JP2005079076A - 燃料電池の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認でき、かつ、電池が使用される種々の使用条件を変化させて電池の水分を評価することができる燃料電池の評価装置の提供。
【解決手段】 （１）電解質を挟持した一対の電極とガス流路が形成された燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０とを有する評価用単位燃料電池を備えた燃料電池の評価装置１であって、前記燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータの少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部を絶縁性の透明部材から形成した燃料電池の評価装置。（２）評価用単位燃料電池の運転条件を変更する変更手段５０を設けた。（３） 絶縁性の透明部材と電極との間に集電手段１３を設け、集電手段１３に電流取り出し手段１４を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池の評価装置に関し、とくに燃料電池、とくに固体高分子電解質型燃料電池の水分の評価装置に関する。

固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとの積層体（ただし、積層方向は任意でよい）からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセル（単位燃料電池、単セルともいう）を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。

アノード側：Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ
燃料電池は発電に伴いガス流路内に水が生成し、この生成水が発電性能に大きな影響を及ぼす。比較的乾燥しやすい酸化ガス流路の上流部では、膜が乾燥してプロトンの膜中の移動が円滑に行われなくなって電池性能が低下しやすく、生成水量の多い酸化ガス流路の下流部では、湿潤過多、いわゆるフラッディングが生じやすく、酸素のカソードへの供給が生成水で阻害されて電池性能が低下しやすい。そのため、水の生成状態を外部から観察することができたり、あるいはセル面内の水分布を定量的に把握することができることが望まれる。しかし、セパレータがカーボンやメタルから製作されているので、通常、流路内を外部から観察することはできない。その結果、ガス流路内のどこで水が多く生成し、実際にどのような水分布になっているのかを把握する手段、方法は未だ確立されていないのが現状である。

従来技術として、燃料電池の排水特性を評価する装置が特開２００２−３１３３８０号公報に提案されている。その装置を用いることで、燃料電池の外へ排出される水分量を定量化することはできるが、セル内の実際の水分布を外部から視認したり、あるいは定量的に把握することはできない。
また、教材用レドックス電池の、膜によって隔てられた正極室と負極室に酸化還元反応で変色する正極液と負極液を通水し、透明壁を通して、正極液と負極液における通水（生成水ではない）の色の変化を視認することが特開平２−７９３７４号公報に提案されている。しかし、固体高分子電解質型燃料電池では、セパレータの流路に流されるのは液ではなく、ガスであり、しかも、生成される水は純水であって酸化還元反応で変色する液ではいので、従来技術を適用して水の生成を把握することはできない。また、従来技術では、正極室と負極室の各室の全体が変色するので、セル面内での水の生成量の分布までを把握することはできない。さらに、教材用のため、環境条件が固定されているため、電池が使用される種々の使用条件（たとえば、温度、ガス圧力、ガス流量など）を変化させて電池の水分生成を評価することができず、従来技術を実際の燃料電池の水分生成評価に適用することは、不可能かまたは極めて困難である。
特開２００２−３１３３８０号公報 特開平２−７９３７４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池の水分評価では、燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認できなかったという問題である。
本発明が解決しようとするもう一つの問題点は、上記問題に加えて、従来の燃料電池の水分評価では、電池が使用される種々の使用条件を変化させて電池の水分を評価することができなかったという問題である。

本発明の目的は、燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認できる燃料電池の評価装置を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認でき、かつ、電池が使用される種々の使用条件を変化させて電池の水分を評価することができる燃料電池の評価装置を提供することにある。

