JP6225728B2 - Fuel cell and oxygen concentration measuring device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セル及びそれを使用した酸素濃度計測装置に関し、特に測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置に関する。   The present invention relates to a fuel battery cell and an oxygen concentration measuring apparatus using the same, and in particular, a fluorescent paint is applied to a measurement target region, and fluorescence is generated by irradiating the fluorescent paint surface with excitation light. The present invention relates to an oxygen concentration measurement apparatus that measures the oxygen concentration distribution in a measurement target region by photographing the image of

近年、地球環境問題が大きくクローズアップされてきている。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やダイレクトメタノール形燃料電池等の燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有する上に、ＣＯ２の排出削減に寄与するだけでなく、酸性雨の原因や大気汚染の原因となるＮＯｘ、ＳＯｘ、塵埃等の排出がほとんどないクリーンな電池である。さらに、静粛性も高いという利点がある。そのため、燃料電池は、２１世紀に最適なエネルギー変換装置として一部実用化されつつある。特に、燃料電池の中でもＰＥＦＣは、作動温度が低くかつ出力密度が高いため、小型化が可能であるという長所を有している。 In recent years, global environmental problems have been greatly highlighted. Fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and direct methanol fuel cells not only have high energy conversion efficiency, but also contribute to reducing CO 2 emissions, as well as causing acid rain and air pollution. It is a clean battery that hardly emits NOx, SOx, dust, and the like. Furthermore, there is an advantage that silence is also high. Therefore, some fuel cells are being put into practical use as an energy conversion device that is optimal for the 21st century. In particular, among fuel cells, PEFC has an advantage that it can be downsized because of its low operating temperature and high output density.

図５は固体高分子形燃料電池の一例を示す図であって、図５（ａ）は、固体高分子形燃料電池の一例を示す平面図であり、図５（ｂ）は、固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図である。
固体高分子形燃料電池は、高分子固体電解質膜１０１を中心として酸素極１０２と水素極１０３とで挟んだ構成を有する。高分子固体電解質膜１０１は、例えば、炭素繊維性の多孔性クロス基材上に、高分子固体電解質を含むスラリーを塗布し、次いで焼成することにより得られたイオン交換膜である。そして、酸素極１０２の外側は、集電体１０６に担持されるとともに、水素極１０３の外側は、集電体１０７に担持されている。 FIG. 5 is a view showing an example of a solid polymer fuel cell, FIG. 5 (a) is a plan view showing an example of a solid polymer fuel cell, and FIG. 5 (b) is a solid polymer fuel cell. It is sectional drawing which shows an example of a fuel cell.
The solid polymer fuel cell has a configuration in which a polymer solid electrolyte membrane 101 is sandwiched between an oxygen electrode 102 and a hydrogen electrode 103. The polymer solid electrolyte membrane 101 is, for example, an ion exchange membrane obtained by applying a slurry containing a polymer solid electrolyte on a carbon fiber porous cloth substrate and then baking the slurry. The outside of the oxygen electrode 102 is carried on the current collector 106, and the outside of the hydrogen electrode 103 is carried on the current collector 107.

酸素極１０２の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０４の内側が接触し、さらにガスケット１０４の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１０８の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１０８の内側と酸素極１０２の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の酸素極室１０９が形成されている。また、セパレータ板１０８は、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する酸素ガス供給口１１２と、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する未反応酸素ガス及び生成水取出口１１３とを有する。   The outer peripheral edge of the oxygen electrode 102 is in contact with the inside of the frame-shaped gasket 104, and the outer peripheral edge of the gasket 104 is in contact with the protruding peripheral edge of the separator plate 108 having a plurality of recesses inside. Yes. Thus, a plurality of oxygen electrode chambers 109 are formed between the inside of the separator plate 108 and the outside of the oxygen electrode 102 so as to correspond to the plurality of recesses. The separator plate 108 includes an oxygen gas supply port 112 connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unreacted oxygen gas connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side. And a generated water outlet 113.

一方、水素極１０３の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０５の内側が接触し、さらにガスケット１０５の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１１０の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１１０の内側と水素極１０３の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の水素極室１１１が形成されている。また、セパレータ板１１０は、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する水素ガス供給口１１４と、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する未反応水素ガス取出口１１５とを有する。   On the other hand, the outer periphery of the hydrogen electrode 103 is in contact with the inside of the frame-shaped gasket 105, and the outer periphery of the gasket 105 is in contact with the protruding periphery of the separator plate 110 having a plurality of recesses on the inside. doing. Thus, a plurality of hydrogen electrode chambers 111 are formed between the inside of the separator plate 110 and the outside of the hydrogen electrode 103 so as to correspond to the plurality of recesses. The separator plate 110 includes a hydrogen gas supply port 114 connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unreacted hydrogen gas connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side. And an outlet 115.

次に、固体高分子形燃料電池の動作について説明する。水素が水素ガス供給口１１４から複数の水素極室１１１を順番に流通するとともに、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９を順番に流通すると、水素は水素極１０３により水素イオンと電子とに分離する。水素極１０３で発生した水素イオンは、高分子固体電解質膜１０１を選択的に透過する。そして、透過した水素イオンは、酸素極１０２で酸素と反応し、水となる。このとき、水素極１０３で発生した電子は、水素極１０３から外部負荷（図示せず）を通って酸素極１０２に向かうように流れる。つまり、外部負荷に電流が流れることになる。   Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell will be described. When hydrogen flows through the plurality of hydrogen electrode chambers 111 in order from the hydrogen gas supply port 114 and oxygen flows through the plurality of oxygen electrode chambers 109 in turn from the oxygen gas supply port 112, hydrogen is converted into hydrogen ions by the hydrogen electrode 103. Separated into electrons. Hydrogen ions generated at the hydrogen electrode 103 selectively permeate the polymer solid electrolyte membrane 101. The permeated hydrogen ions react with oxygen at the oxygen electrode 102 to become water. At this time, electrons generated at the hydrogen electrode 103 flow from the hydrogen electrode 103 toward the oxygen electrode 102 through an external load (not shown). That is, current flows to the external load.

ところで、固体高分子形燃料電池を普及させるには、コストをはじめ、いろいろな技術課題を解決する必要がある。例えば、固体高分子形燃料電池は、運転時間の経過とともに電池性能が劣化するため、劣化に伴う電池寿命が重要な課題となっている。このような技術課題を解決するためには、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９にどのように流通したり、複数の酸素極室１０９でどのように反応したりするのかを解析する必要がある。   By the way, in order to spread the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to solve various technical problems including cost. For example, since the polymer performance of a solid polymer fuel cell deteriorates with the passage of operating time, the battery life associated with the deterioration is an important issue. In order to solve such a technical problem, how oxygen flows from the oxygen gas supply port 112 to the plurality of oxygen electrode chambers 109 and how it reacts in the plurality of oxygen electrode chambers 109 is determined. It is necessary to analyze.

