(57)【要約】  【課題】  燃料電池に対するガスの供給条件が大幅に変動しても所望の温度条件のガスを燃料電池に供給可能な燃料電池評価試験装置の提供を目的とする。  【解決手段】  燃料電池評価試験装置１は、燃料電池１０に対して供給するためのガスが流通するガス流路２と、燃料電池１０を収容可能な恒温手段５とを有する。ガス流路２の中途には、ガスの温度を調整可能な温調手段６と、前記ガスの湿度を調整可能な調湿手段７とが設けられている。恒温手段５の恒温室６０は、内部温度が燃料電池１０の試験温度に応じて調整可能とされている。恒温室６０内には、ガス流路２内を流れるガスが流入する微温調手段５０が配されている。ガス流路２を流れるガスは、微温調手段５０において熱交換された後に燃料電池１０に供給される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に対して供給するためのガスが流通するガス流路と、前記燃料電池の一部または全部を収容可能な恒温手段とを有し、
当該ガス流路の中途に、ガスの温度を調整可能な温調手段と、前記ガスの湿度を調整可能な調湿手段とが設けられており、
前記恒温手段は、燃料電池の一部または全部を収容可能であり、雰囲気温度を所定の条件に調整可能な恒温室を有し、
当該恒温室内には、前記ガス流路内を流れるガスが流入する熱交換手段が配されていることを特徴とする燃料電池評価試験装置。
【請求項２】
ガス流路が、ガスの流れ方向上流側において低湿度のガスが流れる低湿度流路と、当該低湿度流路内を流れるガスよりも湿度が高いガスが流れる高湿度流路と、当該高湿度流路と低湿度流路とが合流する合流部を有し、当該合流部を通過したガスを燃料電池側に供給するものであり、
調湿手段が、前記低湿度流路を流れるガスと高湿度流路を流れるガスとの流量比を調整することにより燃料電池に供給するガスの湿度を調整するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池評価試験装置。
【請求項３】
燃料電池に対して供給するためのガスを冷却可能な冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池評価試験装置。
【請求項４】
冷却手段が恒温手段の直前に配されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池評価試験装置。
【請求項５】
冷却手段が、調湿手段よりもガスの流れ方向下流側に配されており、
ガス流路に冷却手段を通過する冷却流路が設けられており、
当該冷却流路とガス流路との境界部分に流路切替手段が設けられており、
前記冷却手段が流路切替手段よりも上流側を流れるガスを当該ガスの露点温度よりも低温まで冷却可能な状態で動作する場合に、前記流路切替手段が冷却流路側に開成不可能となることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池評価試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池評価試験装置に関するものであり、特に、燃料電池に供給するガスの供給状態を調整可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等のような負荷変動や使用環境温度の変動が激しい装置類の電源として使用しうる燃料電池を開発すべく、燃料電池に供給するガスの流量や温度、湿度等の条件をさらに大幅かつ精度よく調整可能な燃料電池評価試験装置の提供が望まれている。
【０００３】
そこで、かかる要望に応えるべく、従来技術では、下記特許文献１に開示されているような評価試験用ガス供給装置を備えた試験装置が燃料電池の性能試験に採用されている。下記特許文献１に開示されている評価試験用ガス供給装置は、燃料電池の活物質として使用される水素や酸素を主成分とするガスを加熱したり、当該ガスを所定の水槽内に貯留されている貯留水中にくぐらせる、いわゆるバブリングという手法で加湿することにより、燃料電池に供給するガスの温度や湿度を調整可能な構成とされている。
【特許文献１】特開２００４−２７３２２２号公報
【０００４】
