JP2010108628A - Water balance measuring device for fuel cell, fuel cell evaluation test device, and fuel cell system - Google Patents

Water balance measuring device for fuel cell, fuel cell evaluation test device, and fuel cell system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water balance measuring device for a fuel cell, capable of preventing drop in accuracy of the calculation result of a water balance in the fuel cell caused by liquefaction of moisture contained in gas exhausted from the fuel cell, and to provide a fuel cell evaluation test device and a fuel cell system including the same. <P>SOLUTION: The test device 1 has a vaporizing means 71 capable of vaporizing water in a gas exhaust line 20 through which gas exhausted from the fuel cell 30 flows. Liquefaction of moisture contained in the gas exhausted from the fuel cell 30 can be prevented by operating the vaporizing means 71, and exhaust moisture amount W<SB>o</SB>can accurately be derived with a control part 80. The test device 1 can prevent drop in accuracy of the calculation result of the water balance in the fuel cell caused by the liquefaction of moisture contained in the gas exhausted from the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用水収支計測装置や、当該水収支計測装置を備えた燃料電池評価試験装置、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell water balance measuring device, a fuel cell evaluation test device including the water balance measuring device, and a fuel cell system.

従来より、下記特許文献１に開示されている燃料電池の評価装置のように燃料電池における水収支を計測手段によって計測された種々のデータに基づいて算出できる装置が提供されている。
特開２００７−１３４２８７号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus capable of calculating a water balance in a fuel cell based on various data measured by a measuring unit, such as a fuel cell evaluation apparatus disclosed in Patent Document 1 below, has been provided.
JP 2007-134287 A

しかし、上述した従来技術の評価装置では、燃料電池から排出されたガス中に含まれている水分が、背圧調整用に設けられた背圧調整器や、弁、継手などの部材において冷却されて液化してしまい、排出ガス中に含まれている水分量を正確に算出できないという問題があった。   However, in the above-described conventional evaluation apparatus, moisture contained in the gas discharged from the fuel cell is cooled by a member such as a back pressure regulator, a valve, or a joint provided for back pressure adjustment. As a result, the amount of water contained in the exhaust gas cannot be accurately calculated.

そこで、本発明は、燃料電池における水収支の算出結果の精度が、燃料電池から排出されるガス中に含まれている水分の液化を原因として低下するのを防止可能な燃料電池用水収支計測装置や、当該装置を備えた燃料電池評価試験装置、燃料電池システムの提供を目的とした。   Therefore, the present invention provides a water balance measuring device for a fuel cell that can prevent the accuracy of the calculation result of the water balance in the fuel cell from being lowered due to liquefaction of water contained in the gas discharged from the fuel cell. Another object of the present invention is to provide a fuel cell evaluation test apparatus and a fuel cell system including the apparatus.

上記した課題を解決すべく提供される本発明の燃料電池用水収支計測装置は、燃料電池に供給される気体に含まれている流入水分量、並びに、燃料電池から排出される気体に含まれている排出水分量に基づき、前記燃料電池における水収支を計測可能な水収支計測装置であって、前記燃料電池から排出される気体が流れる排気系統と、前記燃料電池から排出された水を気化させることが可能な気化手段と、を有し、前記気化手段に対して気体の流れ方向下流側に、気体の露点を計測可能な露点検出手段が設けられており、当該露点検出手段によって検出された値に基づいて前記排出水分量が導出されることを特徴とする燃料電池用水収支計測装置である。   The water balance measuring device for a fuel cell of the present invention provided to solve the above-described problem is included in the inflow moisture amount contained in the gas supplied to the fuel cell and the gas discharged from the fuel cell. A water balance measuring device capable of measuring a water balance in the fuel cell based on a discharged water amount, wherein an exhaust system through which a gas discharged from the fuel cell flows and water discharged from the fuel cell are vaporized A dew point detecting means capable of measuring a gas dew point on the downstream side of the gas flow direction with respect to the vaporizing means, and detected by the dew point detecting means. The water balance measuring device for a fuel cell is characterized in that the amount of discharged water is derived based on the value.

本発明の燃料電池用水収支計測装置は、燃料電池から排出された気体が露点検出手段に至る前に、気中に含まれている水分を気化手段で加熱して気化させることができる。そのため、本発明の燃料電池用水収支計測装置では、燃料電池から排出された気体中に含まれている水分量（排出水分量）を露点検出手段の検出値に基づいて精度良く導出することができる。従って、本発明の燃料電池用水収支計測装置は、燃料電池における水収支の計測精度が高い。   The fuel cell water balance measuring apparatus of the present invention can vaporize the water contained in the air by the vaporizing means before the gas discharged from the fuel cell reaches the dew point detecting means. Therefore, in the fuel cell water balance measuring device of the present invention, the amount of water contained in the gas discharged from the fuel cell (discharged water amount) can be accurately derived based on the detection value of the dew point detection means. . Therefore, the fuel cell water balance measuring device of the present invention has high measurement accuracy of the water balance in the fuel cell.

また同様の知見に基づいて提供される本発明の燃料電池評価試験装置は、燃料電池に供給される気体に含まれている流入水分量Ｗi、並びに、燃料電池から排出される気体に含まれている排出水分量Ｗoに基づき、前記燃料電池における水収支を計測可能な水収支計測装置であって、前記燃料電池から排出される気体が流れる排気系統と、前記燃料電池から排出された水を気化させることが可能な気化手段と、を有する。本発明の燃料電池用水収支計測装置では、前記流入水分量Ｗiが、前記燃料電池に供給される気体の露点に対応する飽和水蒸気圧Ｐwiと、前記燃料電池に対して供給される気体の供給圧Ｐoiと、前記燃料電池に供給される気体の流量Ｑiと、前記燃料電池に対して供給される気体の分子量Ｍと、を下記（数式１）に代入することにより導出される。また、本発明の燃料電池用水収支計測装置では、前記排出水分量Ｗoが、前記気化手段により気化された水分を含み前記排気系統を流れる気体の露点に対応する飽和水蒸気圧Ｐwoと、前記排気系統を流れる気体の排気圧Ｐooと、前記排気系統を流れる気体の流量Ｑoと、を下記（数式２）に代入することにより導出される（請求項２）。

Figure 2010108628
Figure 2010108628
 Further, the fuel cell evaluation and test apparatus of the present invention provided based on the same knowledge is included in the inflow moisture amount W i contained in the gas supplied to the fuel cell and the gas discharged from the fuel cell. A water balance measuring device capable of measuring a water balance in the fuel cell based on a discharged water amount Wo , an exhaust system through which a gas discharged from the fuel cell flows, and water discharged from the fuel cell Vaporizing means capable of vaporizing. In the water balance measuring apparatus for a fuel cell according to the present invention, the inflow moisture amount W i includes a saturated water vapor pressure P wi corresponding to a dew point of the gas supplied to the fuel cell, and a gas supplied to the fuel cell. It is derived by substituting the supply pressure Poi , the flow rate Q i of the gas supplied to the fuel cell, and the molecular weight M of the gas supplied to the fuel cell into the following (Equation 1). In the water balance measuring apparatus for a fuel cell according to the present invention, the discharged water amount W o is a saturated water vapor pressure P wo corresponding to a dew point of a gas containing water vaporized by the vaporizing means and flowing through the exhaust system, This is derived by substituting the exhaust pressure P oo of the gas flowing through the exhaust system and the flow rate Q o of the gas flowing through the exhaust system into the following (Equation 2) (Claim 2).
Figure 2010108628
Figure 2010108628

