的剩余的湿润氮气例如在第2出口62(第2出口连通路径62a)合流。合流的湿润氮气在流入第4输气管道120之后，通过第2排气阀122而从第2排气管道124排出。

据此，从第1流路64和第2流路72排出空气而置换为湿润氮气。在经过规定时间之后，控制部134使第1三通阀96向氢气供给部92与第1输气管道90连通的方向进行动作。

由氢气供给部92供给的氢气通过第1加湿器98而变为湿润氢气(第1湿润气体)之后，经过治具42的第1入口连通路径56a(第1入口56)流入第1流路64。在第1湿润气体在第1流路64流通的过程中，第1湿润气体的一部分经过第1MEA10a的阳极电极16的第2气体扩散层24而到达第2电极催化剂层22。因此，持续对阳极电极16和电解质膜12给予水分。在第1流路64内流通的剩余的第1湿润气体在从第1出口连通路径58a移动到第2输气管道100之后，通过第1排气阀102被从第1排气管道104排出。也可以由未图示的回收机构来回收该第1湿润气体。

另外，控制部134切换第2三通阀116，切断氮气供给部112与第3输气管道110的连通，且使氧化剂气体供给部114和第3输气管道110相连通。据此，供给含有氧气的氧化剂气体(典型的情况为压缩气体)。氧化剂气体在通过第2加湿器118变为湿润氧化剂气体(第2湿润气体)之后，经过治具42的第2入口连通路径60a流入第2流路72(第2分支路径74)。

第2湿润气体的一部分在第2分支路径74内流通的过程中，经过第2MEA10b的阴极电极14的第1气体扩散层20而到达第1电极催化剂层18。因此，持续对阴极电极14和电解质膜12给予水分。在第2分支路径74内流通的剩余的第2湿润气体经过第2出口连通路径62a而流入第4输气管道120。在此之后，第2湿润气体通过第2排气阀122被从第2排气管道124排出。

在第2湿润气体在第2分支路径74内流通的过程中，第2湿润气体的另一部分分别进入第1蓄热部80和第2蓄热部82。由于第2湿润气体的温度是几十℃～几百℃，因此，伴随着该进入，第1蓄热部80和第2蓄热部82分别蓄积热量。如上所述，第2蓄热部82的蓄热容量比第1蓄热部80的蓄热容量大。此外，进入第1蓄热部80和第2蓄热部82的第2湿润气体暂时停留在这些蓄热部的内部。

在该情况下，在阳极电极16的第2电极催化剂层22，氢电离而产生质子和电子。质子在电解质膜12内传导，到达阴极电极14的第1电极催化剂层18。电子经由外部负载154而到达阴极电极14的第1电极催化剂层18。在该第1电极催化剂层18，氧、质子和电子进行化学性键合，生成水。

上述的电化学反应为发热反应。即，MEA10带有热量。当该热量被传递给第1湿润气体和第2湿润气体时，第1湿润气体和第2湿润气体的温度上升。此时，热管52从第1湿润气体和第2湿润气体吸收热量。这样，热管52通常分别对第1湿润气体和第2湿润气体进行冷却。

控制部134始终接收与MEA10的电池电压相关的信息信号。控制部134根据电池电压求出浓度过电压。基于MEA10内的湿度的上升而识别到浓度过电压到达规定的上限值的控制部134判断为“MEA10的加湿状态处于合适上限”。

还向控制部134输入由阳极压差计142测量到的压差和由阴极压差计144测量到的压差。如上所述，由阳极压差计142测量到的压差与第1流路64中的去往阳极电极16的入口、和第1流路64中的来自阳极电极16的出口之间的压差相等。由阴极压差计144测量到的压差与第2分支路径74中的去往阴极电极14的入口、和第2分支路径74中的来自阴极电极14的出口之间的压差相等。在任一压差达到规定的上限值的情况下，控制部134均判断为“MEA10的加湿状态处于合适的上限”。

如上述那样作出判断的控制部134使热管52的温度上升。具体而言，控制部134通过增加热量供给部54的发热量，来增加由热量供给部54向热管52传递的热量。

通过该控制，由热管52给予第1湿润气体和第2湿润气体的热量增加。因此，第1湿润气体的实质的露点温度和第2湿润气体的实质的露点温度变高。其结果，第1湿润气体和第2湿润气体不易发生冷凝。据此，第1流路64和第2流路72内各自的液态水量逐渐减少。伴随着液态水量减少，根据电池电压求出的浓度过电压变小。

