JP2016223941A - Gas diffusivity evaluation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔体のガス拡散性を評価する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for evaluating gas diffusibility of a porous body.
特許文献1には、多孔体のガス拡散性を評価する装置が記載されている。この装置は、評価対象である多孔体を収容する筐体を、酸素消光剤を励起する波長帯の光(励起光)および酸素消光剤が励起されることにより発する光(ルミネッセンス光)を透過可能な材質で形成している。筐体の内部空間に臨む面には、酸素消光剤が分散されている。酸素消光剤は、励起光を受けてルミネッセンス光を発光するが、酸素が存在すると酸素の濃度に応じてそのルミネッセンス光が消光する物質である。評価時には、筐体の内部空間に多孔体を収容し、次いで筐体に酸素消光剤を励起する波長帯の光(励起光)を照射しつつ、筐体の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに、酸素消光剤を励起する波長帯の光(励起光)および酸素消光剤が励起されることにより発する光(ルミネッセンス光)を経時的に撮像して測定することにより、多孔体のガス拡散性を評価する。
しかし、特許文献1では、酸素消光剤を励起する波長帯の光(励起光)および酸素消光剤が励起されることにより発する光(ルミネッセンス光)を経時的に撮像するように、過渡的な応答を測定している。そのため、気体の導入と、撮像のタイミングの制御が複雑となる。その結果、測定が難しくなり、高精度を得ることが難しいという問題があった。
However, in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、多孔体のガス拡散性評価装置が提供される。このガス拡散性評価装置は、前記多孔体の第1の面に対向した位置に前記第1の面と流体連通して配置され、酸素を消費する酸素消費装置と、前記多孔体の前記第1の面の反対側の面である第2の面に対向して配置される透光性の遮蔽板であって、前記多孔体の前記第2の面に前記酸素を含むガスを供給可能であり、前記第2の面に前記酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤が塗布された遮蔽板と、前記酸素消光剤を励起する励起光を発光する光源と、前記酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する撮像機と、を備える。この形態によれば、平衡状態または定常状態に至った後で、撮像機により測定された酸素消光剤の励起による発光の光度を用いて多孔体の第2の面における酸素濃度の面内分布を取得し、酸素消費装置における所定の酸素消費量(消費速度)における酸素濃度の面内分布から多孔体のガス拡散性の面内分布(むら)を測定することが可能となる。したがって、酸素消光剤の発光を経時的に測定する必要がない。その結果、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの制御も不要である。すなわち測定が容易となり、高精度を得ることが可能となる。 (1) According to one aspect of the present invention, a gas diffusivity evaluation apparatus for a porous body is provided. The gas diffusivity evaluation apparatus is disposed in fluid communication with the first surface at a position facing the first surface of the porous body, consumes oxygen, and consumes the first of the porous body. A light-transmitting shielding plate disposed opposite to the second surface which is the surface opposite to the surface of the porous body, and capable of supplying the oxygen-containing gas to the second surface of the porous body. A shielding plate coated with an oxygen quencher whose light emission amount varies depending on the oxygen concentration on the second surface; a light source that emits excitation light that excites the oxygen quencher; and the excitation of the oxygen quencher And an imaging device for imaging the light emission by. According to this embodiment, after reaching an equilibrium state or a steady state, the in-plane distribution of the oxygen concentration on the second surface of the porous body is obtained using the luminous intensity of the light emitted by the excitation of the oxygen quencher measured by the imaging device. It is possible to acquire and measure the in-plane distribution (unevenness) of the gas diffusivity of the porous body from the in-plane distribution of the oxygen concentration at a predetermined oxygen consumption (consumption rate) in the oxygen consuming apparatus. Therefore, it is not necessary to measure the emission of the oxygen quencher over time. As a result, it is not necessary to supply a gas containing oxygen and to control the timing of imaging. That is, measurement becomes easy and high accuracy can be obtained.