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１） 電解質を挟持した一対の電極とガス流路が形成された燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータとを有する評価用単位燃料電池を備えた燃料電池の評価装置であって、前記燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータの少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部を絶縁性の透明部材から形成した燃料電池の評価装置。
（２） 前記評価用単位燃料電池の運転条件を変更する変更手段を設けた（１）記載の燃料電池の評価装置。
（３） 前記絶縁性の透明部材と前記電極との間に集電手段を設け、前記集電手段に電流取り出し手段を設けた（１）記載の燃料電池の評価装置。
（４） 前記集電手段に複数の前記電流取り出し手段を設けた（３）記載の燃料電池の評価装置。
（５） 前記集電手段を分割し、それぞれに前記電流取り出し手段を設けた（３）記載の燃料電池の評価装置。
（６） 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックと並列に接続した（１）ないし（５）の何れかに記載の燃料電池の評価装置。
（７） 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだ（１）ないし（５）の何れかに記載の燃料電池の評価装置。
（８） 前記酸化ガス側セパレータを２以上の部材に分割し、そのうちの一部の第１の部材を透明樹脂で製作するとともに、残りの第２の部材を導電性材で製作し、さらに、前記第１の部材と前記電極との間に設けた集電手段を前記第１の部材よりも一回り大きくして前記第２の部材と接触させた（１）記載の燃料電池の評価装置。
（９） 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだ（８）記載の燃料電池の評価装置。
（１０） 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込み、前記第１の部材の外部に水滴量を計測可能なセンサを設けた（８）記載の燃料電池の評価装置。
（１１） 前記評価用単位燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックをそのまま車両用燃料電池スタックとして用いる（７）、（９）、（１０）の何れかに記載の燃料電池の評価装置。

上記（１）の燃料電池の評価装置によれば、ガス流路が形成されたセパレータの一部を透明部材から形成したので、燃料電池の発電反応に伴う生成水のガス流路内での水分布を外部から視認することができる。
上記（２）の燃料電池の評価装置によれば、燃料電池の運転条件を変更する変更手段を設けたので、変更手段によって評価運転条件を電池が実際に使用される環境条件に制御することができ、実際の運転状態に近い状態での水分評価を行うことができる。
上記（３）の燃料電池の評価装置によれば、透明部材と電極との間に集電手段を設け、集電手段に電流取り出し手段を設けたので、セパレータの透明部材が電気絶縁部材であるにもかかわらず、評価用単セルに発電を行わせることができるとともに、電極の電流を取り出し、水分布を定量的に評価することができる。
上記（４）の燃料電池の評価装置によれば、集電手段に複数の電流取り出し手段を設けたので、集電手段のセル面内方向の抵抗値を小さくでき、発電面積の大きなセルでも集電手段による電圧降下を低く抑えることができ、精度の高い評価を行うことができる。
上記（５）の燃料電池の評価装置によれば、集電手段を分割し、それぞれに電流取り出し手段を設けたので、セル面内の電流密度分布も同時に計測することが可能となる。

上記（６）の燃料電池の評価装置によれば、評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックと並列に接続することにより、評価用単位燃料電池を用いてスタック内部の水分状態を容易に推測することができる。
上記（７）の燃料電池の評価装置によれば、評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック内部の水分状態を直接把握することができる。
上記（８）の燃料電池の評価装置によれば、第１の部材と電極との間に設けた集電手段を第１の部材よりも一回り大きくして第２の部材と接触させたので、電流取り出し手段を設けることなくセパレータの第１の部材の部分の水分を観察することができる。
上記（９）の燃料電池の評価装置によれば、上記（８）の評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック内部の水分状態を直接把握することができる。
上記（１０）の燃料電池の評価装置によれば、上記（８）の評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込み、第１の部材の外部に水滴量を計測可能なセンサを設けたので、スタック内部の水分状態を直接把握することができ、さらに、センサ出力に応じて内部の水滴量を外部からコントロールすることが可能となる。
上記（１１）の燃料電池の評価装置によれば、車両用燃料電池スタックを分解することなくメンテナンスが可能となる。