本発明の燃料電池用水収支計測装置は、気化手段を有し、これにより排気系統に排出された水分を気化させることができる。そのため、本発明の燃料電池用水収支計測装置では、気化手段により気化された水分を含み前記排気系統を流れる気体の露点に対応する飽和水蒸気圧Ｐwoや、前記排気系統を流れる気体の排気圧Ｐoo、前記排気系統を流れる気体の流量Ｑoを上記（数式２）に代入することにより燃料電池から排出された水分量（排出水分量Ｗo）を正確かつ容易に導出することができる。また、本発明の燃料電池用水収支計測装置では、上記（数式１）により、燃料電池に流入する水分量（流入水分量Ｗi）も正確かつ容易に導出することができる。従って、本発明の燃料電池用水収支計測装置によれば、燃料電池における水収支を容易かつ正確に計測することができる。 The fuel cell water balance measuring apparatus of the present invention has vaporization means, and can thereby vaporize water discharged to the exhaust system. For this reason, in the fuel cell water balance measuring device of the present invention, the saturated water vapor pressure Pwo corresponding to the dew point of the gas containing the water vaporized by the vaporizing means and flowing through the exhaust system, or the exhaust pressure P of the gas flowing through the exhaust system. oo, the flow rate Q o of the gas flowing through the exhaust system can amount of water discharged from the fuel cell (discharge water amount W o) to accurately and easily derived by substituting the above (equation 2). Moreover, in the fuel cell water balance measuring apparatus of the present invention, the amount of water flowing into the fuel cell (inflowing water amount W i ) can be accurately and easily derived from the above (Equation 1). Therefore, according to the fuel cell water balance measuring device of the present invention, the water balance in the fuel cell can be measured easily and accurately.

上述した本発明の燃料電池用水収支計測装置は、燃料電池に供給される気体の流量Ｑiと、当該気体のストイキ比Ｓと、に基づいて排気系統を流れる気体の流量Ｑoが導出され、当該流量Ｑoが（数式２）に代入されるものであることが望ましい（請求項３）。 In the fuel cell water balance measuring apparatus of the present invention described above, the flow rate Q o of the gas flowing through the exhaust system is derived based on the flow rate Q i of the gas supplied to the fuel cell and the stoichiometric ratio S of the gas, It is desirable that the flow rate Q o is substituted into (Formula 2) (Claim 3).

かかる構成によれば、気体の流量Ｑoを導出するための手段として流量計などを設ける必要がなく、その分水分が液化してしまい、水収支の計測精度が低下する可能性を低減することができる。また、上述したような構成とすれば、燃料電池用水収支計測装置の装置構成を簡略化することができる。 According to such a configuration, there is no need to provide a flow meter or the like as a means for deriving the gas flow rate Q o, and the possibility that the moisture will be liquefied and the water balance measurement accuracy will be reduced accordingly. Can do. Moreover, if it is set as the structure mentioned above, the apparatus structure of the water balance measuring apparatus for fuel cells can be simplified.

具体的には、燃料電池に所定の気体Ａを導入する場合は、その気体Ａの流量Ｑiと、その気体中に含まれている活物質（酸素あるいは水素）についてのストイキ比Ｓと、気体Ａ中に含まれている活物質（酸素あるいは水素）の割合Ｒ［％］に基づき、下記（数式７）に基づいて排気系統を流れる気体Ａの流量Ｑoを導出することができる。

Figure 2010108628
Specifically, when the predetermined gas A is introduced into the fuel cell, the flow rate Q i of the gas A, the stoichiometric ratio S for the active material (oxygen or hydrogen) contained in the gas, the gas Based on the ratio R [%] of the active material (oxygen or hydrogen) contained in A, the flow rate Q o of the gas A flowing through the exhaust system can be derived based on the following (Formula 7).
Figure 2010108628

さらに具体的には、燃料電池の正極側に空気を導入する場合は、空気の流量Ｑiと、酸素についてのストイキ比ＳO2と、空気中に含まれている酸素の割合Ｒ［％］（Ｒ＝２０．８％）に基づき、下記（数式３）に基づいて排気系統を流れる空気の流量Ｑoを導出することができる。

Figure 2010108628
More specifically, when air is introduced into the positive electrode side of the fuel cell, the air flow rate Q i , the stoichiometric ratio S O2 for oxygen, and the ratio R [%] of oxygen contained in the air ( R = 20.8%), the flow rate Q o of the air flowing through the exhaust system can be derived based on the following (Formula 3).
Figure 2010108628

また、燃料電池に負極側ガスとして水素そのものを導入する場合は、水素の流量Ｑiと、水素のストイキ比ＳH2と、に基づき、下記（数式４）に基づいて負極側の排気系統を流れる水素の流量Ｑoを導出することができる。

Figure 2010108628
In addition, when hydrogen itself is introduced into the fuel cell as the negative electrode side gas, it flows through the negative side exhaust system based on the following (Equation 4) based on the hydrogen flow rate Q i and the hydrogen stoichiometric ratio S H2. The hydrogen flow rate Q o can be derived.
Figure 2010108628

なお、燃料電池に負極側ガスとして、水素を主成分とし、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを所定の混合比で混合した気体を供給する場合は、上述した酸素を正極側ガスとして供給する場合と同様に、上記（数式７）に対し、水素の流量Ｑiと、水素のストイキ比ＳH2に加え、供給するガス中に含まれる水素の割合Ｒ［％］を代入することにより、負極側の排気系統を流れる水素の流量Ｑoを導出することができる。 In addition, when supplying a gas in which hydrogen is a main component and an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is mixed in a predetermined mixing ratio as the negative electrode side gas, the above-described oxygen is supplied as the positive electrode side gas. In the same manner as described above, by substituting the hydrogen flow rate Q i and the hydrogen stoichiometric ratio S H2 in addition to the hydrogen flow rate Q i and the hydrogen ratio R [%] contained in the supplied gas, The flow rate Q o of hydrogen flowing through the negative-side exhaust system can be derived.

同様に、燃料電池に正極側ガスとして空気でなく酸素自体を導入する場合は、酸素の流量Ｑiと、酸素のストイキ比ＳO2と、に基づき、下記（数式８）に基づいて正極側の排気系統を流れる水素の流量Ｑoを導出することができる。

Figure 2010108628
Similarly, when oxygen is introduced into the fuel cell instead of air as the positive electrode side gas, based on the oxygen flow rate Q i and the oxygen stoichiometric ratio S O2 , The flow rate Q o of hydrogen flowing through the exhaust system can be derived.
Figure 2010108628

また、本発明の燃料電池評価試験装置は、燃料電池の評価試験を行うためのものであって、上述した本発明の燃料電池用水収支計測装置を有している。本発明の燃料電池評価試験装置は、前記燃料電池用水収支計測装置により、評価試験対象である燃料電池の正極および負極のうち、少なくとも一方における水収支を計測可能であることを特徴としている（請求項４）。   The fuel cell evaluation test apparatus of the present invention is for performing an evaluation test of a fuel cell, and has the above-described fuel cell water balance measurement apparatus of the present invention. The fuel cell evaluation test apparatus of the present invention is characterized in that the water balance in at least one of a positive electrode and a negative electrode of a fuel cell, which is an evaluation test object, can be measured by the fuel cell water balance measurement device (claim). Item 4).