(2)上記形態1のガス拡散性評価装置において、前記酸素消費装置は、前記酸素を活性物質として用いる電池であってもよい。この形態によれば、電池に流れる電流を測定することで、酸素の消費量を容易に測定できる。あるいは、電池から引く電流を制御することで、酸素の消費量を容易に制御できる。 (2) In the gas diffusivity evaluation apparatus according to the first aspect, the oxygen consuming apparatus may be a battery using the oxygen as an active substance. According to this aspect, the consumption of oxygen can be easily measured by measuring the current flowing through the battery. Alternatively, the consumption of oxygen can be easily controlled by controlling the current drawn from the battery.
(3)上記形態1または2のガス拡散性評価装置において、前記遮蔽板は、前記第2の面に酸素を供給するための孔または溝を備えていてもよい。この形態によれば、孔または溝を用いて多孔体の第2の面に酸素を供給できる。 (3) In the gas diffusivity evaluation apparatus according to the first or second aspect, the shielding plate may include a hole or a groove for supplying oxygen to the second surface. According to this embodiment, oxygen can be supplied to the second surface of the porous body using the holes or grooves.
(4)上記形態3のガス拡散性評価装置において、前記孔または前記溝に酸素または酸素を含むガスを供給するガス供給装置を備え、前記孔または前記溝は、大気から隔離されていてもよい。この形態によれば、孔または溝を介して、任意の酸素濃度のガスを多孔体の第2の面に供給できる。 (4) The gas diffusivity evaluation apparatus according to the third aspect may include a gas supply device that supplies oxygen or a gas containing oxygen to the hole or the groove, and the hole or the groove may be isolated from the atmosphere. . According to this embodiment, a gas having an arbitrary oxygen concentration can be supplied to the second surface of the porous body through the holes or grooves.
(5)上記形態1〜4のいずれか1つのガス拡散性評価装置において、前記多孔体に液体を注入する液体注入装置を備えていてもよい。この形態によれば、多孔体に液体を含む場合のガス拡散性を測定できる。 (5) The gas diffusivity evaluation apparatus according to any one of the first to fourth aspects may include a liquid injection apparatus that injects a liquid into the porous body. According to this embodiment, gas diffusivity when the porous body contains a liquid can be measured.
(6)上記形態5のガス拡散性評価装置において、前記多孔体の前記第1の面に撥水性を有する多孔体シートを備え、前記液体注入装置は、前記多孔体シートに前記液体を注入してもよい。この形態によれば、多孔体に注入する液体を、多孔体シートを用いて拡散できる。 (6) The gas diffusivity evaluation apparatus according to the fifth aspect includes a porous sheet having water repellency on the first surface of the porous body, and the liquid injection device injects the liquid into the porous sheet. May be. According to this form, the liquid injected into the porous body can be diffused using the porous sheet.
(7)上記形態1〜6のいずれか1つのガス拡散性評価装置において、さらに、前記多孔体と前記酸素消費装置との間に配置された透光部であって前記多孔体の前記第1の面と接する面に酸素の濃度により発光量が変化する第2の酸素消光剤が塗布された透明な透光部と、前記第2の酸素消光剤を励起する第2の励起光を発光する第2の光源と、前記第2の酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する第2の撮像機と、を備えていてもよい。この形態によれば、多孔体の2つの面の酸素濃度の面内分布を測定できる。
(7) In the gas diffusivity evaluation apparatus according to any one of
(8)上記形態7のガス拡散性評価装置において、前記励起光を前記酸素消光剤の方に反射させるとともに前記酸素消光剤の前記励起による発光を前記撮像機に透過させる第1のハーフミラーと、前記第2の励起光を前記第2の酸素消光剤の方に反射させるとともに前記第2の酸素消光剤の前記励起による発光を前記第2の撮像機に透過させる第2のハーフミラーとの少なくとも一方を備えていてもよい。この形態によれば、励起光と酸素消光剤の励起による発光とを分離し、または、第2の励起光と第2の酸素消光剤の励起による発光とを分離できる。 (8) In the gas diffusivity evaluation apparatus according to the seventh aspect, a first half mirror that reflects the excitation light toward the oxygen quencher and transmits light emitted by the excitation of the oxygen quencher to the imaging device; A second half mirror that reflects the second excitation light toward the second oxygen quencher and transmits light emitted by the excitation of the second oxygen quencher to the second imaging device. At least one may be provided. According to this aspect, it is possible to separate the excitation light and the light emission due to the excitation of the oxygen quencher, or the second excitation light and the light emission due to the excitation of the second oxygen quencher.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ガス拡散性評価装置の他、ガス拡散性評価方法等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, in addition to the gas diffusivity evaluation apparatus, it can be realized in the form of a gas diffusivity evaluation method and the like.