かかる構成の評価試験装置によれば、出力条件や作動雰囲気温度等の条件を様々に変化させて燃料電池の評価試験を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記したような従来技術の燃料電池評価試験装置は、燃料電池の試験条件であるパラメーターの制御幅を大きく変動させると、燃料電池に供給されるガスの温度等の条件が不安定になり、評価試験の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、燃料電池に対するガスの供給量を大きく変動可能な構成とするためには、大流量のガスを供給可能なようにガス供給用の配管径を大きくする必要がある。かかる構成とした場合、燃料電池へのガス供給量が極めて少ない状態で評価試験を行おうとすると、ガス供給用配管内にガスが長時間にわたって滞留するなどして、ガスの供給温度が試験条件の温度から大幅にずれてしまうという問題があった。
【０００７】
さらに、ガス加熱用の加熱手段として大流量のガスを加熱可能なものを採用した場合は、燃料電池へのガス供給量が極めて少ない状態におけるガスの供給温度の調整がうまくいかず、評価試験の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、上記した問題に鑑み、本発明は燃料電池に対するガスの供給条件が大幅に変動しても所望の温度条件のガスを燃料電池に供給可能な燃料電池評価試験装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料電池に対して供給するためのガスが流通するガス流路と、前記燃料電池の一部または全部を収容可能な恒温手段とを有し、当該ガス流路の中途に、ガスの温度を調整可能な温調手段と、前記ガスの湿度を調整可能な調湿手段とが設けられており、前記恒温手段が、燃料電池の一部または全部を収容可能であり、雰囲気温度を所定の条件に調整可能な恒温室を有し、当該恒温室内に前記ガス流路内を流れるガスが流入する熱交換手段が配されていることを特徴とする燃料電池評価試験装置である。
【００１０】
本発明の燃料電池評価試験装置では、恒温室内に燃料電池を収容し、この恒温室内の雰囲気温度を所定の試験条件に調整した状態で燃料電池の評価試験を行える。
【００１１】
本発明の燃料電池評価試験装置では、ガス通路の中途に設けられた温調手段および調湿手段において所定の温度および湿度に調整されたガスが恒温室内に配された熱交換手段に導入され、恒温室内で熱交換を行った後に燃料電池に供給される。ここで、燃料電池に対して供給されるガスの量が多い場合は、ガス流路内を流れるガスの流れが速く、恒温室内の熱交換手段に至ったガスの温度は、恒温室外で調整された温度を維持したまま燃料電池に供給される。
【００１２】
一方、燃料電池に対して供給されるガスの量が少ない場合は、ガス流路内を流れるガスの流れが遅いため、ガスは熱交換手段に到達した時点である程度温度低下した状態になっている可能性がある。しかし、燃料電池に対するガス供給量が少ない場合は、ガスが恒温室内に配された熱交換手段に滞留する時間が長くなり、恒温室内で十分熱交換されてから燃料電池に供給される。そのため、本発明の燃料電池評価試験装置では、燃料電池に対するガスの供給量が少ない場合であっても燃料電池に対して所望の温度に調整されたガスを供給できる。従って、本発明によれば、燃料電池に対するガスの供給量の多少にかかわらず燃料電池の評価試験温度に適した温度のガスを供給できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、ガス流路が、ガスの流れ方向上流側において低湿度のガスが流れる低湿度流路と、当該低湿度流路内を流れるガスよりも湿度が高いガスが流れる高湿度流路と、当該高湿度流路と低湿度流路とが合流する合流部を有し、当該合流部を通過したガスを燃料電池側に供給するものであり、調湿手段が、前記低湿度流路を流れるガスと高湿度流路を流れるガスとの流量比を調整することにより燃料電池に供給するガスの湿度を調整するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池評価試験装置である。
【００１４】
かかる構成によれば、燃料電池の評価試験に見合った湿度に調整されたガスを燃料電池に供給することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、燃料電池に対して供給するためのガスを冷却可能な冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池評価試験装置である。