かかる構成によれば、供試体たる燃料電池の正極や負極における水収支を正確に計測可能な燃料電池評価試験装置を提供できる。   According to such a configuration, it is possible to provide a fuel cell evaluation test apparatus capable of accurately measuring the water balance at the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell as the specimen.

また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、当該燃料電池の正極から排出される気体が流れる正極側排気系統と、前記燃料電池の負極から排出される気体が流れる負極側排気系統と、を有している。本発明の燃料電池システムは、前記正極ガス供給系統および負極ガス供給系統のうち、少なくとも一方に上述したの燃料電池用水収支計測装置が設けられていることを特徴としている（請求項５）。   The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, a positive exhaust system through which gas discharged from the positive electrode of the fuel cell flows, a negative exhaust system through which gas discharged from the negative electrode of the fuel cell, have. The fuel cell system of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell water balance measuring device is provided in at least one of the positive electrode gas supply system and the negative electrode gas supply system (Claim 5).

かかる構成によれば、燃料電池の正極や負極における水収支を正確に計測し、この計測結果を燃料電池の運転等に活用可能な燃料電池システムを提供することができる。   According to this configuration, it is possible to provide a fuel cell system capable of accurately measuring the water balance at the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell and utilizing the measurement result for the operation of the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池における水収支を正確に計測可能な燃料電池用水収支計測装置、燃料電池評価試験装置、並びに、燃料電池システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the water balance measuring apparatus for fuel cells which can measure the water balance in a fuel cell correctly, a fuel cell evaluation test apparatus, and a fuel cell system can be provided.

続いて、本発明の一実施形態に係る燃料電池用評価試験装置１（以下、試験装置１とも称す）について、特徴的構成である燃料電池用水収支計測装置１００（以下、計測装置１００とも称す）を中心として説明する。図１に示すように、試験装置１は、燃料電池３０に対して接続されたガス供給系統１０と、ガス排出系統２０（排気系統）と、制御部８０と、に大別される。ガス供給系統１０は、さらに燃料電池３０の正極（カソード極）側に接続された正極側ガス供給系統１１と、負極（アノード極）側に接続された負極側ガス供給系統１５と、に大別される。同様に、ガス排出系統２０は、燃料電池３０の正極（カソード極）側に接続された正極側ガス排出系統２１と、負極（アノード極）側に接続された負極側ガス排出系統２５と、に大別される。   Subsequently, a fuel cell water balance measuring device 100 (hereinafter also referred to as a measuring device 100) which is a characteristic configuration of the fuel cell evaluation test device 1 (hereinafter also referred to as a testing device 1) according to an embodiment of the present invention. Will be described mainly. As shown in FIG. 1, the test apparatus 1 is roughly divided into a gas supply system 10 connected to the fuel cell 30, a gas exhaust system 20 (exhaust system), and a control unit 80. The gas supply system 10 is further roughly divided into a positive electrode side gas supply system 11 connected to the positive electrode (cathode electrode) side of the fuel cell 30 and a negative electrode side gas supply system 15 connected to the negative electrode (anode electrode) side. Is done. Similarly, the gas discharge system 20 includes a positive gas discharge system 21 connected to the positive electrode (cathode electrode) side of the fuel cell 30 and a negative gas discharge system 25 connected to the negative electrode (anode electrode) side. Broadly divided.

正極側ガス供給系統１１、負極側ガス供給系統１５、正極側ガス排出系統２１、並びに、負極側ガス排出系統２５は、それぞれ独立的に設けられている。正極側ガス供給系統１１は、燃料電池３０に対して正極活物質として使用される酸素を主成分とする正極側ガス（カソードガス）を供給する正極側供給路１２を有する。本実施形態では、正極側ガスとして空気が採用されている。また、負極側ガス供給系統１５は、燃料電池３０に対して負極活物質として使用される水素を主成分とするガスなどの負極側ガス（アノードガス）を供給する負極側供給路１６を有する。正極側ガス排出系統２１は、燃料電池３０の正極側からガス等を排出するための正極側排出路１３を有する。負極側ガス排出系統２５は、燃料電池３０の負極側からガス等を排出するための負極側排出路１７を有する。   The positive electrode side gas supply system 11, the negative electrode side gas supply system 15, the positive electrode side gas discharge system 21, and the negative electrode side gas discharge system 25 are provided independently. The positive electrode side gas supply system 11 includes a positive electrode side supply path 12 that supplies a positive electrode side gas (cathode gas) mainly composed of oxygen used as a positive electrode active material to the fuel cell 30. In this embodiment, air is employed as the positive electrode side gas. Further, the negative electrode side gas supply system 15 has a negative electrode side supply path 16 for supplying a negative electrode side gas (anode gas) such as a gas mainly containing hydrogen used as a negative electrode active material to the fuel cell 30. The positive electrode side gas discharge system 21 has a positive electrode side discharge path 13 for discharging gas and the like from the positive electrode side of the fuel cell 30. The negative electrode side gas discharge system 25 has a negative electrode side discharge path 17 for discharging gas or the like from the negative electrode side of the fuel cell 30.

正極側ガス供給系統１１および負極側ガス供給系統１５は、それぞれ同様の構成とされている。正極側供給路１２および負極側供給路１６は、ガスの流れ方向上流側にマスフローコントローラなどの流量調整手段３７を有し、その下流側において一旦低湿度流路３３と高湿度流路３５の２系統に分岐した後、再度合流する流路構成とされている。具体的には、正極側供給路１２および負極側供給路１６は、ガスの流れ方向上流側の分岐点に、それぞれ三方弁３８を有し、これよりも下流側において、低湿度流路３３と高湿度流路３５の２系統に分岐している。また、低湿度流路３３および高湿度流路３５は、前記した分岐点よりもガスの流れ方向下流側において三方弁４０に接続され、合流している。正極側供給路１２および負極側供給路１６は、それぞれ合流点に設けられた三方弁４０に混合ガス流路３６が接続されており、これを介して下流側に設けられた燃料電池３０に向けて正極側ガスや負極側ガスを供給することができる。   The positive electrode side gas supply system 11 and the negative electrode side gas supply system 15 have the same configuration. The positive electrode side supply path 12 and the negative electrode side supply path 16 have a flow rate adjusting means 37 such as a mass flow controller on the upstream side in the gas flow direction. It is set as the flow-path structure which joins again after branching to a system | strain. Specifically, each of the positive electrode side supply path 12 and the negative electrode side supply path 16 has a three-way valve 38 at a branch point on the upstream side in the gas flow direction. The high-humidity channel 35 is branched into two systems. The low-humidity channel 33 and the high-humidity channel 35 are connected to and merged with the three-way valve 40 on the downstream side in the gas flow direction from the aforementioned branch point. In the positive electrode side supply path 12 and the negative electrode side supply path 16, a mixed gas flow path 36 is connected to a three-way valve 40 provided at the junction point, and the fuel cell 30 is provided downstream thereof. Thus, the positive electrode side gas and the negative electrode side gas can be supplied.