燃料電池の構成:
図1は、燃料電池10(単セル)を模式的に示す説明図である。燃料電池10は、水素を酸素と用いて発電する装置である。燃料電池10は、膜電極接合体100と、カソードガス拡散層140と、アノードガス拡散層150と、カソードセパレータープレート160と、アノードセパレータープレート170と、を備える。膜電極接合体100は、電解質膜110と、カソード触媒層120と、アノード触媒層130と、を備える。
Fuel cell configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a fuel cell 10 (single cell). The
電解質膜110は、プロトン伝導性のイオン交換膜により形成されている。イオン交換膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂を採用可能である。カソード触媒層120は、電解質膜110の第1の面に形成され、アノード触媒層130は、電解質膜110の第1の面と反対側である第2の面に形成されている。カソード触媒層120は、触媒担持粒子と電解質(アイオノマ)とを含んでいる。アノード触媒層130も同様である。触媒担持粒子は、例えばカーボン粒子のような担体に触媒を担持させたものである。本実施形態では、触媒としては、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒が用いられる。なお、担体や触媒の材料は一例であり、上記説明した材料に限られるものでははい。例えば、担体としてカーボンナノチューブを用い、カーボンナノチューブに触媒を担持させてもよい。
The
カソードガス拡散層140は、膜電極接合体100のカソード触媒層120と接触するように配置され、アノードガス拡散層150は、膜電極接合体100のアノード触媒層130と接触するように配置されている。カソードガス拡散層140とアノードガス拡散層150は、多数の孔を有する多孔体で形成されている。多孔体の材料としては、例えば、金属、セラミック、樹脂、導電性カーボンを用いることが出来る。本実施形態では、カソードガス拡散層140とアノードガス拡散層150として、撥水剤が塗布されたカーボンペーパーを用いている。
The cathode
カソードセパレータープレート160は、カソードガス拡散層140に接するように配置されている板状部材であり、アノードセパレータープレート170は、アノードガス拡散層150に接するように配置されている板状部材である。カソードセパレータープレート160とアノードセパレータープレート170は、例えば、金属やカーボンなどの導電性の部材で形成されている。カソードセパレータープレート160のカソードガス拡散層140側には、カソードガス流路165が形成され、カソードセパレータープレート160のカソードガス拡散層140側には、カソードガス流路165が形成され、アノードセパレータープレート170のアノードガス拡散層150側には、アノードガス流路175が形成されている。なお、図1に示す構成では備えていないが、カソードガス拡散層140と、カソードセパレータープレート160との間に、エキスパンドメタルのような多孔性の部材を配置してもよい。酸素をより拡散させることが可能となる。本実施形態では、アノードガスとして水素を用いる。水素は、酸素に比べると拡散し易いので、アノード側については、アノードガス拡散層150と、アノードセパレータープレート170との間に、エキスパンドメタルのような多孔性の部材を設けることは、必要ではない。但し、アノード側についてもエキスパンドメタルのような多孔性の部材を設けてもよい。
The cathode separator plate 160 is a plate-like member arranged so as to be in contact with the cathode
第1の実施形態:
図2は、第1の実施形態のガス拡散性評価装置200を示す説明図である。ガス拡散性評価装置200は、酸素消費装置210と、電流測定/制御装置212と、制御装置214と、遮蔽板220と、酸素流路230と、光源240と、撮像機250と、を備える。測定対象の多孔体としてのカソードガス拡散層140の第1の面に対向した位置に第1の面と流体連通して酸素消費装置210が配置され、第1の面と反対側の第2の面に対向して遮蔽板220が配置されている。酸素流路230は、カソードガス拡散層140と、酸素消費装置210との間に形成されている。
First embodiment:
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the gas