そこで、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような酸素濃度計測方法では、測定対象領域となる複数の酸素極室１０９のセパレータ板１０８を透明な材料で構成するとともに、セパレータ板１０８にルテニウム錯体塗料（蛍光塗料）をスプレーや刷毛等を用いて塗布した模擬燃料電池を作製している。そして、蛍光塗料面に励起光（波長４７０ｎｍ）を照射することにより蛍光（約６００ｎｍ）を発生させ、この蛍光強度分布を撮影している。このとき、蛍光塗料面は、励起光により蛍光を発生させるが、酸素濃度が高い箇所では酸素により蛍光が消光される。これにより、撮影した蛍光強度分布に基づいて、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測することができる。   Therefore, an oxygen concentration measurement method for measuring the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). In such an oxygen concentration measurement method, the separator plates 108 of the plurality of oxygen electrode chambers 109 to be measured regions are made of a transparent material, and a ruthenium complex paint (fluorescent paint) is sprayed or brushed on the separator plate 108. A simulated fuel cell coated by using this is produced. Then, the fluorescent paint surface is irradiated with excitation light (wavelength 470 nm) to generate fluorescence (about 600 nm), and this fluorescence intensity distribution is photographed. At this time, the fluorescent paint surface generates fluorescence by excitation light, but the fluorescence is quenched by oxygen at a location where the oxygen concentration is high. Thereby, the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 can be measured based on the photographed fluorescence intensity distribution.

さらに、このような酸素濃度計測方法を用いるための酸素濃度計測装置も開発されている。図６は、従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。
酸素濃度計測装置５１は、光照射部１１０と、撮像部１２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓが配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置５１全体の制御を行うコンピュータ９０とを備える。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。 Furthermore, an oxygen concentration measuring apparatus for using such an oxygen concentration measuring method has been developed. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional oxygen concentration measuring apparatus.
The oxygen concentration measuring device 51 includes a light irradiation unit 110, an imaging unit 120, an arrangement unit 30 on which an inspection object S coated with a fluorescent paint is arranged, and a computer 90 that controls the entire oxygen concentration measuring device 51. Prepare. One direction horizontal to the ground is defined as an X direction, a direction horizontal to the ground and perpendicular to the X direction is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.

光照射部１１０は、レーザ光（波長４７０ｎｍ）を出射するレーザ光源（レーザダイオード）１５と、電子シャッタ１２と、拡散フィルタ１３と、レンズ１４と、レーザ光（励起光）の強度Ｉｔを検知するパワーメータ１１と、レーザ光を２方向へ分割するハーフミラー１６とを有する。
このような光照射部１１０の構成において、レーザ光源１５で出射されたレーザ光は、ハーフミラー１６で２方向へ分割される。ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの１方向のレーザ光は、電子シャッタ１２と拡散フィルタ１３とレンズ１４とをこの順で通過して、配置部３０の設定領域に照射されるようになっている。一方、ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの残りのもう１つの方向のレーザ光は、パワーメータ１１で強度Ｉｔが検出されるようになっている。 Detecting the light irradiation section 110 includes a laser light source (laser diode) 15 that emits laser light (wavelength 470 nm), and the electronic shutter 12, a diffusion filter 13, a lens 14, the intensity I t of the laser beam (excitation light) And a half mirror 16 that divides the laser light in two directions.
In such a configuration of the light irradiation unit 110, the laser light emitted from the laser light source 15 is divided into two directions by the half mirror 16. One of the two directions in which the laser light divided by the half mirror 16 travels passes through the electronic shutter 12, the diffusion filter 13, and the lens 14 in this order, and enters the setting region of the placement unit 30. Irradiated. On the other hand, the laser light of remaining other direction of the two directions in which the laser light split by the half mirror 16 to proceed, so that the intensity I t is detected by the power meter 11.

撮像部１２０は、レンズ１２１ａを有する高速撮影カメラ（撮像装置）１２１を有する。高速撮影カメラ１２１は、複数の光検出素子ＧｍｎがＭ行（例えば１０００行）とＮ列（例えば１０００列）とに並べられたものであり、各光検出素子Ｇｍｎにはそれぞれの位置に応じた強度値（例えば１０ｂｉｔ）Ｆｍｎの蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Ｇｍｎの出力信号は、配置部３０の設定領域の各位置ごとの蛍光の強度値Ｆｍｎを表すことになる。図７は、Ｎ行Ｍ列の画素からなる画像を示す図である。
そして、入力装置等を用いて撮影条件（設定露光時間Δｔ（例えば５００ミリ秒間）や撮影回数ｘ（例えば１０回）等）が入力されると、設定された撮影条件に基づいて、高速撮影カメラ１２１から蛍光強度分布画像がコンピュータ９０に送られるようになっている。 The imaging unit 120 includes a high-speed photographing camera (imaging device) 121 having a lens 121a. The high-speed photographing camera 121 has a plurality of photodetecting elements Gmn arranged in M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns), and each photodetecting element Gmn has a position at each position. A fluorescence having a corresponding intensity value (for example, 10 bits) F mn is made incident. Therefore, the output signal of each light detection element G mn represents the fluorescence intensity value F mn for each position in the setting region of the placement unit 30. FIG. 7 is a diagram showing an image composed of pixels of N rows and M columns.
Then, when shooting conditions (set exposure time Δt (for example, 500 milliseconds), number of times of shooting x (for example, 10 times), etc.) are input using an input device or the like, a high-speed shooting camera is set based on the set shooting conditions. A fluorescence intensity distribution image is sent from 121 to the computer 90.

また、検査体ＳにＸ方向からレーザ光を照射するとともに、−Ｘ方向に進行する蛍光を検出するために、レーザ光を透過させるとともに蛍光を反射する平板形状のミラー３１が配置されている。これにより、Ｘ方向に進行するレーザ光は、ミラー３１を透過することにより、配置部３０の設定領域に照射され、配置部３０の設定領域で発生した蛍光は、−Ｘ方向に進行して、ミラー３１によって進行方向を変え、さらにミラー３２によって進行方向を変え、高速撮影カメラ１２１に入射するようになっている。   Further, in order to irradiate the inspection object S with laser light from the X direction and detect fluorescence traveling in the −X direction, a plate-shaped mirror 31 that transmits the laser light and reflects the fluorescence is disposed. Thus, the laser light traveling in the X direction is transmitted to the setting region of the placement unit 30 by passing through the mirror 31, and the fluorescence generated in the setting region of the placement unit 30 travels in the -X direction. The traveling direction is changed by the mirror 31, and the traveling direction is further changed by the mirror 32 so as to be incident on the high-speed photographing camera 121.