在此，所谓第1湿润气体的实质的露点温度是指，第1流路64的各部位的第1湿润气体的局部的露点温度。同样，所谓第2湿润气体的实质的露点温度是指第2流路72的各部位的第2湿润气体的局部的露点温度。第1湿润气体和第2湿润气体各自的实质的露点温度根据由热管52分别给予第1湿润气体和第2湿润气体的热量来决定。

在第1流路64和第2分支路径74内各自的液态水量过度减少的情况下，担忧电解质膜12干燥。因此，控制部134在浓度过电压达到规定的下限值时，判断为“MEA10的加湿状态处于合适的下限”。此外，控制部134在第1输气管道90与第2输气管道100的压差达到规定的下限值时也与上述同样的方式进行判断。

如上述那样进行判断的控制部134使热管52的温度降低。具体而言，控制部134通过减少热量供给部54的发热量来减少从热量供给部54向热管52传递的热量。

通过该控制，由热管52给予第1湿润气体和第2湿润气体的热量减少。因此，第1湿润气体的实质的露点温度和第2湿润气体的实质的露点温度变低。其结果，第1湿润气体和第2湿润气体易于发生冷凝。据此，第1流路64和第2流路72内各自的液态水量逐渐增加。伴随着液态水量增加，根据电池电压求得的浓度过电压变大。另外，第1输气管道90与第2输气管道100的压差增大。

热管52对给予热量或者停止给予热量的响应速度快。因此，当由热量供给部54对热管52给予热量时，第1流路64内的第1湿润气体的温度和第2流路72内的第2湿润气体的温度迅速上升。与此相反，当停止由热量供给部54对热管52给予热量时，第1流路64内的第1湿润气体的温度和第2流路72内的第2湿润气体的温度迅速下降。

如以上那样，第1湿润气体和第2湿润气体的各温度被迅速地调节。即，能够将第1湿润气体和第2湿润气体各自的温度保持在大致一定。因此，能够将第1流路64和第2流路72各自的液态水量保持在合适量，因此避免发生溢流。这样，根据本实施方式，在同时对多个MEA10进行活化的情况下，能够防止治具42的第1流路64和第2流路72发生溢流。

其结果，足够量的第1湿润气体到达阳极电极16的第2电极催化剂层22，且足够量的第2湿润气体到达阴极电极14的第1电极催化剂层18。据此，能够充分地对MEA10进行活化。

除此以外，在第2分支路径74的中途形成有第1蓄热部80和第2蓄热部82。在第1蓄热部80和第2蓄热部82，伴随着第2湿润气体进入而蓄积热量。因此，由第1蓄热部80和第2蓄热部82对在第2分支路径74内流通的第2湿润气体传递热量。由于第2蓄热部82的蓄热容量比第1蓄热部80的蓄热容量大，因此，随着接近第2出口62而对第2湿润气体给予更大的热量。

因此，在该方式中，随着第2湿润气体接近第2出口62而对该第2湿润气体给予更大的热量。因此，即使在第2流路72中来自热管52的热量的给予量急速减少的情况下，也避免尤其在第2出口62的附近，实质的露点温度降低。因此，抑制在第2流路72发生溢流。即，即使在对多个MEA10同时进行活化的情况下，也易于防止溢流。

另外，在该方式中，随着接近第2出口62而增大蓄热部的蓄热容量。因此，在第2流路72中，从第2入口60到第2出口62而露点温度变高。即，在第2流路72中，随着从第2湿润气体的上游到下游而实质的露点温度形成正梯度。因此，即使在第2流路72中第2湿润气体的实质的露点温度降低时，也抑制涵盖第2流路72的整体而产生冷凝水(液态水)。

并且，在该方式中，在第2流路72中实质的露点温度在第2出口62的附近变得最高。因此，在第2出口62不易产生冷凝水。因此，避免第2出口62被冷凝水堵塞。因此，能够将在第2流路72的中途产生的冷凝水迅速地从第2出口62排出。

在如以上那样结束MEA10的活化之后，控制部134通过控制第1三通阀96，切断氢气供给部92与第1输气管道90的连通，且使氮气供给部94和第1输气管道90相连通。另外，控制部134控制第2三通阀116，切断第3输气管道110与氧化剂气体供给部114的连通，且使第3输气管道110和氮气供给部112相连通。