酸素消費装置210は、酸素を消費するものであればよく、例えば、酸素を活性物質として用いる電池や、酸素を化学的または物理的に吸着する物質を含む装置が用いられる。酸素消費装置210として電池を採用すれば、電池の電流から酸素の消費量を測定できる。あるいは、電池から引く電流により酸素の消費量を制御できる。酸素を吸着する物質であれば、酸素吸着前後の重さを測定することにより、酸素消費量を測定できる。なお、酸素を吸着する物質を用いる場合、酸素吸着前後の重さの変化はあまり大きくないなので、電流により酸素の消費量を測定または制御できる電池を用いることが好ましい。電池としては、例えば、空気亜鉛電池や燃料電池を用いることが可能である。本実施形態では、酸素消費装置210として、電池を使用している。電流測定/制御装置212は、酸素消費装置210に流れる電流を測定、あるいは、酸素消費装置210から引く電流を制御する。制御装置214は、酸素消費装置210に流れる電流または酸素消費装置210から引く電流を制御することで、酸素消費装置210における酸素消費量を測定する。また、制御装置214は、励起光源240及び撮像機250を制御し、カソード触媒層140の第2の面における酸素濃度の面内分布を取得する。
The
遮蔽板220は、透光性を有する部材であり、遮蔽板220のカソードガス拡散層140側の面には、酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤224が塗布されている。酸素消光剤224は、励起光を受け、酸素の濃度に応じてルミネッセンス光(蛍光または燐光)を発光する発光種を含む組成物であり「感圧塗料」とも呼ばれている。酸素消光剤224は、(1)所定の波長の励起光が照射されると光子を吸収して基底状態から励起状態に遷移し、励起状態から基底状態に戻る際に固有の波長のルミネッセンス光を発する。また、(2)励起状態にあるときに酸素分子に触れると酸素分子にエネルギーが移動してルミネッセンス光を発することなく基底状態に戻る。したがって、酸素の濃度が大きいと(2)の割合が増加するため、ルミネッセンス光の光度は低くなる。ここで、酸素の濃度とルミネッセンス光の光度との関係は、以下に示すスターン・ボルマーの関係式(Sterm-Volmer equation)で記述される。
Io/I=1+Ksv×[O2]
ここで、[O2]は、酸素の濃度であり、Ioは、酸素が存在しないとき(酸素の濃度がゼロのとき)のルミネッセンス光の光度であり、Iは、酸素の濃度が[O2]のときのルミネッセンス光の光度である。Ksvは、消光速度の指標であり、「スターン・ボルマー定数」と呼ばれる。スターン・ボルマー定数は、ガス拡散性評価装置200を真空中に配置したとき、すなわち、酸素の濃度がゼロのときのルミネッセンス光の光度(Io)と、ガス拡散性評価装置200の酸素消光剤224を大気開放したとき(酸素の濃度は21%)のときのルミネッセンス光の光度(I)と、を測定することにより容易に決定できる。
The shielding
Io / I = 1 + Ksv × [O 2 ]
Here, [O 2 ] is the concentration of oxygen, Io is the luminous intensity of the luminescence light when there is no oxygen (when the concentration of oxygen is zero), and I is the concentration of oxygen [O 2]. ] Is the luminous intensity of the luminescence light. Ksv is an index of the extinction speed and is called “Stern-Volmer constant”. The Stern-Volmer constant is determined when the gas
本実施形態では、酸素消光剤224は、発光種として白金ポルフィリン(白金とポルフィリンとの錯体)を含んでいる。一般に発光種は、所定の波長の光(励起光)を吸収し、所定の波長の光(ルミネッセンス光)を発光する。白金ポルフィリンの励起光の波長は、約400nm〜500nmであり、ルミネッセンス光の波長は、約560〜710nmである。遮蔽板220の材料は、白金ポルフィリンの励起光及びそのルミネッセンス光を透過可能な材料で構成されていることが好ましい。なお、酸素消光剤224は、白金ポルフィリンの代わりに、例えば、ポルフィリンやフタロシアニン等の複素環式芳香族化合物と、ルテニウムやオスミウム等の遷移金属との錯体や、ピレンやペリレンのような多環式芳香族炭化水素を、発光種として含んでいても良い。酸素消光剤224は、ジメチルポリシロキサン(「ポリジメチルシロキサン」とも呼ぶ。)や常温硬化型シリコンゴム等のバインダや、トルエン等の溶剤を含んでいてもよい。
In the present embodiment, the