以下に、本発明の燃料電池の評価装置を図１〜図１２を参照して説明する。図１〜図３は本発明の実施例１を示し、図４、図５は本発明の実施例２を示し、図６は本発明の実施例３を示し、図７は本発明の実施例４を示し、図８は本発明の実施例５を示し、図９は本発明の実施例６を示し、図１０は本発明の実施例７を示し、図１１は本発明の実施例８を示し、図１２は本発明の実施例９を示す。
本発明の何れの実施例にわたって共通する構成部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号が付してある。

まず、本発明の全実施例にわたって共通する部分の構成、作用を、図１〜図３を参照して説明する。
本発明の燃料電池の評価装置は、評価用単位燃料電池１を備えている。
評価用単位燃料電池１は、固体高分子電解質型の評価用単位燃料電池であり、電解質２０を挟持した一対の電極２１、２２（アノード２１、カソード２２）とを有するＭＥＡ１２と、燃料ガス流路２３が形成された燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス流路２４が形成された酸化ガス側セパレータ１０とを有する。
評価用単位燃料電池１の燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０の少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部は、電気絶縁性の透明部材、たとえば透明樹脂（透明プラスチック）から形成されている。また、透明樹脂部分と電極２１、２３との間には導電性の集電手段１３が設けられている。すなわち、通常のセパレータがもつ役割を、ガス流路を形成する部分と、発電した電流を導電する部分とに分け、前者は透明樹脂で製作可能であることから透明樹脂とし、後者を集電手段から構成した。
図１〜図３では、評価用単位燃料電池１の燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０は、その全部が透明樹脂から形成されているが、図１０では、酸化ガス側セパレータ１０の一部１０ａのみが透明樹脂から形成されている。

セパレータ１１、１０の透明部材と電極２１、２２との間に設けられた集電手段１３（たとえば、金属網）に、電流取り出し手段１４が設けられている。電流取り出し手段１４はセパレータ１１、１０を貫通して集電手段１３に延び、集電手段１３に接続している。電流取り出し手段１４を設けなくても、集電手段１３からの電流の取り出しが可能な場合は電流取り出し手段１４を省略できる（図１０は省略した例である）。
集電手段１３は、触媒毒の無い（電極２１、２２の触媒層の触媒を被毒させない）ように、少なくとも表面がＡｕ、Ｐｔなどから構成されており、電流取り出し手段１４も、金属メッシュ１３同様、触媒毒の無い導電性の材料（たとえば、黄銅にＡｕメッキ）から製作されている。電流取り出し手段１４は、図示しない負荷に接続されている。ＭＥＡ１２を挟んだセパレータ１１、１０は、中央部にくりぬきのあるフロントプレート１６およびバックプレート１７で挟み込み、これを図示しないボルトによって締結してある。ＭＥＡ１２の面積が小さいなどの理由で締結荷重が低い場合には、フロントプレート１６およびバックプレート１７は省略できる。

本発明の燃料電池の評価装置は、さらに、評価用単位燃料電池１の運転条件を変更する変更手段２を備えていてもよい。変更手段２が変更する条件は、評価用単位燃料電池１の温度、ガス圧力、ガス流量、加湿などの条件の少なくとも１つである。これらの条件の少なくとも１つを制御することにより、評価用単位燃料電池１の運転条件を、実際の燃料電池の運転条件に近づける。
変更手段２が温度である場合、変更手段２は、燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０の少なくとも一方のセパレータのガス流路の背面側に形成された冷却水流路を含む。
変更手段２がガス流量である場合、変更手段２は、燃料ガス流路２３に接続される燃料ガス供給配管に設けられた流量制御弁や、酸化ガス流路２４接続される酸化ガス供給配管に設けられた流量制御弁などを含む。