低湿度流路３３は、図示しない供給源から供給された正極側ガスや負極側ガスが加湿されることなくそのまま流れる流路である。また、高湿度流路３５は、上述した分岐点において分岐した流路であり、図示しない供給源から供給された正極側ガスや負極側ガスを加湿して供給する流路である。高湿度流路３５の中途には、加湿手段４３が設けられている。低湿度流路３３に流入するガスと、高湿度流路３５に流入するガスと、の比（分流比）は、両流路３３，３５の分岐点に設けられた三方弁３８を開度調整することにより調整できる。また、上述した合流部に設けられた三方弁４０において合流する低湿度ガスと、高湿度ガスと、の比（混合比）は、三方弁４０を開度調整することにより調整できる。そのため、正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５では、三方弁３８，４０を通過する低湿度ガスおよび高湿度ガスの流量を調整することにより、合流点において所定の割合で低湿度ガスおよび高湿度ガスを混合させ、混合ガスを調製することができる。   The low-humidity channel 33 is a channel through which the positive side gas and the negative side gas supplied from a supply source (not shown) flow without being humidified. The high-humidity channel 35 is a channel branched at the above-described branch point, and is a channel that humidifies and supplies positive side gas and negative side gas supplied from a supply source (not shown). Humidifying means 43 is provided in the middle of the high humidity channel 35. The ratio of the gas flowing into the low-humidity channel 33 and the gas flowing into the high-humidity channel 35 (diversion ratio) is adjusted by opening the three-way valve 38 provided at the branch point of both the channels 33 and 35. Can be adjusted. Further, the ratio (mixing ratio) between the low humidity gas and the high humidity gas that merge at the three-way valve 40 provided at the junction described above can be adjusted by adjusting the opening degree of the three-way valve 40. Therefore, in the positive electrode side gas supply system 11 and the negative electrode side gas supply system 15, the low humidity gas at a predetermined rate at the junction is obtained by adjusting the flow rates of the low humidity gas and the high humidity gas passing through the three-way valves 38 and 40. And a high-humidity gas can be mixed to prepare a mixed gas.

加湿手段４３は、高湿度流路３５の中途であって、三方弁３８よりもガスの流れ方向下流側の位置に配されている。加湿手段４３は、貯留水を貯留する密閉型の貯留槽５０と、この貯留槽５０内の貯留水を加熱するためのヒーター５１（水温調整手段）とを具備している。通常、貯留槽５０に貯留される貯留水には純水が使用されるが、試験条件等に合わせて適宜変更することも可能である。貯留槽５０の底部側には、ガス導入部５３が設けられており、これを介して、高湿度流路３５により供給された正極側ガスや負極側ガスを貯留槽５０内の貯留水中に吐出可能とされている。   The humidifying means 43 is disposed in the middle of the high-humidity channel 35 and at a position downstream of the three-way valve 38 in the gas flow direction. The humidifying means 43 includes a sealed storage tank 50 for storing the stored water, and a heater 51 (water temperature adjusting means) for heating the stored water in the storage tank 50. Normally, pure water is used as the stored water stored in the storage tank 50, but it can be appropriately changed according to the test conditions and the like. A gas introduction part 53 is provided on the bottom side of the storage tank 50, and the positive electrode side gas and the negative electrode side gas supplied by the high humidity channel 35 are discharged into the stored water in the storage tank 50 through this. It is possible.

また、貯留槽５０の頂部側には、ガス排出部５５が設けられており、これを介して貯留水中に吐出されたガスを加湿手段４３の下流側に送り出すことができる。貯留槽５０内には、水温検知センサ５７が設けられており、これにより貯留槽５０内に貯留されている貯留水の水温を検知することができる。高湿度流路３５において、三方弁３８を通過してきたガスは、ヒーター５１によって所定温度に加熱された貯留水中に吐出され、いわゆるバブリング処理が施される。これにより、貯留槽５０に導入されたガスは、所定の湿度に加湿された状態でガス排出部５５から排出される。   Further, a gas discharge part 55 is provided on the top side of the storage tank 50, and the gas discharged into the stored water can be sent to the downstream side of the humidifying means 43 through this. A water temperature detection sensor 57 is provided in the storage tank 50, whereby the temperature of the stored water stored in the storage tank 50 can be detected. In the high-humidity channel 35, the gas that has passed through the three-way valve 38 is discharged into the stored water heated to a predetermined temperature by the heater 51, and so-called bubbling is performed. Thereby, the gas introduced into the storage tank 50 is discharged from the gas discharge part 55 in a state humidified to a predetermined humidity.

高湿度流路３５は、上記した貯留槽５０の下流側の合流点に設けられた三方弁４０に接続されている。そのため、ガス排出部５５を介して貯留槽５０から導出された高湿度ガスは、合流点に設けられた三方弁４０において低湿度流路３３を介して供給される低湿度ガスと合流して混合され、所定の露点に調整された混合ガスとなる。このようにして調製された混合ガスは、混合ガス流路３６を介して燃料電池３０に供給される。混合ガス流路３６の中途には、従来公知の圧力センサ等からなる供給側圧力計６０や、供給側露点計６１が設けられており、これにより燃料電池３０に供給される混合ガスの供給圧力や露点を検知することができる。   The high humidity channel 35 is connected to a three-way valve 40 provided at the junction point on the downstream side of the storage tank 50 described above. Therefore, the high-humidity gas led out from the storage tank 50 via the gas discharge part 55 joins and mixes with the low-humidity gas supplied via the low-humidity flow path 33 in the three-way valve 40 provided at the junction. The mixed gas is adjusted to a predetermined dew point. The mixed gas prepared in this way is supplied to the fuel cell 30 via the mixed gas flow path 36. In the middle of the mixed gas flow path 36, a supply-side pressure gauge 60 and a supply-side dew point meter 61, each of which is a conventionally known pressure sensor, are provided. And dew point can be detected.

ガス排出系統２０を構成する正極側ガス排出系統２１および負極側ガス排出系統２５は、それぞれ同様の構成とされている。正極側ガス排出系統２１および負極側ガス排出系統２５は、それぞれ、燃料電池３０の正極側に接続された正極側排出路１３と、負極側に接続された負極側排出路１７を有する。正極側排出路１３および負極側排出路１７には、それぞれ、気化手段７１や、排出側圧力計７２、排出側露点計７３、背圧調整器７５、熱交換器７６が設けられている。気化手段７１は、従来公知のヒーターなどによって構成されており、燃料電池３０に対して正極側ガスや負極側ガスの流れ方向下流側に位置する正極側排出路１３や、負極側排出路１７に設けられている。気化手段７１は、燃料電池３０の正極および負極から正極側排出路１３や負極側排出路１７に向けて排出された水分を加熱し、気化させることができる。   The positive gas discharge system 21 and the negative gas discharge system 25 that constitute the gas discharge system 20 have the same configuration. Each of the positive electrode side gas discharge system 21 and the negative electrode side gas discharge system 25 has a positive electrode side discharge path 13 connected to the positive electrode side of the fuel cell 30 and a negative electrode side discharge path 17 connected to the negative electrode side. The positive electrode side discharge path 13 and the negative electrode side discharge path 17 are provided with a vaporizing means 71, a discharge side pressure gauge 72, a discharge side dew point meter 73, a back pressure regulator 75, and a heat exchanger 76, respectively. The vaporization means 71 is configured by a conventionally known heater or the like. Is provided. The vaporization means 71 can heat and vaporize the moisture discharged from the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell 30 toward the positive electrode side discharge path 13 and the negative electrode side discharge path 17.