遮蔽板220は、複数の孔222を有する。孔222は、大気中の空気をカソードガス拡散層140に供給するために用いられる。遮蔽板220が酸素透過性を有する場合には、空気中の酸素がカソードガス拡散層140に供給可能なため、孔222が設けられていなくても良い。ただし、遮蔽板220が酸素の透過性を有していても、透過抵抗が存在するため、遮蔽板220に孔222が設けられている方が設けられていないよりもカソードガス拡散層140に酸素を供給し易く、好ましい。なお、遮蔽板220の酸素透過性にかかわらず、カソード触媒層140の第2の面における酸素濃度の面内分布は、ルミネッセンス光の光度を用いて取得可能である。
The shielding
酸素流路230は、カソードガス拡散層140を透過した酸素を酸素消費装置210に供給するための流路である。酸素流路230の外縁には流路形成壁232が設けられ、酸素流路230を大気から隔離している。流路形成壁232により、カソードガス拡散層140を透過しない酸素が酸素消費装置210に供給されることを抑制できる。
The
光源240は、酸素消光剤224中の発光種を励起する励起光を発光する。励起光は、遮蔽板220を透過して、酸素消光剤224中の発光種を励起する。その後、発光種は、ルミネッセンス光を発光する。撮像機250は、発光種が発光するルミネッセンス光を撮像する。なお、励起光と、ルミネッセンス光とを分離するためのハーフミラーを備えていても良い。また、撮像機250の前に、ルミネッセンス光を透過するが、励起光を透過しないフィルターを備えても良い。プリズムにより、励起光とルミネッセンス光を分離しても良い。
The
本実施形態では、例えば、酸素の消費が平衡状態あるいは定常状態となった後で、撮像機250で、酸素消光剤224からの発光(ルミネッセンス光)画像を測定する。ルミネッセンス光を用いて、カソードガス拡散層140の遮蔽板220側の第1の酸素濃度の面内分布を取得できる。そして、第1の酸素濃度の面内分布から、カソードガス拡散層140の面内のガス拡散性のムラ(分布)を評価できる。以上のように、本実施形態では、酸素の消費が平衡状態あるいは定常状態となった後で酸素消光剤224からの発光(ルミネッセンス光)を測定するので、酸素消光剤の発光を経時的に測定する必要がなく、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの制御も不要である。その結果、測定が容易となる。また、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの不一致による測定の精度の低下が無く、高精度の測定が可能となる。
In the present embodiment, for example, after the consumption of oxygen reaches an equilibrium state or a steady state, a light emission (luminescence light) image from the
図3は、第1の実施形態のガス拡散性評価装置200を用いて測定されたカソードガス拡散層140の撮像機250により撮像された撮像画像である。白い四角で囲った部分のカソードガス拡散層140の奥に酸素消費装置210が存在し、酸素を消費しているため酸素濃度の勾配が生じ、酸素が酸素流路230からカソードガス拡散層140を通って酸素消費装置210に拡散しているため酸素濃度が低くなった領域が観察されている。このように、カソードガス拡散層140の酸素拡散性(ガス拡散性)について、面内分布があった場合、カソードガス拡散層140の酸素濃度の面内分布から容易に測定できる。
FIG. 3 is a captured image captured by the
第2の実施形態:
図4は、第2の実施形態のガス拡散性評価装置201を示す説明図である。なお、第2の実施形態以降の説明図(図4、図7、図8)では、電流測定/制御装置212と、制御装置214の図示を省略している。ガス拡散性評価装置201は、以下の点で第1の実施形態のガス拡散性評価装置200と異なる。ガス拡散性評価装置201では、遮蔽板220は、孔222の代わりに溝226を備える。溝226は、酸素を含むガスの流路を形成する。溝226は、大気中の空気から隔離されている。この溝226は、図1に示すカソードガス流路165と同じ形状で構成されていることが好ましい。実際の燃料電池10を模擬して、カソードガス拡散層140のガス拡散性を評価できる。図4では、2つの溝226を図示しており、2つの溝226の間及び溝226の両側はリブ部227となっている。なお、2つの溝226は、連通されており酸素を含むガスが移動可能である。溝226の数は、2以上であっても良い。
Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a gas