コンピュータ９０は、ＣＰＵ（制御部）４１とメモリ９４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御する光源制御部１４１ａと、高速撮影カメラ１２１から蛍光強度分布画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素濃度分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃとを有する。   The computer 90 includes a CPU (control unit) 41 and a memory 94, and a monitor 42 and an operation unit 43 are connected to each other. The functions processed by the CPU 41 will be described in block form. A light source control unit 141a that controls the laser light source 15, an imaging device control unit 41b that acquires a fluorescence intensity distribution image from the high-speed imaging camera 121, and oxygen that calculates an oxygen concentration distribution. A density distribution calculating unit 41c.

ここで、図８は、レーザ光の強度Ｉｔの変動例を示すグラフであって、縦軸はレーザ光の強度Ｉｔ、横軸は電源ＯＮにされた後からの時間ｔ（分）を示している。レーザ光の強度Ｉｔは、電源ＯＮにされた後から１５０分まで徐々に減少していき、１５０分経過後にほぼ安定する。よって、光源制御部１４１ａは、撮像装置制御部４１ｂで蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを１回取得して、酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像と光源制御部１４１ａで取得されたレーザ光の強度Ｉｔとを用いて酸素濃度分布画像を作成して表示している。図９は、レーザ光の強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図であって、縦軸はレーザ光の強度Ｉｔ、横軸は時間ｔ（秒）を示している。 Here, FIG. 8 is a graph showing a variation example of the laser beam intensity I t, the vertical axis represents the intensity of the laser light I t, the time t (min) from after the horizontal axis which is in the power ON Show. Intensity I t of the laser beam is gradually reduced from after being power ON up to 150 minutes, almost stabilized after lapse of 150 minutes. Therefore, the light source control unit 141a, before acquiring the fluorescence intensity distribution image in the imaging device control unit 41b, the detected intensity I t at the power meter 11 obtains once, the oxygen concentration distribution calculating unit 41c, an imaging create an oxygen concentration distribution image by using the intensity I t of the laser beam obtained by the fluorescence intensity distribution image and the light source controller 141a obtained by the device control unit 41b is displayed. Figure 9 is a diagram showing a timing of acquiring the intensity I t and the fluorescence intensity distribution image of the laser beam, and the vertical axis represents the intensity of the laser light I t, the horizontal axis represents time t (in seconds).

特開２００６−３３１７３３号公報JP 2006-331733 A

ところで、上述したような酸素濃度計測装置５１では、０〜２５ｋＰａ（常圧で酸素は２１ｋＰａ）程度の広いレンジで酸素分圧の分解能を０．１〜１．０ｋＰａとして、酸素濃度分布画像を作成していた。しかし、最近の固体高分子形燃料電池の研究では、酸素分圧に関して０．１ｋＰａ以下の分解能が求められるようになってきた。また、酸素高圧側での酸素分圧に関しても０．１ｋＰａ以下の分解能が求められるようになってきた。つまり、上述したような酸素濃度計測装置５１では、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができないという問題点があった。   By the way, in the oxygen concentration measuring apparatus 51 as described above, an oxygen concentration distribution image is created with a resolution of oxygen partial pressure of 0.1 to 1.0 kPa in a wide range of about 0 to 25 kPa (normal pressure and oxygen is 21 kPa). Was. However, recent research on polymer electrolyte fuel cells has demanded a resolution of 0.1 kPa or less with respect to oxygen partial pressure. Further, with respect to the oxygen partial pressure on the oxygen high pressure side, a resolution of 0.1 kPa or less has been demanded. In other words, the oxygen concentration measuring device 51 as described above has a problem that a highly accurate oxygen concentration distribution image cannot be created.

本件発明者は、上記課題を解決するために、高精度な酸素濃度分布画像を作成する方法について検討を行った。ここで、図１０は、図８に示す２００分経過後から５０秒間のレーザ光の強度Ｉｔの変動を示す拡大グラフである。レーザ光の強度Ｉｔは、１５０分経過後の安定化状態であっても、±２％程度変動している。図９に示すように、蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔを１回取得しているが、レーザ光の強度Ｉｔは±２％程度変動しているため、蛍光強度分布画像を取得する前のパワーメータ１１で検出された強度Ｉｔと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’とは異なっていた。例えば、レーザ光の強度Ｉｔが最小値Ｂから最大値Ａまで変動していると、パワーメータ１１で検出された強度Ｉｔと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から｜Ａ−Ｂ｜までの間の数値となる。よって、レーザ光の強度Ｉｔが変動していることが問題であることがわかった。 In order to solve the above problems, the present inventor has studied a method for creating a highly accurate oxygen concentration distribution image. Here, FIG. 10 is an enlarged graph showing the variation of the laser beam intensity I t of 50 seconds after 200 minutes shown in FIG. Intensity I t of the laser beam, even stabilized state after the lapse of 150 minutes, has fluctuated about ± 2%. As shown in FIG. 9, before acquiring the fluorescence intensity distribution image, but acquires the detected intensity I t at the power meter 11 once, the intensity I t of the laser beam fluctuates about ± 2% are therefore, the intensity I t detected in front of the power meter 11 to obtain the fluorescence intensity distribution image, was different from the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image. For example, the intensity I t of the laser light is varied from a minimum value B to a maximum value A, and the intensity I t detected by the power meter 11, the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image The difference ΔI is a numerical value between 0 and | A−B |. Therefore, it was found that the intensity I t of the laser light is varied is a problem.