排出側圧力計７２は、正極側排出路１３や負極側排出路１７の中途であって、上記した気化手段７１に対して正極側ガスや負極側ガスの流れ方向上流側に設けられている。具体的には、排出側圧力計７２は、燃料電池３０における正極側ガスや負極側ガスの排出口近傍に設けられており、燃料電池３０と気化手段７１との間に位置している。また、排出側露点計７３は、上述した気化手段７１に対して正極側ガスや負極側ガスの流れ方向下流側であって、背圧調整器７５よりも上流側の位置に設けられている。そのため、排出側露点計７３は、正極側排出路１３や負極側排出路１７において、気化手段７１により水分が気化した状態で含まれているガス（正極側ガス、負極側ガス）の露点を計測可能とされている。   The discharge-side pressure gauge 72 is provided in the middle of the positive electrode-side discharge passage 13 and the negative electrode-side discharge passage 17, and is provided on the upstream side in the flow direction of the positive electrode-side gas and the negative electrode-side gas with respect to the vaporizing means 71 described above. Specifically, the discharge side pressure gauge 72 is provided in the vicinity of the discharge port of the positive electrode side gas and the negative electrode side gas in the fuel cell 30, and is positioned between the fuel cell 30 and the vaporization means 71. Further, the discharge-side dew point meter 73 is provided at a position on the downstream side in the flow direction of the positive electrode side gas and the negative electrode side gas with respect to the vaporizing means 71 described above and upstream of the back pressure regulator 75. Therefore, the discharge side dew point meter 73 measures the dew point of the gas (positive electrode side gas, negative electrode side gas) contained in the state where moisture is vaporized by the vaporization means 71 in the positive electrode side discharge path 13 and the negative electrode side discharge path 17. It is possible.

背圧調整器７５は、燃料電池３０の背圧調整用に設けられたものであり、正極側排出路１３や負極側排出路１７の中途に取り付けられた弁７７と、この弁７７に対して並列に設けられた弁７８とを有する。また、熱交換器７６は、背圧調整器７５に対して正極側ガスや負極側ガスの流れ方向下流側に隣接する位置に設けられている。熱交換器７６は、ガス排出系統２０において背圧調整器７５を通過してきたガスを冷却し、排気することができる。   The back pressure regulator 75 is provided for adjusting the back pressure of the fuel cell 30. A valve 77 attached in the middle of the positive electrode side discharge path 13 and the negative electrode side discharge path 17, and the valve 77. And a valve 78 provided in parallel. The heat exchanger 76 is provided at a position adjacent to the downstream side in the flow direction of the positive electrode side gas and the negative electrode side gas with respect to the back pressure regulator 75. The heat exchanger 76 can cool and exhaust the gas that has passed through the back pressure regulator 75 in the gas discharge system 20.

試験装置１は、上述した構成に加えて従来公知のＣＰＵや論理回路などで構成された制御部８０を備えている。試験装置１は、制御部８０から発信される制御信号に基づき、三方弁３８，４０の開度や、貯留槽５０に設けられたヒーター５１の出力を調整できる。そのため、試験装置１は、制御部８０により、低湿度流路３３および高湿度流路３５を流れるガスの比（分流比）や、これらのガスが三方弁４０で合流する比率（混合比）、混合ガス流路３６を介して燃料電池３０に供給されるガスの露点を調整することができる。制御部８０には、ガス供給系統１０側から、水温検知センサ５７により検知される貯留槽５０における水温Ｔwについてのデータや、供給側圧力計６０により検知される燃料電池３０に対する混合ガスの供給圧力（給気圧力Ｐoi）のデータ、供給側露点計６１によって検知される混合ガスの露点（給気露点Ｔoi）のデータが入力される。 In addition to the configuration described above, the test apparatus 1 includes a control unit 80 configured with a conventionally known CPU, logic circuit, and the like. The test apparatus 1 can adjust the opening of the three-way valves 38 and 40 and the output of the heater 51 provided in the storage tank 50 based on a control signal transmitted from the control unit 80. Therefore, the test apparatus 1 uses the control unit 80 to control the ratio of gas flowing through the low-humidity channel 33 and the high-humidity channel 35 (diversion ratio), the ratio at which these gases merge at the three-way valve 40 (mixing ratio), The dew point of the gas supplied to the fuel cell 30 via the mixed gas flow path 36 can be adjusted. From the gas supply system 10 side, the control unit 80 supplies data on the water temperature T w in the storage tank 50 detected by the water temperature detection sensor 57 and the supply of the mixed gas to the fuel cell 30 detected by the supply-side pressure gauge 60. Data on the pressure (supply pressure P oi ) and data on the dew point (supply air dew point T oi ) of the mixed gas detected by the supply-side dew point meter 61 are input.

制御部８０には、ガス排出系統２０側から、排出側圧力計７２によって検知される燃料電池３０の排出ガスの排気圧Ｐooや、排出側露点計７３によって検知される排出ガスの露点（排気露点Ｔoo）のデータが入力される。また、制御部８０は、排出ガス中に含まれている水分を十分気化可能な温度にガス排出系統２０側に設けられた気化手段７１の出力を調整したり、背圧調整器７５を構成する弁７７，７８の開度調整により燃料電池３０の背圧調整を行うことができる。 From the gas discharge system 20 side, the control unit 80 detects the exhaust pressure P oo of the exhaust gas of the fuel cell 30 detected by the discharge side pressure gauge 72 and the exhaust gas dew point (exhaust gas) detected by the discharge side dew point meter 73. Data of dew point T oo ) is input. In addition, the control unit 80 adjusts the output of the vaporization means 71 provided on the gas discharge system 20 side to a temperature at which moisture contained in the exhaust gas can be sufficiently vaporized, or configures the back pressure adjuster 75. The back pressure of the fuel cell 30 can be adjusted by adjusting the opening degree of the valves 77 and 78.

制御部８０は、給気露点Ｔoiに基づき、これに対応する飽和水蒸気圧Ｐwiを導出することができる。具体的には、制御部８０は、下記（数式６）に示すＧｏｆｆ−Ｇｒａｔｃｈの式などを用いて飽和水蒸気圧Ｐwiを導出することができる。本実施形態では、下記（数式６）のＴoに給気露点Ｔoiを代入することにより、飽和水蒸気圧Ｐwiが導出される。

Figure 2010108628
Based on the supply air dew point T oi , the control unit 80 can derive the corresponding saturated water vapor pressure P wi . Specifically, the control unit 80 can derive the saturated water vapor pressure P wi using the Goff-Gratch equation shown in the following (Equation 6). In the present embodiment, by substituting the supply dew point T oi the T o the following (Equation 6), a saturated water vapor pressure P wi is derived.
Figure 2010108628

また、制御部８０は、下記（数式１）により燃料電池３０に対して正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５を介して供給される混合ガス中に含まれている流入水分量Ｗi［ｇ／ｍｉｎ］を導出することができる。下記（数式１）において、飽和水蒸気圧Ｐwi［Ｐａ］には、正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５のうち、流入水分量Ｗiを導出する系統に設けられた排出側露点計７３によって導出された給気露点Ｔoiに基づいて導出された値が代入される。また、給気圧力Ｐoi［Ｐａ］や、供給ガス流量Ｑi［ＮＬ／ｍｉｎ］には、正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５のうち、流入水分量Ｗiを導出する系統に設けられた供給側圧力計６０の検出値や、流量調整手段３７により設定されたガスの流量が代入される。下記（数式１）の分子量Ｍには、正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５を介して燃料電池３０に供給される混合ガス中に含まれている活物質、すなわち正極活物質として使用される酸素の分子量（Ｍ＝１８）、あるいは、負極活物質として使用される水素の分子量（Ｍ＝２）が代入される。

