(57)【要約】【課題】  同時に複数のダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の作動試験を小スペースで安定して安価にかつ簡便に行うことが可能なＤＭＦＣの評価装置を提供する。【解決手段】  メタノールと水との混合物の液入口１４、反応後の混合物の液出口１６、空気入口２２、空気出口２５、発電した電力の出力端子１９を備えたＤＭＦＣ１１を複数個同時に作動試験を行う評価装置１０であって、ＤＭＦＣ１１を複数個並べて配置する恒温槽１２と、所定割合の水とメタノールを各ＤＭＦＣ１１の液入口１４に供給する定量液供給手段１５と、各ＤＭＦＣ１１の液出口１６に接続される排液手段１７と、恒温槽１２に配置された各ＤＭＦＣ１１に加湿空気を供給する加湿空気供給手段１８と、各ＤＭＦＣ１１の空気出口２５に接続される排ガス手段５６ａと、各ＤＭＦＣ１１の出力端子１９に連結される電子負荷２０とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールと水との混合物の液入口、反応後の混合物の液出口、空気入口、空気出口、及び発電した電力の出力端子を周囲に備えたダイレクトメタノール型燃料電池を複数個同時に作動試験を行う装置であって、
同一形状の前記ダイレクトメタノール型燃料電池を複数個並べて配置する恒温槽と、
所定割合の水とメタノールを前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口に供給する定量液供給手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液出口に接続される排液手段と、
前記恒温槽に配置された前記各ダイレクトメタノール型燃料電池に加湿空気を供給する加湿空気供給手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気出口に接続される排ガス手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記出力端子に連結される電子負荷とを有することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項２】
請求項１記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、複数の前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、予め所定個数の前記ダイレクトメタノール型燃料電池を収納可能なカセットに装着されて、該カセット毎前記恒温槽に配置されることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項３】
請求項２記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記カセットに前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口、前記液出口、前記空気出口、及び前記出力端子がそれぞれ接続される液入接続口、液出接続口、空気出接続口、及び出力端子接続口を備え、前記ダイレクトメタノール型燃料電池が装着された前記カセットの前記恒温槽への収納時に、（１）前記各液入接続口が前記恒温槽に設けられ前記定量液供給手段に接続される液供給部にそれぞれ連結し、（２）前記液出接続口が前記恒温槽に設けられ前記排液手段に接続される排液部にそれぞれ連結し、（３）前記空気出接続口が前記恒温槽に設けられ前記排ガス手段に接続される排ガス部にそれぞれ連結し、（４）前記各出力端子接続口が前記電子負荷に接続される接続端子部にそれぞれ連結されることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段は前記恒温槽の内部又は外部に設けられていることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記加湿空気供給手段からの加湿空気は前記恒温槽内に供給され、該加湿空気は前記ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気入口から該ダイレクトメタノール型燃料電池内に進入し該ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気出口から前記排ガス手段を介して前記恒温槽外に排出されることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記恒温槽には加熱及び冷却機能が備えられ、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の発熱量に応じて該恒温槽内の温度を所定の温度値に保定することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