上記の、本発明の全実施例にわたって共通する部分の作用、効果について説明する。

上記の燃料電池の評価装置では、評価用単位燃料電池１のガス流路２３、２４が形成されたセパレータ１０、１１の、少なくとも一方のセパレータの少なくとも一部を、透明部材から形成したので、評価用単位燃料電池１の、発電反応に伴う生成水のガス流路２３、２４内での水分布を、透明部材を通して、外部から視認することができる。そして、セル面内のどの部分のガス流路２３、２４部分に、どの程度の量の水分が生成されるかるかまで、すなわち分布とその量までも、把握することができる。
また、透明部材と電極２１、２２との間に集電手段１３を設けたので、セパレータの透明部材が電気絶縁部材であるにもかかわらず、評価用単セルに発電を行わせることができるとともに、電極２１、２２の電流を取り出すことができる。その結果、発電性能に大きな影響を及ぼすガス流路２３、２４内の水分布とその水生成量を、発電状態で、定量的に外部から把握することができ、評価することができる。
また、評価用燃料電池１の運転条件を変更する変更手段２を設けたので、変更手段２によって評価燃料電池の運転条件を、実際に車両に搭載される電池が実際に使用される環境条件に制御することができ、実際に車両に搭載される電池の実際の運転状態に近い状態での水分評価を行うことができる。

つぎに、本発明の各実施例に特有な部分の構成、作用、効果を説明する。

本発明の実施例１では、図１〜図３に示すように、燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０の両方のセパレータの全部の部分が絶縁性の透明部材から構成されている。また、集電手段１３（たとえば、金属網）に、電流取り出し手段１４が設けられている。

本発明の実施例１の作用、効果については、両セパレータ１１、１０とも透明なため、燃料ガス流路２３も酸化ガス流路２４の両方ともに、外部からの、直接の観察が可能である。

本発明の実施例２では、図４、図５に示すように、評価用単位燃料電池１の運転条件を変更する変更手段２が設けられており、変更手段２が燃料ガス側セパレータ１１および酸化ガス側セパレータ１０の少なくとも一方のセパレータのガス流路の背面に形成された冷却水流路１５を含む。
図４、図５の例では、片側のセパレータ（酸化ガス側セパレータ１０）を透明樹脂で製作し、もう片方のセパレータ（燃料ガス側セパレータ１１）を熱伝導率の高い金属で製作し、金属製セパレータのガス流路の背面に冷却水流路１５を形成する。この冷却水流路１５に冷水あるいは温水を流すことにより、セル面内の温度制御を可能にしている。
本発明の実施例２の作用、効果については、その冷却水流路１５を流れる冷却水の温度、または量、または温度と量を、制御することによって、評価用単位燃料電池１の運転温度を、実際の燃料電池の運転温度に近づけることができる。

本発明の実施例３では、図６に示すように、集電手段１３（たとえば、金属網）が１つにつき、複数の電流取り出し手段１４が設けられている。
本発明の実施例３の作用、効果については、集電手段１３に複数の電流取り出し手段１４を設けたので、電流取り出し手段１４間の、集電手段１３のセル面内方向の抵抗値を小さくでき、発電面積の大きなセルでも集電手段１３による電圧降下を低く抑えることができ、精度の高い評価を行うことができる。

本発明の実施例４では、図７に示すように、集電手段１３（たとえば、金属網）が互いに導通しない複数の領域に分割されており、それぞれの分割域に電流取り出し手段１４が設けられている。
本発明の実施例４の作用、効果については、集電手段１３を分割し、それぞれに電流取り出し手段１４を設けたので、セル面内の電流密度分布も同時に計測することが可能となる。したがって、それぞれの分割域における水分量も定量的に測定することができ、その測定データを基にして流路の最適化をはかることができる。