【００１６】
本発明の燃料電池評価試験装置は、ガスを冷却可能な冷却手段を備えているため、低温条件下における燃料電池の評価試験を行うことができる。
【００１７】
ここで、上記したように、本発明者らは、低温雰囲気下においても評価試験が可能な燃料電池評価試験装置を提供すべく、冷却手段を設けた燃料電池評価試験装置を試作し、実験を試みた。その結果、冷却手段を恒温手段から離れた位置に配した構成とすると、冷却手段において冷却されたガスが恒温手段内に配された燃料電池に到達するまでに急速に昇温してしまう傾向にあり、特にガス流量が少ない場合にこの傾向が現れることを見いだした。
【００１８】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項４に記載の発明は、冷却手段が恒温手段の直前に配されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池評価試験装置である。
【００１９】
かかる構成によれば、冷却手段において冷却されたガスが昇温するまでに恒温室内に配された燃料電池に低温のガスを供給することができる。従って、本発明によれば、低温条件下においても精度の高い燃料電池の評価試験を行うことができる。
【００２０】
ここで、低温条件下において燃料電池の評価試験を精度良く行える燃料電池評価試験装置を提供するためには、上記したように恒温手段の直前に冷却手段を配することが望ましい。しかし、ガス流路を介して供給されるガスの湿度が高い場合に、このガスが冷却手段に流入すると、ガスが飽和温度に達して水分が凝結してしまい、冷却手段が動作不良を起こしたり故障する可能性がある。
【００２１】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項５に記載の発明は、冷却手段が、調湿手段よりもガスの流れ方向下流側に配されており、ガス流路に冷却手段を通過する冷却流路が設けられており、当該冷却流路とガス流路との境界部分に流路切替手段が設けられており、前記冷却手段が流路切替手段よりも上流側を流れるガスを当該ガスの露点温度よりも低温まで冷却可能な状態で動作する場合に、前記流路切替手段が冷却流路側に開成不可能となることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池評価試験装置である。
【００２２】
本発明の燃料電池評価試験装置では、冷却手段よりも上流側を流れるガスの露点温度が高い、すなわちガスの湿度が高い時に冷却手段側にガスが流れ込まない。そのため、本発明の燃料電池評価試験装置では、ガス中に含まれる水分の凝結に伴う冷却手段等の動作不良や故障が起こらない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池に対するガスの供給量の多少にかかわらず燃料電池の評価試験温度に適した温度のガスを供給可能な燃料電池評価試験装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態である燃料電池評価試験装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、１は本実施形態の燃料電池評価試験装置（以下、ＦＣ試験装置１と称す）である。ＦＣ試験装置１は、燃料電池１０の正極に導入されるガス（以下、必要に応じて正極側ガスと称す）や負極に導入されるガス（以下、必要に応じて負極側ガスと称す）の温度や湿度といったような供給条件を調整したり、燃料電池１０の設置環境の条件を調整した状態で燃料電池１０の性能の評価試験を行うものである。
【００２５】
ＦＣ試験装置１は、図１に示すように燃料電池１０の負極活物質として使用される水素や正極活物質として使用される酸素等を供給するためのガス流路２と、ガス流路２を通過する水素や酸素等のガスを所定の温度や湿度（露点）に調整する調整手段３と、試験対象である燃料電池１０を収容可能な恒温手段５とに大別される。
【００２６】
ガス流路２は、水素や酸素等のガスの供給源と、恒温手段５内に配された燃料電池１０とを繋ぐ流路である。ガス流路２は、燃料電池１０の正極（酸素極）に繋がる正極側ガス流路１１と、負極（燃料極）に繋がる負極側ガス流路１２の２系統によって構成されている。正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２は、それぞれ正極側ガスおよび負極側ガスが流れる配管である。