段に、各液室が直列に接続されて該各液室内に配置されたピストンが貫通する往復移動ロッドに固定されたブロックシリンダを複数本組み合わせ、更に複数本の前記往復移動ロッドの進退位相をずらして脈流の発生を抑制した定量供給型のピストンポンプが使用されていることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段に、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口にそれぞれ接続する定量ポンプが使用されていることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記排液手段は、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の前記各液出口とそれぞれ連通する２方向切り換え弁をそれぞれ備えていることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度や湿度等の使用環境要因を様々に変化させながら同時に複数のダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の作動試験を行うダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の性能評価や作動試験を行う場合、燃料電池に燃料を供給して発電させることにより電力を出力させて負荷装置を動作させ、動作させた負荷装置側の電圧データ及び電流データ等を収集し、これらのデータに基づいて燃料電池の性能や作動を評価していた（例えば、特許文献１参照）。なお、ダイレクトメタノール型燃料電池では、通常メタノールを純水で薄めて作製した混合物中のメタノール濃度や混合物の供給量等の燃料供給条件、及び燃料電池の使用環境（例えば、温度や湿度）が燃料電池の性能や作動に影響を及ぼすため、燃料供給条件及び使用環境の制御を行いながら燃料電池の性能評価や作動試験を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４６８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、特許文献１に記載された発明では、各燃料電池に燃料の供給系統を設けると共に、各燃料電池を、例えば、恒温恒湿槽等の環境制御装置に収容して使用環境の制御を行うので、燃料電池の量産化に伴い同時に複数の燃料電池を評価する場合では、評価する燃料電池の個数に応じて燃料の供給系統及び環境制御装置を準備することになり、性能評価や作動試験を行うのに多額の設備費用が必要になると共に、広いスペースが要求されることになるという問題が生じる。更に、各燃料電池を環境制御装置内に収容して燃料の供給系統との接続を行うため、操作が非常に煩雑になると共に長時間を要するという問題も生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、温度や湿度等の使用環境要因を様々に変化させながら同時に複数のダイレクトメタノール型燃料電池の作動試験を小スペースで安定して安価にかつ簡便に行うことが可能なダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、メタノールと水との混合物の液入口、反応後の混合物の液出口、空気入口、空気出口、及び発電した電力の出力端子を周囲に備えたダイレクトメタノール型燃料電池を複数個同時に作動試験を行う装置であって、
同一形状の前記ダイレクトメタノール型燃料電池を複数個並べて配置する恒温槽と、
所定割合の水とメタノールを前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口に供給する定量液供給手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液出口に接続される排液手段と、
前記恒温槽に配置された前記各ダイレクトメタノール型燃料電池に加湿空気を供給する加湿空気供給手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気出口に接続される排ガス手段と、
前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記出力端子に連結される電子負荷とを有する。
【０００７】
請求項２記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、複数の前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、予め所定個数の前記ダイレクトメタノール型燃料電池を収納可能なカセットに装着されて、該カセット毎前記恒温槽に配置される。これによって、ダイレクトメタノール型燃料電池の恒温槽内への収納及び恒温槽からの取り出しを効率的に行うことができる。