そこで、本件発明者は、図１１に示すように、蛍光強度分布画像を取得する前に、パワーメータ１１で強度Ｉｔを少なくとも２回検出して、その強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ２を取得するとともに、蛍光強度分布画像を取得した後に、パワーメータ１１で強度Ｉｔを少なくとも２回検出し、その強度Ｉｔを平均して平均強度値Ｃ１を取得して、平均強度値Ｃ２と平均強度値Ｃ１とを平均した平均強度値Ｉを算出して利用する方法を以前に着想し、出願した。
この方法によれば、例えば、設定露光時間Δｔ２（例えば５００ミリ秒間）の前に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔（サンプリング間隔）で１０回検知させるとともに、設定露光時間Δｔの後に、レーザ光の強度Ｉｔを１秒間隔（サンプリング間隔）で１０回検知させた。これにより、レーザ光の強度Ｉｔが最小値Ｂから最大値Ａまで変動していると、平均強度値Ｉと、蛍光強度分布画像を取得する際の強度Ｉｔ’との差分ΔＩは、０から（｜Ａ−Ｂ｜）／２までの間の数値となる。 Therefore, the present inventor, as shown in FIG. 11, prior to obtaining a fluorescence intensity distribution image, the intensity I t was detected at least twice with a power meter 11, an average intensity value by averaging the intensity I t obtains the C2, after obtaining the fluorescence intensity distribution image, the intensity I t detected at least twice by the power meter 11 obtains the average intensity value C1 by averaging the intensity I t, an average intensity value C2 A method for calculating and using an average intensity value I obtained by averaging the average intensity value C1 and the average intensity value C1 was previously conceived and applied.
According to this method, for example, prior to setting the exposure time Delta] t 2 (e.g. 500 milliseconds), causes detected 10 times the intensity I t of the laser beam at 1 second intervals (sampling intervals), after the set exposure time Delta] t and the intensity I t of the laser light is detected 10 times at 1 second intervals (sampling intervals). Thus, the intensity I t of the laser light is varied from a minimum value B to a maximum value A, and the average intensity value I, the difference ΔI between the intensity I t 'in acquiring fluorescence intensity distribution image, 0 To (| A−B |) / 2.

しかし、この方法によって得られたデータは、蛍光強度分布画像を取得している最中のレーザ光の強度Ｉｔを必ずしも反映しているとはいえない。よって、蛍光強度分布画像を取得している最中のレーザ光の強度Ｉｔをパワーメータ１１で検出することも考えられるが、パワーメータ１１のサンプリング周期（例えば１０ミリ秒間隔）を短くする必要があり、タイミング回路や光学的な構成が複雑になってしまう。 However, data obtained by this method can not be said to be necessarily reflect the laser beam intensity I t of the midst of acquiring a fluorescence intensity distribution image. Therefore, it is conceivable to detect the laser light intensity I t of the midst of acquiring a fluorescence intensity distribution image by a power meter 11, necessary to shorten the sampling period of the power meter 11 (e.g., 10 milliseconds) And the timing circuit and optical configuration become complicated.

そこで、酸素濃度が変化しない位置に酸素消光性を有する蛍光塗料を塗布し、その塗布領域と測定対象領域とを同時に高速撮影カメラで撮影することにした。このとき、酸素濃度が変化しない位置に対応する部分の強度値Ｆは、レーザ光の強度Ｉｔにて変化することとなる。よって、この部分の強度値Ｆを元に測定対象領域に対応する部分の強度値Ｆを補正することを見出した。 Therefore, a fluorescent paint having an oxygen quenching property is applied to a position where the oxygen concentration does not change, and the application region and the measurement target region are simultaneously photographed with a high-speed photographing camera. At this time, the intensity value F of the portion corresponding to the position where the oxygen concentration is not changed, so that the change in laser light intensity I t. Therefore, it has been found that the intensity value F of the part corresponding to the measurement target region is corrected based on the intensity value F of this part.

すなわち、本発明の燃料電池セルは、高分子固体電解質膜を中心として酸素極と水素極とで挟んだ構成を有する膜電極接合体と、前記酸素極の外側に固定され、酸素導入空間が形成される酸素極側のセパレータ板と、前記水素極の外側に固定され、水素導入空間が形成される水素極側のセパレータ板とを備え、前記酸素極側及び／又は前記水素極側のセパレータ板を光透過性材料で形成して当該セパレータ板を光透過部にするとともに、当該光透過部となるセパレータ板の測定対象領域に酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布され、前記光透過性材料には外部から照射される励起光を透過するとともに、当該励起光が前記蛍光塗料に照射されることにより発生する蛍光を透過することが可能である材料を用いた固体高分子形燃料電池セルからなる酸素濃度計測用の燃料電池セルであって、前記固体高分子形燃料電池セルの前記光透過部となるセパレータ板の側部又は内部に、酸素濃度が変化しない空間が形成され、当該酸素濃度が変化しない空間に前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された塗布領域が設けられ、前記酸素濃度が変化しない空間の塗布領域と前記測定対象領域とに外部から前記励起光が照射されるととともに、当該励起光の照射により発生した蛍光が外部に透過されるようにしている。 That is, the fuel battery cell of the present invention has a membrane electrode assembly having a structure in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between an oxygen electrode and a hydrogen electrode, and is fixed to the outside of the oxygen electrode to form an oxygen introduction space. a separator plate of the oxygen electrode side to be fixed to the outside of the hydrogen electrode, and a separator plate of the hydrogen electrode side of the hydrogen introducing space is formed, the oxygen electrode side及 beauty / or separator of the hydrogen electrode side The plate is made of a light transmissive material to make the separator plate a light transmissive part, and a fluorescent paint having an oxygen quenching property is applied to the measurement target region of the separator plate to be the light transmissive part, and the light transmissive material From a polymer electrolyte fuel cell using a material that can transmit excitation light irradiated from the outside and transmit fluorescence generated by irradiating the excitation light to the fluorescent paint. Na A fuel cell for oxygen concentration measurement, the side or the inside of the separator plate serving as the light transmissive portion of the solid polymer fuel cell, space oxygen concentration is not changed is formed, is the oxygen concentration fluorescent paint having the oxygen quenching the unchanged space provided coated coating region, together with the said excitation light and the coating area from the outside to said measurement target region of space in which the oxygen concentration is not changed is irradiated , fluorescence generated by the irradiation of the excitation light is in so that the transmission to the outside.

ここで、「酸素消光性を有する蛍光塗料」としては、例えば、バインダにポリスチレン等の酸素透過性のある高分子材料が用いられ、色素に白金ポルフィリンやルテニウム等の紫外から青色の励起光に反応して発光し、かつ、酸素消光性を有する材料が用いられたもの等が挙げられる。   Here, as the “fluorescent paint having oxygen quenching properties”, for example, a polymer material having oxygen permeability such as polystyrene is used as a binder, and the dye reacts with ultraviolet to blue excitation light such as platinum porphyrin or ruthenium. And the like using a material that emits light and has an oxygen quenching property.