ガス拡散性評価装置201は、ガス供給装置260を備える。ガス供給装置260は、酸素タンク261と、窒素タンク262と、酸素流量調整部263と窒素流量調整部264とガス供給管265とを備える。ガス供給管265は、溝226に接続されている。酸素流量調整部263と窒素流量調整部264とを用いて、溝226に供給する酸素を含むガスにおける酸素の濃度を、0%から100%まで任意に調整可能である。なお、酸素の濃度が0%の場合には、酸素を含むガスとは言えないので、酸素の濃度が0%の場合を含むガスを「酸素を含み得るガス」と呼ぶ。また、本実施形態では、溝226に供給する酸素を含み得るガスにおける酸素の濃度への影響を避けるため、遮蔽板220が酸素を透過させない材料で構成されていることが好ましい。但し、カソード触媒層140の第2の面における酸素濃度の面内分布は、ルミネッセンス光の光度画像を用いて取得可能であるので、遮蔽板220が酸素を透過させる材料で構成されていてもよい。
The gas
図5は、第2の実施形態のガス拡散性評価装置201を用いて測定されたカソードガス拡散層140の撮像機250により撮像された撮像画像である。溝226には、酸素を含むガスが供給されるので、酸素の濃度が大きく、ルミネッセンス光の光度が小さい。一方、リブ部227では、酸素を含むガスが供給され難いので、酸素の濃度が低く、ルミネッセンス光の光度が大きい。
FIG. 5 is a captured image captured by the
図6は、第2の実施形態のガス拡散性評価装置201を用いて測定されたカソードガス拡散層140の酸素濃度の面内分布を示す説明図である。リブ部227において酸素の濃度が低く、溝226において酸素の濃度が高いことが分かる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the in-plane distribution of the oxygen concentration of the cathode
以上、第2の実施形態によれば、実際の燃料電池10を模擬した状態で、カソードガス拡散層140のガス拡散性を測定できる。また、ガス供給装置260を備えているので、任意の濃度の酸素を含むガスを溝226に供給可能である。
As described above, according to the second embodiment, the gas diffusibility of the cathode
第3の実施形態:
図7は、第3の実施形態におけるガス拡散性評価装置202を示す説明図である。ガス拡散性評価装置202は、第2の実施形態のガス拡散性評価装置201の構成に加えて、液体注入装置270と、液体注入管272と、圧力計274と、液体注入ブロック280と、多孔体シート290とを備える。液体注入装置270は、液体注入管272を用いて、多孔体シート290に液体を注入する。この液体は、例えば水である。酸素と水素を反応させる燃料電池では、カソード側に水が生成する。この水は、カソードガス拡散層140に滞留し、カソードガス拡散層140のガス拡散性に影響を与える場合がある。本実施形態では、多孔体シート290を介して水をカソードガス拡散層140に供給することで、実際の燃料電池10の発電状態を模擬しながらカソードガス拡散層140のガス拡散性を測定できる。圧力計274は、液体注入管272に設けられており、液体の注入圧力を測定する。多孔体シート290は、撥水性を有する多孔性のシートであり、カソードガス拡散層140の遮蔽板220と反対側の面に配置される。多孔体シート290は、供給された水をカソードガス拡散層140に拡散する。なお、多孔体シート290が無くても、水をカソードガス拡散層140に拡散できるので、多孔体シート290は無くても良いが、多孔体シート290が有る方が水をカソードガス拡散層140により拡散し易くなる。液体注入ブロック280は、多孔体シート290と、酸素流路230と、の間に配置される。液体注入ブロック280は、多孔体シート290と酸素流路230とを連通する連通路282を備える。多孔体シート290の酸素は、連通路282を通って酸素流路230に流れる。
Third embodiment:
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a gas
以上、第3の実施形態によれば、実際の燃料電池10の発電状態を模擬して、カソードガス拡散層140のガス拡散性を測定できる。
As described above, according to the third embodiment, the gas diffusibility of the cathode
第4の実施形態:
図8は、第4の実施形態におけるガス拡散性評価装置203を示す説明図である。第4の実施形態のガス拡散性評価装置203は、第3の実施形態のガス拡散性評価装置202の構成に加えて、第1のハーフミラー300と、第2の光源242と、第2の撮像機252と、第2のハーフミラー302と、透光部310と、を備える。