【００２７】
正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２は、互いに独立した流路を形成しているが、その流路構成はほぼ同一とされている。すなわち、正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２は、それぞれ中途に調整手段３を有する。そして、ガス流路２は、後述する冷却手段２７よりもガスの流れ方向上流側に配された流路切替手段２５よりもさらに上流側において低湿度流路１３と高湿度流路１５の２系統に分岐されている。低湿度流路１３は湿度が低いガスが流れる流路であり、高湿度流路１５は湿度が高いガスが流れる流路である。低湿度流路１３と高湿度流路１５とは、流路切替手段２５よりも上流側で合流している。また、ガス流路２は、流路切替手段２５よりも下流側に冷却流路１６を有する。冷却流路１６は、ガス流路２内を流れるガスを迂回させ、冷却手段２７に通過させるための流路である。
【００２８】
調整手段３は、低湿度流路１３の中途に設けられた流量調整手段２０と加熱手段２１、高湿度流路１５の中途に設けられた流量調整手段２２と加湿手段２３、ガス流路２と冷却流路１６との境界部分に設けられた流路切替手段２５，２６、並びに、冷却流路１６の中途に設けられた冷却手段２７とから構成されている。さらに具体的に説明すると、低湿度流路１３および高湿度流路１５は、ＦＣ試験装置１の外部に存在する正極側ガス供給源２８あるいは負極側ガス供給源２９（以下、必要に応じて供給源２８，２９と称す）に接続されている。流量調整手段２０，２２は、それぞれ低湿度流路１３や高湿度流路１５に供給されるガスの流量を決定するものである。
【００２９】
加熱手段２１や冷却手段２７は、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２を流れるガスの温度を調整する温調手段６として機能する。また、流量調整手段２０，２２および加湿手段２３は、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２を流れるガスの湿度（露点）を調整する調湿手段７として機能する。すなわち、調湿手段７は、流量調整手段２０，２２を調整することにより低湿度流路１３を流れる低湿度のガスと、高湿度流路１５を流れる高湿度のガスとの混合比を調整すると共に、加湿手段２３により高湿度流路１５を流れるガスの湿度（露点）を調整することにより燃料電池１０に供給するガスの湿度を調整するものである。
【００３０】
図１に示すように、低湿度流路１３と高湿度流路１５とは、加熱手段２１や加湿手段２３よりも下流側において合流する構成となっている。そのため、流量調整手段２０，２２を調整することにより、高湿度のガスと低湿度のガスの混合比を調整でき、燃料電池１０に所望の湿度のガスを供給することができる。
【００３１】
加湿手段２３は、図２に示すように貯留水を貯留する密閉型の貯水タンク４０と、この貯水タンク４０内の貯留水を加熱するためのヒーター４１とを具備している。通常、貯水タンク４０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。貯水タンク４０の底部には、流量調整手段２２を通過してきた高湿度流路１５内を流れるガスを貯水タンク４０内の貯留水中に吐出可能なようにガス導入部４３が設けられている。また、貯水タンク４０の頂部には、貯留水中に吐出されたガスを加湿手段２３の下流側に送り出すためのガス排出部４５が設けられている。流量調整手段２２を通過してきた高湿度流路１５内を流れるガスは、ヒーター４１によって所定温度に加熱された貯留水に吐出され、いわゆるバブリング処理が施される。そして、貯水タンク４０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４５から排出される。ヒーター４１の出力は、ガス排出部４５よりも下流側に配された露点計４６（図１参照）によって検知される露点（湿度）に基づいてフィードバック制御される。
【００３２】