以上のように、本発明の燃料電池セルを用いれば、蛍光強度分布画像を取得している最中の励起光の強度Ｉｔが変動していても、その変動を反映させることができ、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができる。また、その計測装置にはタイミング回路や光学的な構成の追加が不要となる。さらに、蛍光強度分布画像を取得した際に、酸素濃度が変化しない位置に塗布された蛍光塗料に対応する部分の強度値があまりにも小さすぎるときには、光照射部の故障や遮蔽物が存在すること等の問題点を把握することができる。 As described above, by using the fuel cell of the present invention, even if the intensity I t of the excitation light while it is acquired fluorescence intensity distribution image is not changed, it is possible to reflect the change, high An accurate oxygen concentration distribution image can be created. In addition, the measurement device does not require the addition of a timing circuit or an optical configuration. Furthermore, when the fluorescence intensity distribution image is acquired, if the intensity value of the part corresponding to the fluorescent paint applied at a position where the oxygen concentration does not change is too small, there is a failure of the light irradiation part or a shielding object. Etc. can be grasped.

＜他の課題を解決するための手段及び効果＞
また、上記の発明において、前記酸素濃度が変化しない空間には、前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された塗布領域とともに、前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布されていない非塗布領域が形成されているようにしてもよい。 <Means and effects for solving other problems>
Further, in the above invention, in the space where the oxygen concentration does not change, an application region where the fluorescent paint having the oxygen quenching property is applied and a non-application region where the fluorescent paint having the oxygen quenching property is not applied are provided. It may be formed.

本発明の燃料電池セルを用いれば、蛍光強度分布画像を取得した際に、非塗布領域に対応する部分の強度値が大きくなったときには、不要光や外光が入り込んでいること等の問題点を把握することができる。 When the fuel cell of the present invention is used, when a fluorescence intensity distribution image is acquired, if the intensity value of the portion corresponding to the non-application area becomes large, there is a problem such as unnecessary light or external light entering. Can be grasped.

そして、本発明の酸素濃度計測装置は、上述したような燃料電池セルにおける前記光透過部を介して前記測定対象領域に、前記励起光を照射するとともに、前記酸素濃度が変化しない空間に前記励起光を照射する光源を有する光照射部と、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得するとともに、前記酸素濃度が変化しない空間に塗布された蛍光塗料からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料の参照蛍光強度画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、前記蛍光強度分布画像及び参照蛍光強度画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備えるようにしている。 Then, the oxygen concentration measurement apparatus of the present invention, in the measurement target region through the light transmitting portion of the fuel cell as described above, irradiates the excitation light, the excitation in the space in which the oxygen concentration is not changed a light irradiation unit having a light source for irradiating light, by detecting the fluorescence of a fluorescent paint or we applied to the measurement target area, obtains the fluorescent intensity distribution image of the fluorescent paint surface, the oxygen concentration Based on the fluorescence intensity distribution image and the reference fluorescence intensity image having an imaging device that acquires the fluorescence fluorescence from the fluorescence paint applied in a space where the fluorescence does not change, thereby acquiring a reference fluorescence intensity image of the fluorescence paint And a control unit for measuring the oxygen concentration distribution in the measurement target region.

本発明の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the oxygen concentration measuring apparatus of this invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池セルの一例を示す平面図。The top view which shows an example of the polymer electrolyte fuel cell concerning this invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池セルの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on this invention. Ｎ行Ｍ列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図。The figure which shows the fluorescence intensity distribution image which consists of a pixel of N rows and M columns. 本発明の酸素濃度計測装置を用いた計測方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the measuring method using the oxygen concentration measuring apparatus of this invention. 固体高分子形燃料電池の一例を示す平面図。The top view which shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. 固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. 従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the conventional oxygen concentration measuring apparatus. Ｎ行Ｍ列の画素からなる画像を示す図。The figure which shows the image which consists of a pixel of N rows and M columns. レーザ光強度Ｉｔの変動例を示すグラフ。The graph which shows the example of a fluctuation | variation of the laser beam intensity It. レーザ光強度Ｉｔと蛍光強度分布画像とを取得するタイミングを示す図。It shows a timing of acquiring the laser beam intensity I t and the fluorescence intensity distribution image. 図８に示す２００分経過後から５０秒間のレーザ光の強度Ｉｔの変動を示す拡大グラフ。The enlarged graph which shows the fluctuation | variation of the intensity | strength It of 50 seconds after 200 minutes shown in FIG. 8 passes. レーザ光強度Ｉｔと蛍光強度分布画像を取得するタイミングを示す図。It shows a timing of acquiring the laser beam intensity I t and the fluorescence intensity distribution image. 本発明に係る固体高分子形燃料電池セルの他の一例を示す平面図。The top view which shows another example of the polymer electrolyte fuel cell which concerns on this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

図１は、本発明の一実施形態である酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。なお、上述した従来の酸素濃度計測装置５１と同様のものについては、同じ符号を付している。
酸素濃度計測装置１は、光照射部１０と、撮像部２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓ’が配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置１全体の制御を行うコンピュータ４０とを備える。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an oxygen concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the conventional oxygen concentration measuring apparatus 51 mentioned above.
The oxygen concentration measuring apparatus 1 includes a light irradiation unit 10, an imaging unit 20, an arrangement unit 30 on which an inspection object S ′ coated with a fluorescent paint is arranged, and a computer 40 that controls the entire oxygen concentration measuring apparatus 1. Is provided.

まず、このような酸素濃度計測装置１に使用される固体高分子形燃料電池セルＳ’について説明する。図２は、本発明に係る固体高分子形燃料電池セルの一例を示す図である。図２（ａ）は、固体高分子形燃料電池セルの一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は、固体高分子形燃料電池セルの一例を示す断面図である。なお、上述した固体高分子形燃料電池Ｓと同様のものについては、同じ符号を付している。
固体高分子形燃料電池セルＳ’は、図２（ｂ）における左側より、水素極側セパレータ板１１０と、集電体１０７及びガスケット１０５と、水素極１０３と、高分子固体電解質膜１０１と、酸素極１０２と、集電体１０６及びガスケット１０４と、酸素極側セパレータ板１０８とをこの順に備えている。 First, the polymer electrolyte fuel cell S ′ used in the oxygen concentration measuring apparatus 1 will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. FIG. 2A is a plan view showing an example of a polymer electrolyte fuel cell, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing an example of a polymer electrolyte fuel cell. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the polymer electrolyte fuel cell S mentioned above.
From the left side in FIG. 2B, the solid polymer fuel cell S ′ includes a hydrogen electrode side separator plate 110, a current collector 107 and a gasket 105, a hydrogen electrode 103, a polymer solid electrolyte membrane 101, An oxygen electrode 102, a current collector 106 and a gasket 104, and an oxygen electrode side separator plate 108 are provided in this order.