Fourth embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a gas
第1のハーフミラー300は、光源240(第2の光源242と区別するため「第1の光源240」と呼ぶ。)から発光された光のうち、酸素消光剤224(第2の酸素消光剤225と区別するために「第1の酸素消光剤224」と呼ぶ。)が励起する波長の光を第1の酸素消光剤224の方に反射する。また、第1のハーフミラー300は、第1の酸素消光剤224からのルミネッセンス光を撮像機250(第2の撮像機252と区別するために「第1の撮像機250」と呼ぶ。)の方に透過する。
The
透光部310は、カソードガス拡散層140の酸素消費装置210側に配置される透明な部材であり、透光部310のカソードガス拡散層140側には、第2の酸素消光剤225が塗布されている。第2の酸素消光剤225は、酸素消光剤224と同じ成分としても良い。ここで、透明とは、第2の酸素消光剤225を励起するための励起光(第1の酸素消光剤224を励起するための励起光と区別するために「第2の励起光」とも呼ぶ。)の波長と、第2の酸素消光剤225のルミネッセンス光(第1の酸素消光剤224のルミネッセンス光と区別するために「第2のルミネッセンス光」とも呼ぶ。)の波長において、例えば透過率が90%以上であることを意味する。第2の光源242は、第2の酸素消光剤225を励起する波長の光を発光する。第2の撮像機252は、第2の酸素消光剤225からの第2のルミネッセンス光を撮像する。第2のハーフミラー302は、第2の光源242から発光された光のうち、第2の酸素消光剤225が励起する波長の光を第2の酸素消光剤225の方に反射する。また、第2のハーフミラー302は、第2の酸素消光剤225からの第2のルミネッセンス光を第2の撮像機252の方に透過する。
The
本実施形態によれば、撮像機250で、第1の酸素消光剤224からのルミネッセンス光を測定することで、カソードガス拡散層140の遮蔽板220側の第1の酸素濃度の面内分布を取得できる。また、第2の撮像機252で、第2の酸素消光剤225からのルミネッセンス光を測定することで、カソードガス拡散層140の透光部310側の第2の酸素濃度の面内分布を取得できる。この第1の酸素濃度の面内分布と第2の酸素濃度の面内分布とを用いて、カソードガス拡散層のガス拡散性を測定できる。また、ガス拡散性の面内分布を測定することも容易である。なお、カソードガス拡散層140は、撥水剤が塗布されたカーボンペーパーであり、不透明である。第1の光源240の励起光や第1の酸素消光剤224のルミネッセンス光が第2の撮像機252で撮像されることは無く、逆に、第2の光源242の励起光や第2の酸素消光剤225のルミネッセンス光が第1の撮像機250で撮像されることは無い。
According to the present embodiment, the in-plane distribution of the first oxygen concentration on the
また、本実施形態によれば、第1のハーフミラー302と第2のハーフミラー302を用いて、励起光とルミネッセンス光を分離できるので、第1の撮像機250、第2の撮像機252における測定誤差を低減出来る。なお、第1のハーフミラー302と第2のハーフミラー302の一方又は両方を備えない構成であっても良い。
Further, according to the present embodiment, since the excitation light and the luminescence light can be separated using the
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
10…燃料電池
100…膜電極接合体
110…電解質膜
120…カソード触媒層
130…アノード触媒層
140…カソードガス拡散層
150…アノードガス拡散層
160…カソードセパレータープレート
165…カソードガス流路
170…アノードセパレータープレート
175…アノードガス流路
200、201、202、203…ガス拡散性評価装置
210…酸素消費装置
212…電流測定/制御装置
214…制御装置
220…遮蔽板
222…孔
224…酸素消光剤(第1の酸素消光剤)
225…第2の酸素消光剤
226…溝
227…リブ部
230…酸素流路
232…流路形成壁
240…光源(第1の光源)
242…第2の光源
250…撮像機(第1の撮像機)
252…第2の撮像機
260…ガス供給装置
261…酸素タンク
262…窒素タンク
263…酸素流量調整部
264…窒素流量調整部
265…ガス供給管
270…液体注入装置
272…液体注入管
274…圧力計
280…液体注入ブロック
282…連通路
290…多孔体シート
300…第1のハーフミラー
302…第2のハーフミラー
310…透光部