【０００８】
請求項３記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項２記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記カセットに前記各ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口、前記液出口、前記空気出口、及び前記出力端子がそれぞれ接続される液入接続口、液出接続口、空気出接続口、及び出力端子接続口を備え、前記ダイレクトメタノール型燃料電池が装着された前記カセットの前記恒温槽への収納時に、（１）前記各液入接続口が前記恒温槽に設けられ前記定量液供給手段に接続される液供給部にそれぞれ連結し、（２）前記液出接続口が前記恒温槽に設けられ前記排液手段に接続される排液部にそれぞれ連結し、（３）前記空気出接続口が前記恒温槽に設けられ前記排ガス手段に接続される排ガス部にそれぞれ連結し、（４）前記各出力端子接続口が前記電子負荷に接続される接続端子部にそれぞれ連結される。これによって、カセットに装着させた各ダイレクトメタノール型燃料電池の液入口、液出口、空気出口、及び出力端子を、カセットを介して定量液供給手段、排液手段、排ガス手段、及び電子負荷にそれぞれ接続することができる。
【０００９】
請求項４記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜３に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段は前記恒温槽の内部又は外部に設けられている。これによって、評価装置の設置スペースに応じて評価装置の外形をコンパクトにすることも、恒温槽内のスペースを広く確保してダイレクトメタノール型燃料電池の収納個数を増大させることもできる。
【００１０】
請求項５記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜４に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記加湿空気供給手段からの加湿空気は前記恒温槽内に供給され、該加湿空気は前記ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気入口から該ダイレクトメタノール型燃料電池内に進入し該ダイレクトメタノール型燃料電池の前記空気出口から前記排ガス手段を介して前記恒温槽外に排出される。これによって、恒温槽内全体を均一の湿度に容易に保持することができる。
【００１１】
請求項６記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜５に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記恒温槽には加熱及び冷却機能が備えられ、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の発熱量に応じて該恒温槽内の温度を所定の温度値に保定する。これによって、発電によってダイレクトメタノール型燃料電池から恒温槽内に熱が放出されても、この放出熱を吸収して恒温槽内の雰囲気温度を一定に保つことができる。
【００１２】
請求項７記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜６に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段に、各液室が直列に接続されて該各液室内に配置されたピストンが貫通する往復移動ロッドに固定されたブロックシリンダを複数本組み合わせ、更に複数本の前記往復移動ロッドの進退位相をずらして脈流の発生を抑制した定量供給型のピストンポンプが使用されている。これによって、ダイレクトメタノール型燃料電池毎に、例えば、ポンプと質量流量計等を備えた定量供給装置を設けないで、所定割合のメタノールと水との混合物の定量供給を安定して行うことができる。
【００１３】
請求項８記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜６に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記定量液供給手段に、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の前記液入口にそれぞれ接続する定量ポンプが使用されている。これによって、簡単な構成で混合物の定量供給を安定して行うことができる。
【００１４】