Figure 2010108628
The control unit 80 also supplies the inflow moisture amount W contained in the mixed gas supplied to the fuel cell 30 via the positive gas supply system 11 and the negative gas supply system 15 according to the following (Equation 1). i [g / min] can be derived. In the following (Formula 1), the saturated water vapor pressure P wi [Pa] includes an exhaust-side dew point provided in the system for deriving the inflow moisture amount W i in the positive-side gas supply system 11 and the negative-side gas supply system 15. A value derived based on the supply air dew point Toi derived by the total 73 is substituted. A system for deriving the inflow moisture amount W i out of the positive-side gas supply system 11 and the negative-side gas supply system 15 for the supply pressure P oi [Pa] and the supply gas flow rate Q i [NL / min]. The value detected by the supply-side pressure gauge 60 provided in the gas flow rate and the gas flow rate set by the flow rate adjusting means 37 are substituted. The molecular weight M in the following (Formula 1) includes an active material contained in the mixed gas supplied to the fuel cell 30 via the positive electrode side gas supply system 11 and the negative electrode side gas supply system 15, that is, as a positive electrode active material. The molecular weight of oxygen used (M = 18) or the molecular weight of hydrogen used as the negative electrode active material (M = 2) is substituted.
Figure 2010108628

制御部８０は、下記（数式７）に基づいて、燃料電池３０から正極側ガス排出系統２１に排出される正極側ガスの流量Ｑo［ＮＬ／ｍｉｎ］や負極側ガス排出系統２５に排出される負極側ガスの流量Ｑo［ＮＬ／ｍｉｎ］を導出することができる。下記（数式７）において、Ｓは、燃料電池において活物質として作用する酸素や水素についてのストイキ比である。具体的には、酸素についてのストイキ比Ｓ（以下、ストイキ比ＳO2とも称す）は、燃料電池３０に供給された酸素量（ＱO2・in）と、燃料電池３０で消費された酸素量（ＱO2・ex）と、の比（ＱO2・in／ＱO2・ex）に相当する。同様に、水素についてのストイキ比Ｓ（以下、ストイキ比ＳH2とも称す）は、燃料電池３０に供給された水素量（ＱH2・in）と、燃料電池３０で消費された水素量（ＱH2・ex）と、の比（ＱH2・in／ＱH2・ex）に相当する。また、下記（数式７）において、Ｒ［％］は、燃料電池３０に対して正極側ガス供給系統１１や負極側ガス供給系統１５を介して供給される気体中に含まれている酸素や水素の割合である。

Figure 2010108628
Based on the following (Formula 7), the control unit 80 discharges the positive electrode side gas flow rate Q o [NL / min] discharged from the fuel cell 30 to the positive electrode side gas discharge system 21 and the negative electrode side gas discharge system 25. The negative electrode side gas flow rate Q o [NL / min] can be derived. In the following (Formula 7), S is a stoichiometric ratio for oxygen or hydrogen that acts as an active material in the fuel cell. Specifically, the stoichiometric ratio S for oxygen (hereinafter also referred to as stoichiometric ratio S O2 ) is determined by the amount of oxygen supplied to the fuel cell 30 (Q O2 · in ) and the amount of oxygen consumed by the fuel cell 30 ( Q O2 · ex ) and the ratio (Q O2 · in / Q O2 · ex ). Likewise, the stoichiometric ratio S for hydrogen (hereinafter, referred to as a stoichiometric ratio S H2) is supplied hydrogen amount in the fuel cell 30 and (Q H2 · in), the amount of hydrogen consumed by the fuel cell 30 (Q H2 Ex ) and the ratio (Q H2 · in / Q H2 · ex ). In the following (Formula 7), R [%] represents oxygen or hydrogen contained in the gas supplied to the fuel cell 30 via the positive electrode side gas supply system 11 and the negative electrode side gas supply system 15. Is the ratio.
Figure 2010108628

本実施形態では、上述したように、燃料電池３０に対して正極側ガスとして空気が供給されている。また、空気中には、酸素が約２０．８［％］含まれている。そのため、制御部８０は、下記（数式３）に基づき、燃料電池３０から正極側ガス排出系統２１に排出される正極側ガスの流量Ｑo［ＮＬ／ｍｉｎ］（以下、排出ガス流量ＱoAとも称す）を導出することができる。

Figure 2010108628
In the present embodiment, as described above, air is supplied to the fuel cell 30 as the positive electrode side gas. Further, the air contains about 20.8 [%] oxygen. Therefore, based on the following (Equation 3), the control unit 80 determines the flow rate Q o [NL / min] (hereinafter referred to as the exhaust gas flow rate Q oA ) of the positive electrode gas discharged from the fuel cell 30 to the positive gas discharge system 21. Can be derived.
Figure 2010108628

また、本実施形態では、燃料電池３０に対し、負極側ガスとして水素が供給されており、上記（数式７）において水素の割合Ｒは１００［％］とみなすことができる。そのため、制御部８０は、下記（数式４）に基づき、燃料電池３０から負極側ガス排出系統２５に排出される負極側ガスの流量Ｑo［ＮＬ／ｍｉｎ］（以下、排出ガス流量ＱoCとも称す）を導出することができる。

Figure 2010108628
Further, in the present embodiment, hydrogen is supplied to the fuel cell 30 as the negative electrode side gas, and the hydrogen ratio R in the above (Equation 7) can be regarded as 100 [%]. Therefore, based on the following (Equation 4), the control unit 80 determines the flow rate Q o [NL / min] (hereinafter referred to as the exhaust gas flow rate Q oC ) of the negative electrode side gas discharged from the fuel cell 30 to the negative electrode side gas discharge system 25. Can be derived.
Figure 2010108628

制御部８０は、上述した（数式３）や（数式４）により導出されたガスの流量Ｑo（排出ガス流量ＱoA、あるいは、排出ガス流量ＱoC）を下記（数式２）に代入することにより、燃料電池３０から正極側ガス排出系統２１、あるいは、負極側ガス排出系統２５に混合ガスと共に排出された水分量（排出水分量Ｗo［ｇ／ｍｉｎ］）を導出することができる。下記（数式２）における飽和水蒸気圧Ｐwo［Ｐａ］は、排出側露点計７３によって導出された排気露点Ｔooを上述したＧｏｆｆ−Ｇｒａｔｃｈの式などの近似式に代入する等して導出した値が代入される。また、排気圧Ｐoo［Ｐａ］には、正極側ガス排出系統２１や負極側ガス排出系統２５のうち、流入水分量Ｗiを導出しようとしている系統に設けられた排出側圧力計７２の検出値が代入される。下記（数式２）の分子量Ｍ［ｇ／ｍｏｌ］には、上述したのと同様に、燃料電池３０に正極活物質として供給される酸素の分子量（Ｍ＝１８）や、負極活物質として供給される水素の分子量（Ｍ＝２）が代入される。

Figure 2010108628
The control unit 80 substitutes the gas flow rate Q o (exhaust gas flow rate Q oA or exhaust gas flow rate Q oC ) derived from the above (Equation 3) and (Equation 4) into the following (Equation 2). Thus, the amount of water discharged from the fuel cell 30 together with the mixed gas to the positive electrode side gas discharge system 21 or the negative electrode side gas discharge system 25 (discharged water amount W o [g / min]) can be derived. The saturated water vapor pressure P wo [Pa] in the following (Formula 2) is a value derived by substituting the exhaust dew point T oo derived by the exhaust-side dew point meter 73 into an approximate expression such as the above-mentioned Goff-Gratch equation. Is substituted. Further, the exhaust pressure P oo [Pa] is detected by the discharge side pressure gauge 72 provided in the system in which the inflow moisture amount W i is derived from the positive gas discharge system 21 and the negative gas discharge system 25. A value is assigned. The molecular weight M [g / mol] in the following (Formula 2) is supplied as the molecular weight of oxygen (M = 18) supplied to the fuel cell 30 as the positive electrode active material or the negative electrode active material, as described above. The molecular weight of hydrogen (M = 2) is substituted.
Figure 2010108628

制御部８０は、上述した（数式１）や（数式２）により導出された流入水分量Ｗiや排出水分量Ｗoを下記（数式５）に代入することにより、下記燃料電池３０における電気化学反応によって生成した水分量Ｗfcを導出することができる。

Figure 2010108628
The control unit 80 substitutes the inflowing water amount W i and the discharged water amount W o derived from the above-described (Equation 1) and (Equation 2) into the following (Equation 5), thereby performing the electrochemical in the fuel cell 30 described below. The amount of water W fc generated by the reaction can be derived.
Figure 2010108628

上記したように本実施形態の試験装置１では、気化手段７１が設けられており、燃料電池３０から排出された混合ガス中に含まれている水分を気化させることができる。そのため、試験装置１では、正極側ガス排出系統２１や負極側ガス排出系統２５を流れる混合ガスの排気露点Ｔooに対応する飽和水蒸気圧Ｐwoや、排気圧Ｐoo、流量Ｑoを上記（数式２）に代入することにより、燃料電池３０から排出された排出水分量Ｗoを正確かつ容易に導出することができる。また、試験装置１では、上記（数式１）により、燃料電池３０に供給される混合ガスに含まれている流入水分量Ｗiも正確かつ容易に導出することができる。従って、試験装置１では、上記（数式１）や（数式２）により導出された流入水分量Ｗiや排出水分量Ｗoを（数式５）に代入することにより燃料電池３０における水収支を容易かつ正確に計測することができる。 As described above, in the test apparatus 1 of the present embodiment, the vaporization means 71 is provided, and moisture contained in the mixed gas discharged from the fuel cell 30 can be vaporized. Therefore, in the test apparatus 1, the saturated water vapor pressure P wo , the exhaust pressure P oo , and the flow rate Q o corresponding to the exhaust dew point T oo of the mixed gas flowing through the positive gas discharge system 21 and the negative gas discharge system 25 are set as above ( By substituting into Equation 2), the amount of water discharged W o discharged from the fuel cell 30 can be accurately and easily derived. In the test apparatus 1, the inflow moisture amount W i contained in the mixed gas supplied to the fuel cell 30 can be accurately and easily derived from the above (Equation 1). Therefore, in the test apparatus 1, the water balance in the fuel cell 30 can be easily obtained by substituting the inflow water amount W i and the discharged water amount W o derived from the above (Equation 1) and (Equation 2) into (Equation 5). And it can measure accurately.

上記実施形態では、気化手段７１を、排出側圧力計７２に対して気体の流れ方向下流側に配した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、気化手段７１における水分の蒸発により排出側露点計７３の部分において圧力上昇することが想定される場合や、このような圧力上昇が、制御部８０による水分量の導出において許容しうる範囲を超えて誤差を発生する要因となりうるような場合は、排出側圧力計７２を気化手段７１に対して気体の流れ方向下流側に配した構成とすることも可能である。   In the said embodiment, although the structure which distribute | arranged the vaporization means 71 to the flow direction downstream of the gas with respect to the discharge | emission side pressure gauge 72 was illustrated, this invention is not limited to this. That is, when it is assumed that the pressure rises in the portion of the discharge-side dew point meter 73 due to the evaporation of moisture in the vaporization means 71, or the range in which such a pressure rise is allowable in the derivation of the moisture amount by the control unit 80. In the case where it is possible to cause an error in excess, it is also possible to adopt a configuration in which the discharge side pressure gauge 72 is arranged downstream of the vaporization means 71 in the gas flow direction.

また、試験装置１では、上記（数式３）や（数式４）に基づき、燃料電池３０に供給される気体の供給ガス流量Ｑiや、ストイキ比Ｓ（ＳO2，ＳH2）から燃料電池３０から排気される混合ガスの流量Ｑoを導出することができる。そのため、試験装置１は、混合ガスの排気流量Ｑoを導出するために流量計などを設ける必要がなく、当該流量計などにおいて水分が液化し、上述した（数式２）により導出される排出水分量Ｗoの精度が低下してしまうのを防止できる。従って、（数式３）や（数式４）に基づいて混合ガスの流量Ｑoを導出することとすれば、装置構成の簡略化に加え、水収支の計測精度の低下を最小限に抑制することができる。 In the test apparatus 1, the fuel cell 30 is calculated from the supply gas flow rate Q i of the gas supplied to the fuel cell 30 and the stoichiometric ratio S (S O2 , S H2 ) based on the above (Equation 3) and (Equation 4). The flow rate Q o of the mixed gas exhausted from the gas can be derived. Therefore, the test apparatus 1 does not need to be provided with a flow meter or the like in order to derive the exhaust gas flow rate Q o of the mixed gas, and the moisture is liquefied in the flow meter or the like, and the discharged moisture derived from the above-described (Equation 2). It is possible to prevent the accuracy of the amount Wo from being lowered. Therefore, if the flow rate Q o of the mixed gas is derived based on (Equation 3) and (Equation 4), in addition to simplifying the device configuration, it is possible to minimize a decrease in measurement accuracy of the water balance. Can do.

上記実施形態では、排気流量Ｑoを（数式３）や（数式４）に基づいて導出する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、流量計などを別途設けて排気流量Ｑoを導出することとしてもよい。なお、かかる構成とする場合は、燃料電池３０から排出された混合ガス中に含まれている水分の液化に伴い排出水分量Ｗoの検出精度が低下するのを防止すべく、流量計などが低温にならないように温度調整する等の方策を講じることが望ましい。 In the above embodiment, the configuration in which the exhaust flow rate Q o is derived based on (Equation 3) and (Equation 4) is exemplified, but the present invention is not limited to this, and a flow meter or the like is separately provided for exhaust. The flow rate Q o may be derived. In the case of such a configuration, in order to prevent the detection accuracy of the discharge water amount W o with the liquefaction of water contained in the mixed gas discharged from the fuel cell 30 is reduced, flow meters, etc. It is desirable to take measures such as adjusting the temperature to avoid low temperatures.