DESCRIPTION OF
225 ... second oxygen quencher 226 ... groove 227 ...
242 ... Second
252 ...
Claims (1)
前記多孔体の第1の面に対向した位置に前記第1の面と流体連通して配置され、酸素を消費する酸素消費装置と、
前記多孔体の前記第1の面の反対側の面である第2の面に対向して配置される透光性の遮蔽板であって、前記多孔体の前記第2の面に前記酸素を含むガスを供給可能であり、前記第2の面に前記酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤が塗布された遮蔽板と、
前記酸素消光剤を励起する励起光を発光する光源と、
前記酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する撮像機と、
を備える、ガス拡散性評価装置。 An apparatus for evaluating gas diffusivity of a porous body,
An oxygen consuming device disposed in fluid communication with the first surface at a position facing the first surface of the porous body and consuming oxygen;
A translucent shielding plate disposed opposite to a second surface which is the surface opposite to the first surface of the porous body, wherein the oxygen is applied to the second surface of the porous body; A shielding plate that is capable of supplying a gas containing, and is coated with an oxygen quencher that changes the amount of light emission depending on the concentration of oxygen on the second surface;
A light source that emits excitation light for exciting the oxygen quencher;
An imager that images light emitted by the excitation of the oxygen quencher;
A gas diffusivity evaluation apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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JP2015111335A JP2016223941A (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Gas diffusivity evaluation device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110320189A (en) * | 2019-06-27 | 2019-10-11 | 中国科学院力学研究所 | Two phase measuring methods and system during a kind of liquid fuel atomization |
JP2021196206A (en) * | 2020-06-10 | 2021-12-27 | 株式会社オートマチック・システムリサーチ | Element for oxygen gas concentration measurement and sensor provided with element |
-
2015
- 2015-06-01 JP JP2015111335A patent/JP2016223941A/en active Pending
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JP7295574B2 (en) | 2020-06-10 | 2023-06-21 | 株式会社オートマチック・システムリサーチ | Oxygen gas concentration measuring element and sensor provided with the element |
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