図１に示すように、加熱手段２１や加湿手段２３の下流側に設けられた合流部４７において、低湿度流路１３と高湿度流路１５とが合流している。そのため、低湿度流路１３を通過した低湿度のガス（以下、必要に応じて低湿度ガスと称す）と、高湿度流路１５を通過したガス（以下、必要に応じて高湿度ガスと称す）とが合流部４７において混合され、ガスの温度および湿度が調整された状態となり、下流側（燃料電池１０側）に送られる。
【００３３】
合流部４７よりも下流側に設けられた冷却流路１６には、冷却手段２７が設けられている。冷却流路１６と正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２との境界部分には、流路切替手段２５，２６が設けられている。流路切替手段２５，２６には、それぞれ３ポート弁が採用されている。流路切替手段２５，２６は、それぞれ冷却流路１６、あるいは、正極側ガス流路１１（負極側ガス流路１２）のいずれか一方に対して開状態となるものである。そのため、流路切替手段２５，２６を冷却流路１６に対して開状態とすると、合流部４７を通過したガスを冷却手段２７に導入し、冷却することができる。また逆に、流路切替手段２５，２６を冷却流路１６に対して閉状態とすると、合流部４７を通過したガスを冷却手段２７を通過させることなく燃料電池１０側に供給できる。
【００３４】
ＦＣ試験装置１では、合流部４７よりも上流側を流れるガスが高湿度である場合、このガスが冷却流路１６に流れ込んで冷却手段２７において冷却されると冷却流路１６や冷却手段２７内で凍結し、これらの機器類の動作に支障をもたらすおそれがある。そのため、ＦＣ試験装置１では、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２を通過するガスの湿度（露点）に基づき、必要に応じてガスが冷却流路１６に流入するのを阻止可能なインターロック機構が形成されている。すなわち、ＦＣ試験装置１は、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２を通過するガスの湿度（露点）や冷却手段２７の動作温度等の動作条件に基づき、冷却流路１６にガスが流入すると冷却手段２７等の動作に支障が生じると想定される場合に、流路切替手段２５，２６が冷却流路１６側に開状態とならない構成とされている。
【００３５】
冷却手段２７は、冷却されたガスが燃料電池１０に供給されるまでに昇温してしまうのを防止すべく恒温手段５に対してガスの流れ方向上流側に近接した位置に設けられている。さらに具体的には、ＦＣ試験装置１では、図１において太線Ａで示す配管、すなわち冷却手段２７の出口側から流路切替手段２６を通過し、後述する恒温手段５内の微温調手段５０（熱交換手段）に繋がる配管をできるだけ短縮可能な位置に、冷却手段２７が設置されている。さらに詳細には、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２として管径が１２．７［ｍｍ］（１／２［インチ］）程度の管を使用し、この内部を通過するガスの流速を０．５［リットル／分］〜２４０［リットル／分］程度の範囲で可変とした場合、配管Ａの長さは５０［ｃｍ］以下であることが望ましく、３０［ｃｍ］以下であることがより一層好ましい。
【００３６】
正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２のうち、流路切替手段２５，２６よりも下流側の部位は、恒温手段５内に引き込まれ、微温調手段５０に接続されている。微温調手段５０は、例えば従来公知のコイル式の熱交換器や、ヘッダーに対して複数の受熱管を接続したいわゆる多管型の熱交換器、プレートフィン型と称される熱交換器をはじめとする従来公知の熱交換器（図示せず）と、加熱手段（図示せず）とを具備した構成とされている。微温調手段５０は、燃料電池１０に対してガスの流れ方向上流側に隣接する位置に配されており、内部を流れるガスを恒温室６０の雰囲気温度下で熱交換することができ、必要に応じて前記した加熱手段を動作させることにより燃料電池１０に供給するガスの温度を微調整することができるものである。
【００３７】
恒温手段５は、従来公知の恒温装置と同様に恒温室６０を有し、恒温室６０の内部雰囲気を所定の設定温度に調整可能なものである。恒温室６０は、試験対象である燃料電池１０と、微温調手段５０，５０とを収容可能な大きさの空間を有する。