本発明の実施例５では、図８に示すように、上記の評価用単位燃料電池１が、燃料電池スタック１００と並列に接続されている。
酸化ガスが、スタック１００の酸化ガス入口４１からスタックに流入し、スタックの酸化ガス出口４２から流出する場合に、酸化ガスは、スタック１００への流路から分流して、評価用単位燃料電池１の酸化ガス入口から酸化ガス流路２４に流入し、評価用単位燃料電池１の酸化ガス出口を通って流出して、スタックの酸化ガス出口４２から流出するガスに合流して、循環する。
燃料ガスが、スタック１００の燃料ガス入口４３からスタックに流入し、スタックの燃料ガス出口４４から流出する場合に、燃料ガスは、スタック１００への流路から分流して、評価用単位燃料電池１の燃料ガス入口から燃料ガス流路２３に流入し、評価用単位燃料電池１の燃料ガス出口を通って流出して、スタックの燃料ガス出口４４から流出するガスに合流して、循環する。
同様に、冷却水が、スタック１００の冷却水入口４５からスタックに流入し、スタックの冷却水出口４６から流出する場合に、冷却水は、スタック１００への流路から分流して、評価用単位燃料電池１の冷却水入口から冷却水流路１５に流入し、評価用単位燃料電池１の冷却水出口を通って流出して、スタックの冷却水出口４６から流出する冷却水に合流して、循環する。

本発明の実施例５の作用、効果については、評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００と並列に、ガス流路、冷却水流路を接続することにより、評価用単位燃料電池を用いてスタック内部の水分状態を、容易に推測することができる。その理由は、並列に接続した場合には、スタック内水分状態と類似の水分状態が評価用単位燃料電池１内に生じていると考えられるので、評価用単位燃料電池１内の水分を評価することにより、スタック内水分状態を推定することができるからである。

本発明の実施例６では、図９に示すように、上記の評価用単位燃料電池１が、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に、構成単位燃料電池として、組み込まれている。
酸化ガスが、スタック１００の酸化ガス入口４１からスタックに流入し、スタックの酸化ガス出口４２から流出する場合に、スタック１００の酸化ガス入口４１からスタックに流入する酸化ガスの一部が、評価用単位燃料電池１の酸化ガス流路２４に流入し、酸化ガス流路２４を流れた後、スタックの酸化ガス出口４２から流出するガスに合流して、循環する。
燃料ガスが、スタック１００の燃料ガス入口４３からスタックに流入し、スタックの燃料ガス出口４４から流出する場合に、スタック１００の燃料ガス入口４３からスタックに流入する燃料ガスの一部が、評価用単位燃料電池１の燃料ガス流路２３に流入し、燃料ガス流路２３を流れた後、スタックの燃料ガス出口４４から流出するガスに合流して、循環する。
同様に、冷却水が、スタック１００の冷却水入口４５からスタックに流入し、スタックの冷却水出口４６から流出する場合に、スタック１００の冷却水入口４５からスタックに流入する冷却水の一部が、評価用単位燃料電池１の冷却水流路１５に流入し、冷却水流路１５を流れた後、スタックの冷却水出口４６から流出する冷却水に合流して、循環する。

本発明の実施例６の作用、効果については、評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック内部の水分状態を直接把握することができる。その理由は、評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００に直列に接続した場合には、スタック内水分状態と同じ水分状態が評価用単位燃料電池１内に生じていると考えられるので、評価用単位燃料電池１内の水分を評価することにより、スタック内水分状態を、直接、把握することができるからである。

本発明の実施例７では、図１０に示すように、酸化ガス側セパレータ１０が２以上の部材１０ａ、１０ｂに分割されており、そのうちの一部の第１の部材１０ａは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第２の部材１０ｂは導電性材で製作されている。さらに、第１の部材１０ａと電極２２との間に設けられた集電手段１３は、第１の部材１０ａよりも一回り大きくし製作されていて、第２の部材１０ｂと接触している。
本発明の実施例７の作用、効果については、第１の部材１０ａと電極２２との間に設けられた集電手段１３が第１の部材１０ａよりも一回り大きく製作されていてまわりの第２の部材１０ｂと接触しているので、第１の部材１０ａで発電した電流は金属網を通じ第２の部材１０ｂで集電され、電流取り出し手段１４を設けることなくセパレータの第１の部材１０ａの部分の水分を観察することができる。