請求項９記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置は、請求項１〜８に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置において、前記排液手段は、前記ダイレクトメタノール型燃料電池の各液出口とそれぞれ連通する２方向切り換え弁を備えている。これによって、各ダイレクトメタノール型燃料電池から排出される反応後の混合物を必要に応じて回収することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置においては、ダイレクトメタノール型燃料電池を複数個並べて恒温槽に配置し、定量液供給手段で各ダイレクトメタノール型燃料電池の液入口に所定割合のメタノールと水との混合物を均等に供給し、加湿空気供給手段で恒温槽に加湿空気を供給するので、温度や湿度等の使用環境要因を様々に変化させながら同時に複数のダイレクトメタノール型燃料電池の作動試験を小スペースで安定して安価にかつ簡便に行うことが可能になる。
【００１６】
特に、複数のダイレクトメタノール型燃料電池が、予め所定個数のダイレクトメタノール型燃料電池を収納可能なカセットに装着されて、カセット毎恒温槽に配置される場合は、ダイレクトメタノール型燃料電池の恒温槽内への収納及び恒温槽からの取り出しを効率的に行うことができ、ダイレクトメタノール型燃料電池の作動試験を効率的に行うことが可能になる。
カセットに各ダイレクトメタノール型燃料電池の液入口、液出口、空気出口、及び出力端子がそれぞれ接続される液入接続口、液出接続口、空気出接続口、及び出力端子接続口を設け、ダイレクトメタノール型燃料電池が装着されたカセットを恒温槽に収納する時に、各液入接続口が恒温槽に設けられ定量液供給手段に接続される液供給部にそれぞれ連結し、各液出接続口が恒温槽に設けられ排液手段に接続される排液部にそれぞれ連結し、各空気出接続口が恒温槽に設けられ排ガス手段に接続される排ガス部にそれぞれ連結し、各出力端子接続口が電子負荷に接続される接続端子部にそれぞれ連結される場合は、カセットに装着させた各ダイレクトメタノール型燃料電池の液入口、液出口、空気出口、及び出力端子を、カセットを介して定量液供給手段、排液手段、排ガス手段、及び電子負荷にそれぞれ接続することができ、複数のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置への着脱を短時間で行うことが可能になる。
【００１７】
定量液供給手段が恒温槽の内部又は外部に設けられる場合は、設置スペースに応じて評価装置の外形をコンパクトにすることも、恒温槽内のスペースを広く確保することもでき、評価装置を種々の要求に応じて構成することが可能になる。
加湿空気供給手段からの加湿空気が恒温槽内に供給され、加湿空気はダイレクトメタノール型燃料電池の空気入口からダイレクトメタノール型燃料電池内に進入しダイレクトメタノール型燃料電池の空気出口から排ガス手段を介して恒温槽外に排出される場合は、恒温槽内全体を均一の湿度に容易に保持することができ、複数のダイレクトメタノール型燃料電池の周囲の湿度制御を安価に行うことが可能になる。
恒温槽には加熱及び冷却機能が備えられ、ダイレクトメタノール型燃料電池の発熱量に応じて恒温槽内の温度を所定の温度値に保定する場合は、発電によってダイレクトメタノール型燃料電池から恒温槽内に熱が放出されても、この放出熱を吸収して恒温槽内の雰囲気温度を一定に保つことができ、試験条件を一定に保ってダイレクトメタノール型燃料電池の作動試験を行うことが可能になる。
【００１８】
定量液供給手段に、各液室が直列に接続されて各液室内に配置されたピストンが貫通する往復移動ロッドに固定されたブロックシリンダを複数本組み合わせ、更に複数本の往復移動ロッドの進退位相をずらして脈流の発生を抑制した定量供給型のピストンポンプが使用されている場合は、ダイレクトメタノール型燃料電池毎に定量供給装置を設けないで均等に混合物の定量供給を安定して行うことができるので、評価装置を安価に製造することができる。
定量液供給手段に、各ダイレクトメタノール型燃料電池の液入口に接続される定量ポンプが使用されている場合は、簡単な構成で混合物の定量供給を安定して行うことができ、各評価装置の操作が容易となる。
【００１９】
排液手段がダイレクトメタノール型燃料電池の各液出口に接続される２方向切り換え弁を備えている場合は、各ダイレクトメタノール型燃料電池から排出される反応後の混合物を必要に応じて回収することができ、反応後の混合物の分析を行うことでダイレクトメタノール型燃料電池毎にメタノールの反応状況を把握することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のブロック図、図２は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の外観を示す斜視図、図３は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の恒温槽にダイレクトメタノール型燃料電池を並べて配置した状態を示す斜視図、図４（Ａ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のカセットにダイレクトメタノール型燃料電池を装着している状況を示す一部切り欠き斜視図、（Ｂ）はカセットの開口部に取付ける蓋部材の斜視図、図５（Ａ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置によって作動試験を行うダイレクトメタノール型燃料電池の斜視図、（Ｂ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のカセットに装着されたダイレクトメタノール型燃料電池の状態を示す斜視図、図６は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の混合物調製手段のブロック図、図７は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の加湿空気供給手段のブロック図、図８（Ａ）同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の定量液供給手段に使用する２組のブロックシリンダで構成したピストンポンプの説明図、（Ｂ）同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の定量液供給手段のブロック図、図９（Ａ）は対となる液室に設けられた各ピストンの移動速度の時間変化を示す説明図、（Ｂ）は各液室から供給される混合物量の時間変化を示す説明図、（Ｃ）は液供給部に輸送される混合物の時間変化を示す説明図、図１０は本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の排液手段のブロック図である。
【００２１】
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置１０は、同一形状のダイレクトメタノール型燃料電池１１を複数個並べて配置する恒温槽１２と、調製された所定割合の水とメタノールを各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液入口１４に均等に供給する定量液供給手段１５と、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液出口１６に接続される排液手段１７と、恒温槽１２に配置された各ダイレクトメタノール型燃料電池１１に加湿空気を供給する加湿空気供給手段１８と、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の空気出口２５に接続される排ガス手段５６ａと、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の出力端子１９に連結される電子負荷２０とを有している。以下これらについて、詳細に説明する。
【００２２】
図５（Ａ）に示すように、ダイレクトメタノール型燃料電池１１はメタノールを燃料として発電を行う図示しない発電部と、発電部を密閉するハウジング２１（長さＸ，幅Ｙ、厚みＺ）とを有している。そして、ハウジング２１の長手方向両端の一方には、メタノールと水との混合物が流入する液入口１４、空気入口２２、及び発電した電力を出力する陽極端子部２３並びに陰極端子部２４を備えた出力端子１９が並べて設けられ、他方には、反応後の混合物が排出される液出口１６及び空気出口２５が設けられている。
【００２３】
図２に示すように、恒温槽１２は、前面に断熱性部材で構成された取り外し可能な扉２６を、側面、背面、上面、及び下面にそれぞれ断熱性の壁部材２７を備えており、扉２６を閉じた際に内部に密閉された空間部２８が形成されるようになっている。そして、空間部２８内には図示しない発熱部と吸熱部が設けられ、発熱部と吸熱部はそれぞれ恒温槽１２の背面に取付けられた温度調節装置２９の加熱源（加熱機能）及び冷却源（冷却機能）に接続されている。また、一方の側面（図２では左側面）には温度センサ３０で測定された空間部２８の温度に基づいて温度調節装置２９の運転状況を調整する温度制御装置３１が取付けられている。
これによって、空間部２８内の温度をダイレクトメタノール型燃料電池１１の発熱量に応じて、例えば、０〜１００℃の範囲に調整することができる。また、図３に示すように、恒温槽１２の空間部２８内には、前方に引き出し可能なスライド台３２が設けられている。
【００２４】
図３及び図４に示すように、ダイレクトメタノール型燃料電池１１は、予めＮ個（例えば、８個）のダイレクトメタノール型燃料電池１１を収納可能なカセット３３に装着されて、カセット３３毎恒温槽１２のスライド台３２の中央部に設けられたガイド部材３４に沿って同時にＭ個（図３では８個）配置されるようになっている。そして、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、カセット３３は、ダイレクトメタノール型燃料電池１１を厚み方向にＮ個重ねた状態で収容できる空間部３５と、空間部３５に連通する開口部３６を一側に備えた、例えば、直方体形状の容器本体３７と、開口部３６に取付けられる蓋部材３８を有している。