【００３８】
続いて、本実施形態のＦＣ試験装置１の動作について説明する。ＦＣ試験装置１は、制御装置７０を具備しており、制御装置７０によって各部の動作を制御する構成とされている。制御装置７０は、露点計４６やＦＣ試験装置１の各部に設けられた温度センサ等の検知信号に基づき調整手段３や恒温手段５等の動作を制御するものである。
【００３９】
燃料電池１０の試験を開始する場合、制御手段７０は、試験に先立って恒温手段５を起動し、恒温室６０内の内部雰囲気温度、すなわち燃料電池１０の設置雰囲気温度を予め設定された試験温度に調整する。また、制御手段７０は、燃料電池１０の試験条件にあわせて設定される正極側ガスや負極側ガスの設定温度や湿度（露点）、流量等の条件に基づき、調整手段３や微温調手段５０の動作を制御する。
【００４０】
さらに具体的には、ＦＣ試験装置１は、燃料電池１０に対して供給される正極側ガスおよび負極側ガスの供給温度や湿度を調整することができる。ＦＣ試験装置１は、供給源２８，２９から供給されるガスの供給温度よりも高温に加熱された状態でガスを燃料電池１０に供給することも、供給源２８，２９から供給されるガスの供給温度よりも低温に冷却された状態でガスを燃料電池１０に供給することも可能である。すなわち、ＦＣ試験装置１は、供給源２８，２９から供給される供給温度Ｋ以上に加熱したガスを燃料電池１０に供給して行う高温試験モードでの試験に加えて、供給温度Ｋ未満に冷却されたガスを燃料電池１０に供給して行う低温試験モードでの試験も行えるものである。さらに具体的には、本実施形態のＦＣ試験装置１は、−３０℃から１２０℃の範囲内で燃料電池１０の動作試験を行える。
【００４１】
ＦＣ試験装置１が高温試験モードで動作する場合、制御手段７０は、燃料電池１０に対して供給すべき正極側ガスの温度および湿度に基づき、正極側ガス流路１１の低湿度流路１３を介して供給される低湿度の正極側ガス（以下、必要に応じて正極側低湿度ガスと称す）および高湿度流路１５を介して供給される正極側ガス（以下、必要に応じて正極側高湿度ガスと称す）の温度および流量を決定する。また同様に、制御手段７０は、燃料電池１０に対して供給すべき負極側ガスの温度および湿度に基づき、負極側ガス流路１２の低湿度流路１３を介して供給される低湿度の負極側ガス（以下、必要に応じて負極側低湿度ガスと称す）および高湿度流路１５を介して供給される負極側ガス（以下、必要に応じて負極側高湿度ガスと称す）の温度および流量を決定する。そして、制御手段７０は、正極側高湿度ガス、正極側低湿度ガス、負極側高湿度ガス、並びに、負極側低湿度ガスの流量や湿度を調整すべく、正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２に設けられた調整手段３，３の流量調整手段２０，２２や、加熱手段２１のヒーター３５の出力、加湿手段２３のヒーター４１の出力等を調整する。そして、ここで導出された結果に基づき、制御手段７０は、流量調整手段２０，２２を調整すると共に加熱手段２１や加湿手段２３のヒーター３５，４１の出力を調整する。低湿度流路１３および高湿度流路１５において発生した正極側低湿度ガスと正極側高湿度ガスとが合流部４７で合流し、所定の温度および湿度の正極側ガスとなる。
【００４２】
ＦＣ試験装置１が高温試験モードで動作する場合、冷却手段２７は基本的に動作しない。そのため、高温試験モードでは、流路切替手段２５，２６が共に冷却流路１６に対して閉止された状態となり、正極側ガスが冷却手段を通ることなく微温調手段５０に流入する。
【００４３】
ここで、微温調手段５０に流入した正極側ガスや負極側ガスが予め設定されている設定温度と同等、すなわちこれらのガスの温度がそのまま燃料電池１０に供給することができる程度の温度である場合、制御手段７０は、微温調手段５０の加熱手段（図示せず）を起動せずにガスの温度を微調整する。すなわち、微温調手段５０は恒温室６０内に設置されており、微温調手段５０を構成する熱交換器によって燃料電池１０の直前まで至ったガスを恒温室６０の雰囲気温度下において熱交換することができる。そのため、正極側ガスや負極側ガスは、微温調手段５０を通過することにより温度が微調整された状態で燃料電池１０に供給される。
【００４４】