本発明の実施例８では、図１１に示すように、本発明の実施例７の評価用単位燃料電池１（酸化ガス側セパレータ１０が２以上の部材１０ａ、１０ｂに分割されており、そのうちの一部の第１の部材１０ａは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第２の部材１０ｂは導電性材で製作されている評価用単位燃料電池）が、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込まれている。
酸化ガスがスタック１００の酸化ガス入口４１からスタック１００に流入し、スタック１００の酸化ガス出口４２から流出する場合に、スタック１００の酸化ガス入口４１からスタック１００に流入する酸化ガスの一部が評価用単位燃料電池１の酸化ガス流路２４に流入し、酸化ガス流路２４を通った後、スタックの酸化ガス出口４２から流出するガスに合流し、循環する。
燃料ガスがスタック１００の燃料ガス入口４３からスタック１００に流入し、スタック１００の燃料ガス出口４４から流出する場合に、スタック１００の燃料ガス入口４３からスタック１００に流入する燃料ガスの一部が評価用単位燃料電池１の燃料ガス流路２３に流入し、燃料ガス流路２３を通った後、スタックの燃料ガス出口４４から流出するガスに合流し、循環する。
同様に、冷却水がスタック１００の冷却水入口４５からスタック１００に流入し、スタック１００の冷却水出口４６から流出する場合に、スタック１００の冷却水入口４５からスタック１００に流入する冷却水の一部が評価用単位燃料電池１の冷却水流路１５に流入し、冷却水流路１５を通った後、スタックの冷却水出口４６から流出する冷却水に合流し、循環する。

本発明の実施例８の作用、効果については、本発明の実施例７の評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック１００内部の水分状態を、直接、把握することができる。その理由は、評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に直列に組み込んだため、スタック内水分状態と同じ水分状態が評価用単位燃料電池１に生じていると考えられ、評価用単位燃料電池１内の水分状態を計測することにより、スタック１００内部の水分状態を、直接、把握することができると考えられるからである。

本発明の実施例９では、図１２に示すように、本発明の実施例７の評価用単位燃料電池１（酸化ガス側セパレータ１０が２以上の部材１０ａ、１０ｂに分割されており、そのうちの一部の第１の部材１０ａは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第２の部材１０ｂは導電性材で製作されている評価用単位燃料電池）が、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込まれている。さらに、第１の部材１０ａの外部には、水滴量を計測可能な水滴量センサ３０が取り付けられている。水滴量センサ３０には、ワイパーなどに設けられる市販の水滴量センサを用いることができる。
酸化ガスがスタック１００の酸化ガス入口４１からスタック１００に流入し、スタック１００の酸化ガス出口４２から流出する場合に、スタック１００の酸化ガス入口４１からスタック１００に流入する酸化ガスの一部が評価用単位燃料電池１の酸化ガス流路２４に流入し、酸化ガス流路２４を通った後、スタックの酸化ガス出口４２から流出するガスに合流し、循環する。
燃料ガスがスタック１００の燃料ガス入口４３からスタック１００に流入し、スタック１００の燃料ガス出口４４から流出する場合に、スタック１００の燃料ガス入口４３からスタック１００に流入する燃料ガスの一部が評価用単位燃料電池１の燃料ガス流路２３に流入し、燃料ガス流路２３を通った後、スタックの燃料ガス出口４４から流出するガスに合流し、循環する。
同様に、冷却水がスタック１００の冷却水入口４５からスタック１００に流入し、スタック１００の冷却水出口４６から流出する場合に、スタック１００の冷却水入口４５からスタック１００に流入する冷却水の一部が評価用単位燃料電池１の冷却水流路１５に流入し、冷却水流路１５を通った後、スタックの冷却水出口４６から流出する冷却水に合流し、循環する。