また、固体高分子形燃料電池セルＳ’の側部には、酸素濃度が変化しない空間１１６が形成されており、例えば２０重量％の酸素が入れられている。そして、この酸素濃度が変化しない空間１１６には、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された塗布領域と、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布されていない非塗布領域とが形成されている。   Further, a space 116 in which the oxygen concentration does not change is formed at the side of the polymer electrolyte fuel cell S ′, and for example, 20% by weight of oxygen is introduced. In the space 116 where the oxygen concentration does not change, an application region where the fluorescent paint having oxygen quenching property is applied and a non-application region where the fluorescent paint having oxygen quenching property is not applied are formed.

次に、固体高分子形燃料電池セルＳ’を計測するための酸素濃度計測装置１について詳細に説明する。
光照射部１０は、レーザ光（波長４７０ｎｍ）を出射するレーザ光源（レーザダイオード）１５と、電子シャッタ１２と、拡散フィルタ１３と、レンズ１４とを有する。
このような光照射部１０の構成において、レーザ光源１５で出射されたレーザ光は、電子シャッタ１２と拡散フィルタ１３とレンズ１４とをこの順で通過して、配置部３０の設定領域に照射されるようになっている。 Next, the oxygen concentration measuring apparatus 1 for measuring the polymer electrolyte fuel cell S ′ will be described in detail.
The light irradiation unit 10 includes a laser light source (laser diode) 15 that emits laser light (wavelength 470 nm), an electronic shutter 12, a diffusion filter 13, and a lens 14.
In such a configuration of the light irradiation unit 10, the laser light emitted from the laser light source 15 passes through the electronic shutter 12, the diffusion filter 13, and the lens 14 in this order, and is irradiated onto the setting region of the arrangement unit 30. It has become so.

撮像部２０は、レンズ２１ａを有する高速撮影カメラ（撮像装置）２１を有する。高速撮影カメラ２１は、複数の光検出素子ＧｍｎがＭ行（例えば１０００行）とＮ列（例えば１０００列）とに並べられたものであり、各光検出素子Ｇｍｎにはそれぞれの位置に応じた強度値（例えば１０ｂｉｔ）Ｆｍｎの蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Ｇｍｎの出力信号は、配置部３０の設定領域の各位置ごとの蛍光の強度値Ｆｍｎを表すことになる。図３は、Ｎ行Ｍ列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図である。つまり、従来の撮像部１２０で撮影される画像より大きくなっており、測定対象領域を撮影する部分がＭ行と（Ｎ−１０）列との蛍光強度分布画像となり、空間１１６を撮影する部分がＭ行と１０列との参照蛍光強度分布画像となっている。
そして、入力装置等を用いて撮影条件（設定露光時間Δｔ１（例えば５００ミリ秒間）や撮影回数ｘ（例えば１０回）等）が入力されると、設定された撮影条件に基づいて、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像と参照蛍光強度分布画像とがコンピュータ４０に送られるようになっている。 The imaging unit 20 includes a high-speed photographing camera (imaging device) 21 having a lens 21a. The high-speed photographing camera 21 has a plurality of photodetecting elements Gmn arranged in M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns), and each photodetecting element Gmn has a position at each position. A fluorescence having a corresponding intensity value (for example, 10 bits) F mn is made incident. Therefore, the output signal of each light detection element G mn represents the fluorescence intensity value F mn for each position in the setting region of the placement unit 30. FIG. 3 is a diagram showing a fluorescence intensity distribution image composed of pixels of N rows and M columns. In other words, the image is larger than the image captured by the conventional imaging unit 120, and the part for capturing the measurement target region becomes a fluorescence intensity distribution image of M rows and (N-10) columns, and the part for capturing the space 116 is captured. It is a reference fluorescence intensity distribution image of M rows and 10 columns.
When shooting conditions (set exposure time Δt 1 (for example, 500 milliseconds), number of shooting times x (for example, 10 times), etc.) are input using an input device or the like, high-speed shooting is performed based on the set shooting conditions. A fluorescence intensity distribution image and a reference fluorescence intensity distribution image are sent from the camera 21 to the computer 40.

コンピュータ４０は、ＣＰＵ（制御部）４１とメモリ４４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御する光源制御部４１ａと、高速撮影カメラ２１から画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素濃度分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃとを有する。   The computer 40 includes a CPU (control unit) 41 and a memory 44, and a monitor 42 and an operation unit 43 are connected to each other. The functions processed by the CPU 41 will be described in block form. A light source control unit 41a that controls the laser light source 15, an imaging device control unit 41b that acquires an image from the high-speed photographing camera 21, and an oxygen concentration distribution calculation that calculates an oxygen concentration distribution. Part 41c.

撮像装置制御部４１ｂは、撮影条件が入力されると、撮影条件に基づいて高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像と参照蛍光強度分布画像とを取得してメモリ４４に記憶させる制御を行う。例えば、操作部４３で撮影条件として設定露光時間Δｔと撮影回数ｘとが入力されると、まず１回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像と１回目の設定露光時間Δｔの参照蛍光強度分布画像とを高速撮影カメラ２１から取得してメモリ４４に記憶させ、次に２回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像と２回目の設定露光時間Δｔの参照蛍光強度分布画像とを高速撮影カメラ２１から取得してメモリ４４に記憶させる。このようにして、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像とＸ回目の設定露光時間Δｔの参照蛍光強度分布画像とを、高速撮影カメラ２１から取得してメモリ４４に次々と記憶させていく。   When the imaging condition is input, the imaging device control unit 41b performs control to acquire the fluorescence intensity distribution image and the reference fluorescence intensity distribution image from the high-speed imaging camera 21 based on the imaging condition and store them in the memory 44. For example, when the set exposure time Δt and the number of times of shooting x are input as shooting conditions by the operation unit 43, first, the fluorescence intensity distribution image of the first set exposure time Δt and the reference fluorescence intensity distribution of the first set exposure time Δt. The image is acquired from the high-speed camera 21 and stored in the memory 44, and then the fluorescence intensity distribution image at the second set exposure time Δt and the reference fluorescence intensity distribution image at the second set exposure time Δt are taken at the high-speed camera. 21 and stored in the memory 44. In this way, the fluorescence intensity distribution image at the X-th set exposure time Δt and the reference fluorescence intensity distribution image at the X-th set exposure time Δt are acquired from the high-speed camera 21 and stored in the memory 44 one after another. Go.

酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得されたＭ行と（Ｎ−１０）列との蛍光強度分布画像とＭ行と１０列との参照蛍光強度分布画像とを用いて、レーザ光の強度Ｉｔの変動の影響を除去した各画素Ｇｍｎの酸素分圧値Ｄｍｎをそれぞれ算出し、Ｍ行と（Ｎ−１０）列との酸素濃度画像を作成して表示する制御を行う。例えば、まず、酸素濃度分布算出部４１ｃは、１回目の設定露光時間Δｔの基準蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの強度値Ｆｍｎを平均して平均強度値Ｆ’を算出する。この１回目の平均強度値Ｆ’を用いて１回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの酸素分圧値Ｄｍｎをそれぞれ算出する。そして、メモリ４４に記憶された酸素分圧値Ｄｍｎを色で対応付けたカラーテーブルに基づいて、１回目のＭ行と（Ｎ−１０）列との酸素濃度分布画像を作成して表示する。次に、酸素濃度分布算出部４１ｃは、２回目の設定露光時間Δｔの基準蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの強度値Ｆｍｎを平均して平均強度値Ｆ’を算出する。この２回目の平均強度値Ｆ’を用いて２回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの酸素分圧値Ｄｍｎをそれぞれ算出する。そして、メモリ４４に記憶された酸素分圧値Ｄｍｎを色で対応付けたカラーテーブルに基づいて、２回目のＭ行と（Ｎ−１０）列との酸素濃度分布画像を作成して表示する。このようにして、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の平均強度値Ｆ’とＸ回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像とを用いてＸ回目の酸素濃度分布画像をリアルタイムに表示していく。 The oxygen concentration distribution calculation unit 41c uses the fluorescence intensity distribution image of M rows and (N-10) columns and the reference fluorescence intensity distribution image of M rows and 10 columns acquired by the imaging device control unit 41b. the oxygen partial pressure value D mn of each pixel G mn removing the influence of the variation of the laser beam intensity I t was calculated respectively, creates and displays an oxygen concentration image with M rows and (N-10) column control I do. For example, first, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c calculates an average of the intensity values F mn of each pixel G mn of reference fluorescence intensity distribution image of the first set exposure time Δt average intensity values F '. Using this first average intensity value F ′, the oxygen partial pressure value D mn of each pixel G mn of the fluorescence intensity distribution image for the first set exposure time Δt is calculated. Then, based on the color table in which the oxygen partial pressure values D mn stored in the memory 44 are associated with each other in color, an oxygen concentration distribution image of the first M rows and (N-10) columns is created and displayed. . Then, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c, the intensity value F mn of each pixel G mn of reference fluorescence intensity distribution image of the second set exposure time Δt average calculating the average intensity value F '. Using this second average intensity value F ′, the oxygen partial pressure value D mn of each pixel G mn of the fluorescence intensity distribution image for the second set exposure time Δt is calculated. Then, based on the color table in which the oxygen partial pressure values D mn stored in the memory 44 are associated with each other in color, an oxygen concentration distribution image of the second M rows and (N-10) columns is created and displayed. . In this way, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c displays the Xth oxygen concentration distribution image in real time using the Xth average intensity value F ′ and the Xth fluorescence intensity distribution image of the set exposure time Δt. To go.

ここで、固体高分子形燃料電池セルＳ’を計測する計測方法について説明する。図４は、計測方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、測定者は、固体高分子形燃料電池セルＳ’を配置部３０に配置して、固体高分子形燃料電池セルＳ’を作動させる。
次に、ステップＳ１０２の処理において、測定者は、入力装置等を用いて撮影条件（設定露光時間Δｔ（例えば５００ミリ秒間）や撮影回数ｘ等）を入力する。 Here, a measurement method for measuring the polymer electrolyte fuel cell S ′ will be described. FIG. 4 is a flowchart for explaining the measurement method.
First, in the process of step S101, the measurer places the polymer electrolyte fuel cell S ′ on the arrangement unit 30 and operates the polymer electrolyte fuel cell S ′.
Next, in the process of step S102, the measurer inputs photographing conditions (such as a set exposure time Δt (for example, 500 milliseconds) and the number of photographing times x) using an input device or the like.

次に、ステップＳ１０３の処理において、撮影回数パラメータＸ＝１とする。
次に、ステップＳ１０４の処理において、撮像装置制御部４１ｂは、高速撮影カメラ２１からＸ回目の画像を取得してメモリ４４に記憶させる。 Next, in the process of step S103, the shooting number parameter X = 1.
Next, in the process of step S <b> 104, the imaging device control unit 41 b acquires the X-th image from the high-speed camera 21 and stores it in the memory 44.

次に、ステップＳ１０５の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの参照蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの強度値Ｆｍｎを平均して平均強度値Ｆ’を算出する。
次に、ステップＳ１０６の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の平均強度値Ｆ’を用いてＸ回目の設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像の各画素Ｇｍｎの酸素分圧値Ｄｍｎをそれぞれ算出する。
次に、ステップＳ１０７の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、カラーテーブルに基づいて、Ｍ行（例えば１０００行）と（Ｎ−１０）列（例えば１０００列）との酸素濃度画像を作成して表示する。 Next, in the process of step S105, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c averages the intensity values F mn of the pixels G mn of the reference fluorescence intensity distribution image for the X-th set exposure time Δt to obtain an average intensity value F ′. calculate.
Next, in the process of step S106, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c uses the X-th average intensity value F ′ to set the oxygen partial pressure value of each pixel G mn of the fluorescence intensity distribution image for the X-th set exposure time Δt. D mn is calculated respectively.
Next, in the process of step S107, the oxygen concentration distribution calculation unit 41c creates oxygen concentration images of M rows (for example, 1000 rows) and (N-10) columns (for example, 1000 columns) based on the color table. To display.

次に、ステップＳ１０８の処理において、Ｘ＝ｘであるか否かを判定する。Ｘ＝ｘでないと判定したときには、ステップＳ１０９の処理において、Ｘ＝Ｘ＋１として、ステップＳ１０４の処理に戻る。
一方、Ｘ＝ｘであると判定したときには、本フローチャートを終了させる。 Next, in the process of step S108, it is determined whether X = x. When it is determined that X = x is not satisfied, X = X + 1 is set in the process of step S109, and the process returns to step S104.
On the other hand, when it is determined that X = x, this flowchart is ended.