在该状态下，由氮气供给部94向第1流路64供给氮气，且由氮气供给部112向第2流路72供给氮气。氮气成为湿润氮气，被向阳极电极16和阴极电极14供给。湿润氮气经过第2输气管道100和第4输气管道120被分别从第1排气阀102和第2排气阀122排出。据此，第1流路64和第2流路72被湿润氮气置换。

在本实施方式中，示例出热管52沿着与第1分支路径68及第2分支路径74正交的方向延伸的方式。然而，热管52延伸的方向并不特别地限定于此。例如，如图6和图7所示，热管52也可以与第1分支路径68及第2分支路径74平行地延伸。此外，在图6和图7中，对与图1～图5所示的结构要素相同的结构要素标注相同的附图标记。

在该方式中，例如能够将热量供给部54配置在第1入口56与第2出口62之间。在该情况下，热量供给部54的至少一部分(优选为全部)收容在治具42内。因此，能够实现活化装置40的小型化。

如以上说明的那样，本实施方式提供一种活化装置(40)，用于对膜电极组件(10)进行活化，所述膜电极组件(10)由在构成燃料电池的阳极电极(16)与阴极电极(14)之间夹着电解质膜(12)而成，具有多个治具(42)、热管(52)、热量供给部(54)、控制部(134)、第1活化气体供给源和第2活化气体供给源，其中，所述多个治具(42)以在彼此之间夹着所述膜电极组件的状态层叠；所述热管(52)分别设置于所述多个治具；所述热量供给部(54)对所述热管给予热量；所述控制部(134)控制由所述热量供给部给予所述热管的热量；所述第1活化气体供给源供给第1活化气体；所述第2活化气体供给源供给第2活化气体，所述多个治具分别具有第1面(46)、第2面(48)、第1入口(56)、第1流路(64)、第1出口(58)、第2入口(60)、第2流路(72)和第2出口(62)，其中，所述第1面(46)朝向所述阳极电极；所述第2面(48)朝向所述阴极电极；所述第1入口(56)沿着该多个治具的层叠方向延伸且供所述第1活化气体流入；所述第1流路(64)沿着所述第1面延伸且与所述第1入口相连通；所述第1出口(58)沿着所述层叠方向延伸且供在所述第1流路内流通的所述第1活化气体流出；所述第2入口(60)沿着所述层叠方向延伸且供所述第2活化气体流入；所述第2流路(72)沿着所述第2面延伸且与所述第2入口相连通；所述第2出口(62)沿着所述层叠方向延伸且供在所述第2流路内流通的所述第2活化气体流出，所述第1流路和所述第2流路沿着与所述热管平行或者交叉的方向延伸，当观察所述多个治具各自的所述第1面或者所述第2面时，所述第1入口、所述第1出口、所述第2入口和所述第2出口在所述热管的延伸方向上彼此分离，且在与所述延伸方向正交的方向上彼此分离。

热管对输入热量或者输出热量的响应速度快。因此，通过在热管与第1活化气体及第2活化气体之间进行热交换，能够迅速地调节第1活化气体和第2活化气体各自的温度。即，第1活化气体和第2活化气体各自的温度被调节在规定的范围内。

据此，第1活化气体和第2活化气体的实质的露点温度被调节在合适的温度范围内。其结果，治具中的第1流路和第2流路的液态水量保持在合适的范围内。因此，能够一边避免第1流路和第2流路发生溢流，一边对多个膜电极组件适当地给予水分。这样一来，能够同时对多个膜电极组件进行活化。

本实施方式公开一种活化装置，所述第1流路具有多个第1分支路径(68)，所述多个第1分支路径从所述第1入口或者第1分配路径(66)分支出且在第1集合路径(70)或者所述第1出口集合，所述第2流路具有多个第2分支路径(74)，所述多个第2分支路径从所述第2入口或者第2分配路径(76)分支出且在第2集合路径(78)或者所述第2出口集合。

通过第1分支路径和第2分支路径，能够使第1活化气体和第2活化气体到达膜电极组件中的大范围。即，能够大范围地对膜电极组件进行活化。另外，通过使第1分支路径集合，供第1活化气体流入的第1入口被集中在一处。供第1活化气体流出的第1出口也被集中在一处。针对第2分支路径也同样。因此，能够实现治具的小型化。