【００２５】
ここで、容器本体３７の開口部３６と対向する背面板３９には、積み重ねて収容した状態のダイレクトメタノール型燃料電池１１の液出口１６及び空気出口２５とそれぞれ接続する液出接続口４０及び空気出接続口４１が設けられ、容器本体３７の天板４２には、カセット３３をスライド台３２に配置する際に使用する把手４３が取付けられている。更に、蓋部材３８には、ダイレクトメタノール型燃料電池１１を収容した容器本体３７の開口部３６に蓋部材３８を取付けた際に、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液入口１４、空気入口２２、及び出力端子１９とそれぞれ接続する液入接続口４４、空気入接続口４５、及び出力端子接続口４６が設けられている。
なお、出力端子接続口４６は、ダイレクトメタノール型燃料電池１１の陽極端子部２３及び陰極端子部２４とそれぞれ接続する陽極端子接続部４７及び陰極端子接続部４８から構成されている。
【００２６】
図１、図３、図５（Ｂ）に示すように、恒温槽１２内に混合物を分配する液供給部４９をスライド台３２に載置したカセット３３の一側に設け、液供給部４９に設けられた各液供給管５０をそれぞれ液入接続口４４に接続することで、カセット３３に装着した各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液入口１４に混合物を供給することができる。また、恒温槽１２の背面の壁部材２７に加湿空気を流入させる空気供給部５１を設けることにより、恒温槽１２の空間部２８に放出された加湿空気を蓋部材３８の各空気入接続口４５よりダイレクトメタノール型燃料電池１１の空気入口２２にそれぞれ供給することができる。更に、スライド台３２に設けた液供給部４９の外側に各電子負荷２０に接続する接続端子部５２を設け、各出力端子接続口４６の陽極端子接続部４７及び陰極端子接続部４８に接続端子部５２に設けられた陽極リード部５３及び陰極リード部５４を備えた接続リード線５４ａをそれぞれ接続することで、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１で発電した電力を電子負荷２０に供給することができる。
【００２７】
スライド台３２に載置したカセット３３の他側に、ダイレクトメタノール型燃料電池１１から排出される反応後の混合物を受け入れる排液部５５を設け、排液部５５に備えられた各液取り出し管５７をカセット３３の背面板３９に設けられた各液出接続口４０に接続することで、ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液出口１６から排出される反応後の混合物恒温槽１２内の雰囲気（加湿空気）から遮断して取り出すことができる。
また、スライド台３２に載置した排液部５５の外側にダイレクトメタノール型燃料電池１１から排出される空気を受けいれる排ガス部５６を設け、排ガス部５６に備えられた各排ガス取り出し管５８をカセット３３の背面板３９に設けられた各空気出接続口４１に接続することで、ダイレクトメタノール型燃料電池１１の各空気出口２５から排出される空気を恒温槽１２内の雰囲気（加湿空気）から遮断して排ガス部５６に取り出すことができる。そして、排ガス部５６に取り出された空気は排ガス手段５６ａを介して恒温槽１２外に取り出され、大気中に自然放出される。ここで、排ガス手段５６ａは、排ガス部５６から空気を取り出す空気放出管５８ａと、空気放出管５８ａに設けられ発生したドレイン等を回収するドレインパン５８ｂを備えている。
【００２８】
図１、図２、図６に示すように、所定割合の水とメタノールとを混合する混合物調製手段１３は、メタノールを貯留するメタノール貯留槽５９からメタノール供給ポンプ６０で取り出したメタノールを輸送するメタノール導入管６１と、水（例えば、純水）を貯留する水槽６２から水供給ポンプ６３で取り出した水を輸送する水導入管６４と、メタノール導入管６１及び水導入管６４を介して供給されたメタノール及び水を撹拌して混合物として貯留する撹拌槽６５と、撹拌槽６５に接続し、撹拌槽６５内の混合物を定量供給手段１５に輸送する混合物導入管６６とを有している。
なお、撹拌槽６５には、駆動源６７（例えば、電動機）に接続した図示しない撹拌部材（例えば、撹拌羽根）と、撹拌槽６５内に設けられた温度センサ６８及びメタノール濃度センサ６９の検出値からメタノール濃度を演算しメタノールと水が所定の割合となるようにメタノール供給ポンプ６０及び水供給ポンプ６３の運転を制御するメタノール濃度制御器７０が設けられている。このような構成とすることで、撹拌槽６５内に所定割合のメタノールと水との混合物を貯留すると共に、混合物導入管６６を介して定量液供給手段１５に混合物を流入させることができる。