一方、微温調手段５０に流入した正極側ガスや負極側ガスが燃料電池１０に供給すべき温度よりも低い場合、燃料電池１０に供給するまでに正極側ガスや負極側ガスを加熱する必要がある。ここで、ＦＣ試験装置１は、燃料電池１０に対して供給する正極側ガスや負極側ガスの流量を大きな変動幅で調整することができる。さらに具体的には、本実施形態のＦＣ試験装置１は、燃料電池１０に対して供給する正極側ガスや負極側ガスの流量を０．５［リットル／分］〜２００［リットル／分］の範囲内で調整できる。そのため、制御手段７０は、燃料電池１０に供給される正極側ガスや負極側ガスの流量に応じて微温調手段５０を構成する加熱手段への通電量を調整する。
【００４５】
さらに具体的には、例えば正極側ガスや負極側ガスの流量が０．５［リットル／分］に近い微小流量に調整されている場合は、正極側ガスや負極側ガスが微温調手段５０内を停滞状態に近い速度で移動することとなる。そのため、微温調手段５０に導入された正極側ガスや負極側ガスの温度と予め設定された設定温度との差が小さく、微温調手段５０を通過する間に恒温室６０の内部雰囲気との熱交換によって設定温度まで加熱可能な範囲内である場合、制御手段７０は、微温調手段５０の加熱手段を作動させない。
【００４６】
一方、正極側ガスや負極側ガスの流量が少なく、微温調手段５０に導入された正極側ガスや負極側ガスの温度と予め設定された設定温度との差が大きい場合は、制御手段７０は、これらのガスを所定温度に加熱可能な程度に微温調手段５０の加熱手段を作動させる。また、正極側ガスや負極側ガスの流量が２００［リットル／分］に近いような大流量に調整されている場合は、これらのガスは微温調手段５０を高速で通過し、恒温室６０の内部雰囲気との熱交換を十分に行えない。そのため、制御手段７０は、微温調手段５０の加熱手段を作動させ、微温調手段５０を流れる正極側ガスや負極側ガスを加熱する。正極側ガスや負極側ガスは、微温調手段５０において所定の温度に温度調整された後、燃料電池１０に供給される。
【００４７】
一方、ＦＣ試験装置１が低温試験モードで動作する場合、制御手段７０は、冷却手段２７を起動し、所定の設定温度まで冷却された正極側ガスや負極側ガスを燃料電池１０に供給する。さらに具体的に説明すると、ＦＣ試験装置１が低温試験モードで動作する場合は、加湿状態の正極側ガスや負極側ガスを冷却手段２７に供給すると、冷却手段２７等が破損するなどの問題が発生するおそれがある。そこで、ＦＣ試験装置１を低温試験モードで動作させる場合、制御手段７０は、加熱手段２１および加湿手段２３を停止状態とすると共に、高湿度流路１５側の流量調整手段２２を閉止する。そして、燃料電池１０に供給すべき正極側ガスあるいは負極側ガスの流量にあわせて低湿度流路１３側の流量調整手段２０を調整する。これにより、正極側ガス供給源２８あるいは負極側ガス供給源２９から低湿度流路１３，１３を介して所定流量の正極側ガスや負極側ガスが正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２に供給される。
【００４８】
一方、正極側ガス流路１１および負極側ガス流路１２の流路切替手段２５，２６は、冷却流路１６，１６側に向けて開状態となるように調整される。そのため、正極側ガス流路１１や負極側ガス流路１２に流入した正極側ガスおよび負極側ガスは冷却流路１６，１６を流れ、冷却手段２７によって所定温度まで冷却される。冷却手段２７において冷却された正極側ガスおよび負極側ガスは、冷却手段２７に対して隣接した位置に配された恒温手段５の恒温室６０内に設置された微温調手段５０，５０に導入される。微温調手段５０，５０に導入された正極側ガスや負極側ガスは、それぞれ恒温室６０内で熱交換され、所定の温度に微調整された後、燃料電池１０に供給される。
【００４９】
上記したように、燃料電池評価試験装置１は、恒温室６０内に燃料電池１０を設置した状態で燃料電池１０の評価試験を行えるものであるため、燃料電池１０の設置条件を精度良く調整することができる。
【００５０】