并且，当层叠多个治具时，通过使第1入口、第1出口、第2入口和第2出口的位置对齐，能够容易地形成沿着治具的层叠方向延伸的第1入口连通路径、第1出口连通路径、第2入口连通路径和第2出口连通路径。

本实施方式公开一种活化装置，具有蓄热部(80、82)，所述蓄热部(80、82)设置于所述第1流路和所述第2流路中的至少任一方。

热管对给予热量或者停止给予热量的响应速度快。因此，在由热管来控制在活化装置的气体流路内流通的活化气体的温度的情况下，推测活化气体的局部的温度(实质的露点温度)大致均匀。在该情况下，当由热管给予活化气体的热量急速低下时，气体流路内的活化气体的实质的露点温度同时降低，可能涵盖气体流路的整体而产生冷凝水。由于该现象，认为尽管热管对热量的输入/输出的响应速度大，也会发生溢流。尤其是，在搭载于货车等大型车辆的燃料电池堆中，MEA大型化。在对这种MEA进行活化的情况下，活化装置中的气体流路的流路长度比较长。当在流路长度长的气体流路中产生冷凝水时，其产生量多，因此担忧容易发生溢流。

与此相对，在设置有蓄热部的方式中，向在气体流路内流通的活化气体传递蓄热部的热量。伴随着该热传递，活化气体的实质的露点温度上升。其结果，进一步抑制在气体流路内水蒸气冷凝。因此，更易于防止溢流。

本实施方式公开一种活化装置，所述蓄热部是将所述第1流路或者所述第2流路作为起点且以远离该第1流路或者该第2流路的方式凹进的1个以上的凹部。

在该情况下，活化气体进入凹部。由于活化气体是几十℃～几百℃，因此蓄热部蓄积热量。这样，根据该结构，能够易于构成蓄热部。

本实施方式公开一种活化装置，所述蓄热部是将所述第1流路或者所述第2流路作为起点且以远离该第1流路或者所述第2流路的方式凹进的2个以上的凹部，所述2个以上的凹部的蓄热容量彼此不同，所述2个以上的凹部在所述第1流路中从所述第1入口到所述第1出口，按从蓄热容量小的凹部到蓄热容量大的凹部的顺序进行排列，或者在所述第2流路中从所述第2入口到所述第2出口，按从蓄热容量小的凹部到蓄热容量大的凹部的顺序进行排列。

在该情况下，随着从第1流路或者所述第2流路(气体流路)的上游靠向下游而实质的露点温度变高。即，实质的露点温度形成正的温度梯度。因此，随着从气体流路的入口靠向出口，变得不易由活化气体产生冷凝水。根据这样的理由，避免涵盖气体流路的整体而同时产生冷凝水。并且，由于能够在气体流路的出口附近提高实质的露点温度，因此抑制在气体流路的出口产生冷凝水。因此，避免气体流路的出口被冷凝水堵塞。因此，即使在气体流路的中途由活化气体产生冷凝水的状况下，也能够将该冷凝水迅速地从出口排出。

尤其是，在发电试运行中，伴随着活化的进行而在阴极电极生成水。因此，容易在朝向阴极电极的第2流路的第2出口附近发生溢流。然而，在上述的结构中，能够由位于第1出口附近或者第2出口附近的蓄热部对在第1流路或者第2流路内流通且到达第1出口附近或者第2出口附近的活化气体给予大量的热量。因此，能够在出口附近避免活化气体的实质的露点温度降低。据此，进一步抑制发生溢流。

本实施方式公开一种活化装置，所述第1流路及所述第2流路与所述热管以交叉的方式延伸，且所述热量供给部被配置在所述热管的所述延伸方向的端部。

本实施方式公开一种活化装置，所述第1流路及所述第2流路与所述热管平行地延伸，且所述热量供给部被配置于所述第1入口、所述第1出口、所述第2入口、所述第2出口中的2个之间。

在任一情况下，都能够减小热量供给部从治具突出的突出量。因此，能够实现治具和活化装置的小型化。

典型的情况为，第1入口和第1出口形成于彼此呈对角的位置。第2入口和第2出口也同样形成于彼此呈对角的位置。即，本实施方式公开一种活化装置，所述第1入口和所述第1出口处于对角的位置关系，且所述第2入口和所述第2出口处于对角的位置关系。