本発明の実施例９の作用、効果については、本発明の実施例７の評価用単位燃料電池１を、燃料電池スタック１００の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック１００内部の水分状態を、直接、把握することができる。さらに、水滴量センサ３０を設けたので、センサ３０の出力に応じてスタック内部の水滴量を外部からコントロールすることが可能となる。

本発明の実施例６，８、９の評価用単位燃料電池１を組み込んだ燃料電池スタック１００をそのまま車両用燃料電池スタックとして用いることができる。

その場合は、車両用燃料電池スタック１００を分解することなく燃料電池スタック１００のメンテナンスが可能となる。

本発明の実施例１の燃料電池の評価装置の斜視図である。 本発明の実施例１の燃料電池の評価装置の正面図である。 本発明の実施例１の燃料電池の評価装置の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施例２の燃料電池の評価装置の斜視図である。 本発明の実施例２の燃料電池の評価装置の断面図である。 本発明の実施例３の燃料電池の評価装置の断面図である。 本発明の実施例４の燃料電池の評価装置の断面図である。 本発明の実施例５の燃料電池の評価装置の斜視図である。 本発明の実施例６の燃料電池の評価装置の斜視図である。 本発明の実施例７の燃料電池の評価装置の断面図である。 本発明の実施例８の燃料電池の評価装置の斜視図である。 本発明の実施例９の燃料電池の評価装置の斜視図である。

符号の説明

１ 評価用単位燃料電池
２ 変更手段
１０ 酸化ガス側セパレータ
１０ａ 酸化ガス側セパレータ（可視化部）
１０ｂ 酸化ガス側セパレータ（非可視化部）
１１ 燃料ガス側セパレータ
１２ ＭＥＡ
１３ 集電手段
１４ 電流取り出し手段
１５ 冷却水流路
１６ フロントプレート
１７ バックプレート
２０ 電解質
２１ 電極（アノード）
２２ 電極（カソード）
２３ 燃料ガス流路
２４ 酸化ガス流路
３０ 水滴量センサ
４１ 酸化ガス入口
４２ 酸化ガス出口
４３ 燃料ガス入口
４４ 燃料ガス出口
４５ 冷却水入口
４６ 冷却水出口
１００ 燃料電池スタック

Claims (11)

1. 電解質を挟持した一対の電極とガス流路が形成された燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータとを有する評価用単位燃料電池を備えた燃料電池の評価装置であって、前記燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータの少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部を絶縁性の透明部材から形成した燃料電池の評価装置。
2. 前記評価用単位燃料電池の運転条件を変更する変更手段を設けた請求項１記載の燃料電池の評価装置。
3. 前記絶縁性の透明部材と前記電極との間に集電手段を設け、前記集電手段に電流取り出し手段を設けた請求項１記載の燃料電池の評価装置。
4. 前記集電手段に複数の前記電流取り出し手段を設けた請求項３記載の燃料電池の評価装置。
5. 前記集電手段を分割し、それぞれに前記電流取り出し手段を設けた請求項３記載の燃料電池の評価装置。
6. 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックと並列に接続した請求項１ないし請求項５の何れか一項記載の燃料電池の評価装置。
7. 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだ請求項１ないし請求項５の何れか一項記載の燃料電池の評価装置。
8. 前記酸化ガス側セパレータを２以上の部材に分割し、そのうちの一部の第１の部材を透明樹脂で製作するとともに、残りの第２の部材を導電性材で製作し、さらに、前記第１の部材と前記電極との間に設けた集電手段を前記第１の部材よりも一回り大きくして前記第２の部材と接触させた請求項１記載の燃料電池の評価装置。
9. 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだ請求項８記載の燃料電池の評価装置。
10. 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込み、前記第１の部材の外部に水滴量を計測可能なセンサを設けた請求項８記載の燃料電池の評価装置。
11. 前記評価用単位燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックをそのまま車両用燃料電池スタックとして用いる請求項７、請求項９、請求項１０の何れか一項記載の燃料電池の評価装置。

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