上記実施形態の試験装置１では、正極側ガスや負極側ガスの供給源からガス供給系統１０に正極側ガスや負極側ガスを供給する構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば水素や酸素といったような燃料電池３０の活物質として機能するガスに窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを所定の混合比で混合するための混合手段をガス供給系統１０に別途設けた構成としたり、ガス供給系統１０の外部において予め混合比が調整されたガスを供給する構成としてもよい。   In the test apparatus 1 of the above embodiment, the positive electrode side gas and the negative electrode side gas are supplied from the supply source of the positive electrode side gas and the negative electrode side gas to the gas supply system 10, but the present invention is limited to this. Instead, for example, a mixing means for mixing an inert gas such as nitrogen gas or argon gas into a gas that functions as an active material of the fuel cell 30 such as hydrogen or oxygen at a predetermined mixing ratio is separately provided in the gas supply system 10. It is good also as a structure which makes it the structure provided, or supplies the gas by which the mixture ratio was adjusted previously outside the gas supply system 10.

本実施形態では、試験装置１について、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の試験用のものであることを前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ水溶液電解質型燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸水溶液電解質型燃料電池（ＰＡＦＣ） のようないわゆる低温型の燃料電池の評価試験にも好適に使用できる。   In the present embodiment, the test apparatus 1 has been described on the assumption that it is for testing a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), but the present invention is not limited to this, and an alkaline aqueous electrolyte type It can also be suitably used for evaluation tests of so-called low-temperature fuel cells such as fuel cells (AFC) and phosphoric acid aqueous electrolyte fuel cells (PAFC).

上記実施形態では、計測装置１００を採用した燃料電池３０用の試験装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、計測装置１００が単体で使用されるものであってもよい。また、計測装置１００は、試験装置１に限らず、燃料電池３０を備えて構成される燃料電池システム１１０に採用されるものであってもよい。   In the above embodiment, the test apparatus 1 for the fuel cell 30 employing the measurement apparatus 100 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the measurement apparatus 100 may be used alone. Good. In addition, the measuring device 100 is not limited to the test device 1 and may be employed in a fuel cell system 110 that includes the fuel cell 30.

本発明の一実施形態に係る試験装置の作動原理図である。It is an operation principle figure of the testing device concerning one embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池評価試験装置（試験装置）
１０ ガス供給系統
２０ ガス排出系統（排気系統）
３０ 燃料電池
７１ 気化手段
１００ 燃料電池用水収支計測装置（計測装置）
１１０ 燃料電池システム 1 Fuel cell evaluation test equipment (test equipment)
10 Gas supply system 20 Gas exhaust system (exhaust system)
30 fuel cell 71 vaporization means 100 water balance measuring device for fuel cell (measuring device)
110 Fuel cell system

Claims (5)

燃料電池に供給される気体に含まれている流入水分量、並びに、燃料電池から排出される気体に含まれている排出水分量に基づき、前記燃料電池における水収支を計測可能な水収支計測装置であって、
前記燃料電池から排出される気体が流れる排気系統と、前記燃料電池から排出された水を気化させることが可能な気化手段と、を有し、
前記気化手段に対して気体の流れ方向下流側に、気体の露点を計測可能な露点検出手段が設けられており、
当該露点検出手段によって検出された値に基づいて前記排出水分量が導出されることを特徴とする燃料電池用水収支計測装置。 A water balance measuring device capable of measuring a water balance in the fuel cell based on an inflow moisture amount contained in the gas supplied to the fuel cell and an exhaust moisture amount contained in the gas discharged from the fuel cell Because
An exhaust system through which gas discharged from the fuel cell flows, and vaporization means capable of vaporizing water discharged from the fuel cell,
A dew point detecting means capable of measuring the dew point of the gas is provided on the downstream side in the gas flow direction with respect to the vaporizing means,
A fuel cell water balance measuring device, wherein the amount of drained water is derived based on a value detected by the dew point detecting means. 燃料電池に供給される気体に含まれている流入水分量Ｗi、並びに、燃料電池から排出される気体に含まれている排出水分量Ｗoに基づき、前記燃料電池における水収支を計測可能な水収支計測装置であって、
前記燃料電池から排出される気体が流れる排気系統と、前記燃料電池から排出された水を気化させることが可能な気化手段と、を有し、
前記流入水分量Ｗiが、前記燃料電池に供給される気体の露点に対応する飽和水蒸気圧Ｐwiと、前記燃料電池に対して供給される気体の供給圧Ｐoiと、前記燃料電池に供給される気体の流量Ｑiと、前記燃料電池に対して供給される気体の分子量Ｍと、を下記（数式１）に代入することにより導出され、
前記排出水分量Ｗoが、前記気化手段により気化された水分を含み前記排気系統を流れる気体の露点に対応する飽和水蒸気圧Ｐwoと、前記排気系統を流れる気体の排気圧Ｐooと、前記排気系統を流れる気体の流量Ｑoと、を下記（数式２）に代入することにより導出されることを特徴とする燃料電池用水収支計測装置。
Figure 2010108628
Figure 2010108628
 The water balance in the fuel cell can be measured based on the inflowing water amount W i contained in the gas supplied to the fuel cell and the discharged water amount W o contained in the gas discharged from the fuel cell. A water balance measuring device,
An exhaust system through which gas discharged from the fuel cell flows, and vaporization means capable of vaporizing water discharged from the fuel cell,
The inflow moisture amount W i is supplied to the fuel cell by a saturated water vapor pressure P wi corresponding to a dew point of the gas supplied to the fuel cell, a gas supply pressure P oi supplied to the fuel cell, The gas flow rate Q i and the molecular weight M of the gas supplied to the fuel cell are derived by substituting into the following (Formula 1):
The exhausted water amount W o is a saturated water vapor pressure P wo corresponding to a dew point of the gas containing water vaporized by the vaporization means and flowing through the exhaust system, an exhaust pressure P oo of gas flowing through the exhaust system, A water balance measuring device for a fuel cell, which is derived by substituting the flow rate Q o of the gas flowing through the exhaust system into the following (Equation 2).
Figure 2010108628
Figure 2010108628
 燃料電池に供給される気体の流量Ｑiと、当該気体のストイキ比Ｓと、に基づいて排気系統を流れる気体の流量Ｑoが導出され、当該流量Ｑoが（数式２）に代入されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用水収支計測装置。 Based on the flow rate Q i of the gas supplied to the fuel cell and the stoichiometric ratio S of the gas, the flow rate Q o of the gas flowing through the exhaust system is derived, and the flow rate Q o is substituted into (Equation 2). The water balance measuring device for a fuel cell according to claim 1. 燃料電池の評価試験を行うための燃料電池評価試験装置であって、
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用水収支計測装置を有し、
当該燃料電池用水収支計測装置により、評価試験対象である燃料電池の正極および負極のうち、少なくとも一方における水収支を計測可能であることを特徴とする燃料電池評価試験装置。 A fuel cell evaluation test apparatus for performing a fuel cell evaluation test,
The water balance measuring device for fuel cells according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell evaluation test apparatus capable of measuring a water balance in at least one of a positive electrode and a negative electrode of a fuel cell to be evaluated by the fuel cell water balance measurement apparatus. 燃料電池と、
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用水収支計測装置と、を有し、
当該燃料電池用水収支計測装置により、前記燃料電池の正極および負極のうち、少なくとも一方における水収支を計測可能であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
A fuel cell water balance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell system characterized in that a water balance in at least one of a positive electrode and a negative electrode of the fuel cell can be measured by the fuel cell water balance measuring device.
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