在该情况下，易于使第1活化气体均匀地接触阳极电极的整体。同样，易于使第2活化气体均匀地接触阴极电极的整体。因此，能够对MEA整体大致均等地进行活化。

此外，本发明并不限定于上述的公开内容，在没有脱离本发明的主旨的范围内能够采用各种结构。

Claims (8)

1.一种活化装置(40)，用于对膜电极组件(10)进行活化，所述膜电极组件(10)由在构成燃料电池的阳极电极(16)与阴极电极(14)之间夹着电解质膜(12)而成，其特征在于，

具有多个治具(42)、热管(52)、热量供给部(54)、控制部(134)、第1活化气体供给源和第2活化气体供给源，其中，

所述多个治具(42)以在彼此之间夹着所述膜电极组件的状态层叠；

所述热管(52)分别设置于所述多个治具；

所述热量供给部(54)对所述热管给予热量；

所述控制部(134)控制由所述热量供给部给予所述热管的热量；

所述第1活化气体供给源供给第1活化气体；

所述第2活化气体供给源供给第2活化气体，

所述多个治具分别具有第1面(46)、第2面(48)、第1入口(56)、第1流路(64)、第1出口(58)、第2入口(60)、第2流路(72)和第2出口(62)，其中，

所述第1面(46)朝向所述阳极电极；

所述第2面(48)朝向所述阴极电极；

所述第1入口(56)沿着该多个治具的层叠方向延伸且供所述第1活化气体流入；

所述第1流路(64)沿着所述第1面延伸且与所述第1入口相连通；

所述第1出口(58)沿着所述层叠方向延伸且供在所述第1流路内流通的所述第1活化气体流出；

所述第2入口(60)沿着所述层叠方向延伸且供所述第2活化气体流入；

所述第2流路(72)沿着所述第2面延伸且与所述第2入口相连通；

所述第2出口(62)沿着所述层叠方向延伸且供在所述第2流路内流通的所述第2活化气体流出，

所述第1流路和所述第2流路沿着与所述热管平行或者交叉的方向延伸，

当观察所述多个治具各自的所述第1面或者所述第2面时，所述第1入口、所述第1出口、所述第2入口和所述第2出口在所述热管的延伸方向上彼此分离，且在与所述延伸方向正交的方向上彼此分离。

2.根据权利要求1所述的活化装置，其特征在于，

所述第1流路具有多个第1分支路径(68)，所述多个第1分支路径从所述第1入口或者第1分配路径(66)分支出且在第1集合路径(70)或者所述第1出口集合，所述第2流路具有多个第2分支路径(74)，所述多个第2分支路径从所述第2入口或者第2分配路径(76)分支出且在第2集合路径(78)或者所述第2出口集合。

3.根据权利要求1或者2所述的活化装置，其特征在于，

具有蓄热部(80、82)，所述蓄热部(80、82)设置于所述第1流路和所述第2流路中的至少任一方。

4.根据权利要求3所述的活化装置，其特征在于，

所述蓄热部是将所述第1流路或者所述第2流路作为起点且以远离该第1流路或者该第2流路的方式凹进的1个以上的凹部。

5.根据权利要求3所述的活化装置，其特征在于，

所述蓄热部是将所述第1流路或者所述第2流路作为起点且以远离该第1流路或者所述第2流路的方式凹进的2个以上的凹部，

所述2个以上的凹部的蓄热容量彼此不同，

所述2个以上的凹部在所述第1流路中从所述第1入口到所述第1出口，按从蓄热容量小的凹部到蓄热容量大的凹部的顺序进行排列，或者在所述第2流路中从所述第2入口到所述第2出口，按从蓄热容量小的凹部到蓄热容量大的凹部的顺序进行排列。

6.根据权利要求1所述的活化装置，其特征在于，

所述第1流路及所述第2流路与所述热管以交叉的方式延伸，且所述热量供给部被配置在所述热管的所述延伸方向的端部。

7.根据权利要求1所述的活化装置，其特征在于，

所述第1流路及所述第2流路与所述热管平行地延伸，且所述热量供给部被配置于所述第1入口、所述第1出口、所述第2入口、所述第2出口中的2个之间。

8.根据权利要求1所述的活化装置，其特征在于，

所述第1入口和所述第1出口处于对角的位置关系，且所述第2入口和所述第2出口处于对角的位置关系。