以上のように、酸素濃度計測装置１によれば、蛍光強度分布画像を取得している最中の励起光の強度Ｉｔが変動していても、その変動を反映させることができ、高精度な酸素濃度分布画像を作成することができる。また、タイミング回路や光学的な構成の追加が不要となる。さらに、蛍光強度分布画像を取得した際に、非塗布領域に対応する部分の強度値Ｆがあまりにも小さすぎるときには、光照射部の故障や遮蔽物が存在すること等の問題点を把握することができる。また、蛍光強度分布画像を取得した際に、非塗布領域に対応する部分の強度値Ｆが大きくなったときには、不要光や外光が入り込んでいること等の問題点を把握することができる。 As described above, according to the oxygen concentration measuring device 1, even if the intensity I t of the excitation light while it is acquired fluorescence intensity distribution image is not changed, it is possible to reflect the change, precision A simple oxygen concentration distribution image can be created. Further, it is not necessary to add a timing circuit or an optical configuration. Furthermore, when the fluorescence intensity distribution image is acquired, if the intensity value F of the portion corresponding to the non-application area is too small, grasp the problem such as the failure of the light irradiation unit or the presence of a shielding object. Can do. Moreover, when the fluorescence intensity distribution image is acquired, if the intensity value F of the portion corresponding to the non-application area becomes large, it is possible to grasp problems such as unnecessary light and external light entering.

＜他の実施形態＞
上述した酸素濃度計測装置１においては、固体高分子形燃料電池セルＳ’の側部に酸素濃度が変化しない空間１１６が形成されている構成としたが、これに換えて、固体高分子形燃料電池セルに内部に酸素濃度が変化しない空間１１６’が形成されているような構成としてもよい。このような固体高分子形燃料電池セルＳ”の一例を図１２に示す。 <Other embodiments>
In the oxygen concentration measuring apparatus 1 described above, the space 116 in which the oxygen concentration does not change is formed in the side portion of the polymer electrolyte fuel cell S ′. However, instead of this, a polymer electrolyte fuel is used. A configuration may be adopted in which a space 116 ′ in which the oxygen concentration does not change is formed in the battery cell. An example of such a polymer electrolyte fuel cell S ″ is shown in FIG.

本発明は、測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置等に利用することができる。   The present invention measures the oxygen concentration distribution in the measurement target area by applying fluorescent paint to the measurement target area, generating fluorescence by irradiating the fluorescent paint surface with excitation light, and photographing the fluorescence intensity distribution. It can be used for an oxygen concentration measuring device.

１ 酸素濃度計測装置
１０１ 高分子固体電解質膜
１０２ 酸素極
１０３ 水素極
１０８ 酸素極側セパレータ板
１１０ 水素極側セパレータ板
１１６ 酸素濃度が変化しない空間（位置）
Ｓ’ 燃料電池セル 1 Oxygen Concentration Measuring Device 101 Polymer Solid Electrolyte Membrane 102 Oxygen Electrode 103 Hydrogen Electrode 108 Oxygen Electrode Side Separator Plate 110 Hydrogen Electrode Side Separator Plate 116 Space (Position) Where Oxygen Concentration Does Not Change
S 'Fuel cell

Claims (3)

高分子固体電解質膜を中心として酸素極と水素極とで挟んだ構成を有する膜電極接合体と、
前記酸素極の外側に固定され、酸素導入空間が形成される酸素極側のセパレータ板と、
前記水素極の外側に固定され、水素導入空間が形成される水素極側のセパレータ板とを備え、
前記酸素極側及び／又は前記水素極側のセパレータ板を光透過性材料で形成して当該セパレータ板を光透過部にするとともに、当該光透過部となるセパレータ板の測定対象領域に酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布され、
前記光透過性材料には外部から照射される励起光を透過するとともに、当該励起光が前記蛍光塗料に照射されることにより発生する蛍光を透過することが可能である材料を用いた固体高分子形燃料電池セルからなる酸素濃度計測用の燃料電池セルであって、
前記固体高分子形燃料電池セルの前記光透過部となるセパレータ板の側部又は内部に、酸素濃度が変化しない空間が形成され、当該酸素濃度が変化しない空間に前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された塗布領域が設けられ、
前記酸素濃度が変化しない空間の塗布領域と前記測定対象領域とに外部から前記励起光が照射されるととともに、当該励起光の照射により発生した蛍光が外部に透過されることを特徴とする燃料電池セル。 A membrane electrode assembly having a configuration in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between an oxygen electrode and a hydrogen electrode,
A separator plate on the oxygen electrode side , which is fixed outside the oxygen electrode and forms an oxygen introduction space;
A separator plate on the hydrogen electrode side fixed to the outside of the hydrogen electrode and forming a hydrogen introduction space;
While the separator plate to the light transmitting portion of the oxygen electrode side及 beauty / or separator plate of the hydrogen electrode side formed of a light transmissive material, the oxygen quenching the measurement area of the separator plate serving as the light transmissive portion A fluorescent paint having the property is applied ,
The light transmissive material transmits a solid polymer using a material that transmits excitation light irradiated from the outside and can transmit fluorescence generated when the excitation light is irradiated to the fluorescent paint. A fuel cell for measuring oxygen concentration, comprising a fuel cell,
The side or inside of the separator plate serving as the light transmissive portion of the solid polymer fuel cell, space oxygen concentration is not changed is formed, fluorescent paint having the oxygen quenching in a space in which the oxygen concentration is not changed Is provided with a coating area,
A fuel characterized in that the excitation light is irradiated from the outside to the coating region and the measurement target region of the space where the oxygen concentration does not change, and the fluorescence generated by the irradiation of the excitation light is transmitted to the outside Battery cell. 前記酸素濃度が変化しない空間には、前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された塗布領域とともに、前記酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布されていない非塗布領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。 Said oxygen concentration in a space that does not change, along with the oxygen quenching coating regions fluorescent paint is applied with a non-application region where fluorescent paint having the oxygen quenching is not coated is formed The fuel cell according to claim 1, wherein 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池セルにおける前記光透過部を介して前記測定対象領域に、前記励起光を照射するとともに、前記酸素濃度が変化しない空間に前記励起光を照射する光源を有する光照射部と、
前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得するとともに、前記酸素濃度が変化しない空間に塗布された蛍光塗料からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料の参照蛍光強度画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、
前記蛍光強度分布画像及び参照蛍光強度画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備えることを特徴とする酸素濃度計測装置。 In the measurement target region through the light transmitting portion in the fuel cell according to claim 1 or claim 2, irradiates the excitation light, a light source for irradiating the excitation light to the space in which the oxygen concentration is not changed A light irradiator having:
By detecting the fluorescence of a fluorescent paint or we applied to the measurement target area, it obtains the fluorescent intensity distribution image of the fluorescent paint surface, from the fluorescent paint the oxygen concentration is applied in a space that does not change An imaging unit having an imaging device for acquiring a reference fluorescence intensity image of the fluorescent paint by detecting fluorescence; and
An oxygen concentration measurement apparatus comprising: a control unit that measures an oxygen concentration distribution in the measurement target region based on the fluorescence intensity distribution image and the reference fluorescence intensity image.
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