上記したように、燃料電池評価試験装置１は、正極側ガスや負極側ガスが燃料電池１０に供給される前に、恒温室６０内に設置された微温調手段５０を通過する構成となっている。そのため、燃料電池１０に対して供給されるガスの量が多く、調整手段３において温度調整されたガスがほぼそのままの温度を維持して微温調手段５０に供給された場合、ガスは微温調手段５０における熱交換により温度が微調整されて燃料電池１０に供給される。一方、燃料電池評価試験装置１では、燃料電池１０に対して供給されるガスの量が少なく移動速度が遅い場合であっても、微温調手段５０において熱交換され、燃料電池１０の試験温度たる恒温室６０内の温度に調整された後に燃料電池１０に供給される。また、燃料電池評価試験装置１では、ガスが微温調手段５０に導入された時点で所定の温度に満たない場合であっても、微温調手段５０の加熱手段を作動させることにより所定温度に調整されたガスを燃料電池１０に供給できる。従って、燃料電池評価試験装置１によれば、燃料電池１０に対するガスの供給量の多少にかかわらず燃料電池１０の評価試験温度に適した温度のガスを供給できる。
【００５１】
また、本実施形態の燃料電池評価試験装置１は、ガス流路２の中途に冷却手段２７を設けた構成であるため、寒冷地等の低温条件下に燃料電池１０を配置した状態における燃料電池１０の動作試験を行うことができる。また、燃料電池評価試験装置１は、冷却手段２７を恒温手段５の直前に配しているため、所定温度に冷却されたガスを確実に燃料電池１０に供給できる。
【００５２】
燃料電池評価試験装置１では、冷却手段２７がガス流路２を流れているガスの露点よりも低温まで冷却可能な状態では冷却手段２７に向けてガスが流れないように流路切替手段２５，２６が作動するインターロック機構が設けられている。そのため、燃料電池評価試験装置１は、ガス中に含まれる水分の凍結に伴う不具合が発生しない。
【００５３】
上記実施形態の燃料電池評価試験装置１は、正極側ガス供給源２８や負極側ガス供給源２９から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１０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別途設けた構成としたり、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。
【００５４】
本実施形態のＦＣ試験装置１は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の試験用に好適に使用可能なものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、試験条件にあわせてガスの加熱や冷却、加湿等が可能なように加熱手段２１や加湿手段２３、冷却手段２７等を調整することにより、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。
【００５５】
上記実施形態では、冷却手段２７において冷却されたガスの昇温による設定温度と燃料電池１０に対するガス供給温度とのズレが発生するのを防止すべく、冷却手段２７を恒温手段５に隣接する位置に設置する構成を例示したが、前記したようなズレが発生しないのであれば、例えば冷却手段２７を加湿手段２３よりも上流側に配した構成とするなどしてもよい。かかる構成とした場合は、上記したインターロック機構を設ける必要がなく、ガス流路２の流路構成をより一層簡略化することができる。
【００５６】
上記したように、微温調手段５０は、内部を流れるガスを恒温室６０の雰囲気温度下で熱交換可能な熱交換器に加えて加熱手段を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱手段を設けない構成としてもよい。かかる構成とした場合は、ＦＣ試験装置１の装置構成をより一層簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態である燃料電池評価試験装置の作動原理図である。
【図２】図１に示す燃料電池評価試験装置において採用されている加湿手段を模式的に示す概念図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  燃料電池評価試験装置（ＦＣ試験装置）
２  ガス流路
５  恒温手段
６  温調手段
７  調湿手段
１０  燃料電池
１１  正極側ガス流路
１２  負極側ガス流路
１３  低湿度流路
１５  高湿度流路
１６  冷却流路
２１  加熱手段
２３  加湿手段
２７  冷却手段
４７  合流部
５０  微温調手段（熱交換手段）
【図１】
2006128001.tif 000003
【図２】
2006128001.tif 000004