【００２９】
図１〜図３、図７に示すように、加湿空気供給手段１８は、例えば、エアコンプレッサーと空気乾燥機を備えた乾燥空気源７１と、乾燥空気源７１から接続管７１ａを介して単位時間に一定量の乾燥空気を取り出す、例えば、流量計及び圧力調節器を備えた乾燥空気供給部７２と、乾燥空気供給部７２から供給される乾燥空気を必要に応じて加熱する空気加熱部８３ａ（例えば、ヒータ）と、空気加熱部８３ａに開閉弁７３を介して一側が接続され、他側が恒温槽１２内の空気供給部５１に接続される空気導入管７４を有している。なお、空気導入管７４の外周部には断熱材が取付けられている。
また、加湿空気供給手段１８は、例えば、エアコンプレッサーと空気乾燥機を備えた乾燥空気源７５と、乾燥空気源７５から接続管７５ａを介して単位時間に一定量の空気を取り出す、例えば、流量計及び圧力調節器を備えた空気供給部７６と、空気供給部７６に開閉弁７７を備えた接続管７８を介して接続され、流入する空気に水蒸気を混入させて排出する水蒸気混入器７９と、水蒸気混入器７９と空気導入管７４を接続する開閉弁８０を備えた連通管８１を有している。なお、連通管８１の外周部には、断熱材が取付けられている。
【００３０】
ここで、水蒸気混入器７９は、水を貯留し下部で接続管７８と連通している水タンク８２と、水タンク８２に浸漬されたヒータ８３と、水タンク８２内に水温を温度センサ８４で測定し測定値に基づいてヒータ８３の運転を制御する温度制御器８５とを有している。水温を調節した水タンク８２内に接続管７８を介して導入した空気を放出することにより、水タンク８２の水温に依存した量の水蒸気を空気に混入させることができる。このため、乾燥空気源７１から供給される乾燥空気の温度と、水タンクの水温を実質的に一致させることにより、乾燥空気源７１から供給される乾燥空気量と、乾燥空気源７５から供給される空気量をそれぞれ調節することにより、空気供給部７６に供給する空気に含まれる水蒸気量を任意に制御することができる。
【００３１】
図８（Ａ）に示すように、定量液供給手段１５には、各液室８６が直列に接続されて各液室８６内に配置されたピストン８７が貫通する往復移動ロッド８８に固定されたブロックシリンダＰ、Ｑを２本組み合わせて構成された定量供給型のピストンポンプが使用されている。また、図８（Ｂ）に示すように、各液室８６の出口８９が連結管９０を介して合流し液供給部４９の各接続部９１に接続している。また、液室８６はピストン８７を挟んで分割液室９２、９３に分割され、各分割液室９２、９３には入側開閉弁９４、９５を介して混合物導入管６６が接続されると共に、出側開閉弁９６、９７を介して混合物を出口８９に輸送する輸送管９８、９９が接続されている。
このような構成とすることにより、ピストン８７が移動して容積が減少する分割液室９３（９２）に設けられた入側開閉弁９５（９４）を閉じ、出側開閉弁９７（９６）を開けることにより、分割液室９３（９２）内の混合物を出口８９側に押し出すことができ、そのとき、容積が増大する分割液室９２（９３）に設けられた入側開閉弁９４（９５）を開け、出側開閉弁９６（９７）を閉じることにより、分割液室９２（９３）内に混合物を流入させることができる。なお、入側開閉弁９４、９５及び出側開閉弁９６、９７は、例えば、４ポート２ポジション又は４ポート３ポジションの電磁弁を用いて構成してもよい。
【００３２】
また、２本のブロックシリンダＰ、Ｑの往復移動ロッド８８の進退位相を、図９（Ａ）に示すように、ブロックシリンダＰのピストン速度が一定値となる期間をブロックシリンダＱのピストン８７の移動方向が切り替わる際の待ち時間と実質的に一致させ、ブロックシリンダＰのピストン８７の速度が増加（減少）を開始した際にブロックシリンダＱのピストン８７の速度が減少（増加）を開始するようにする。
これによって、各ブロックシリンダＰ、Ｑの各液室８６の出口８９にそれぞれ供給される混合物の吐出量の時間変化は図９（Ｂ）に示すようになる。このため、連結管９０で液供給部４９の接続部９１に輸送される混合物の時間変化は図９（Ｃ）に示すように時間に対して実質的に一定となる。このため、常に一定量の混合物を液供給部４９に供給することができ、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液入口１４に常に一定量の混合物を流入させることができる。
【００３３】
図１、図２、図１０に示すように、排液手段１７は、排液部５５に設けられた各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液出口１６から排出される反応後の混合物を恒温槽１２の外部に導出する液導出管１００がそれぞれ接続される排液集合部１０１と、排液集合部１０１の各排液出口に連結管１０２を介して接続する２方向切り換え弁１０３と、各２方向切り換え弁１０３の一方の出口に接続された排液管１０４を介して連通する排液タンク１０５と、各２方向切り換え弁１０３の他方の出口に接続された液取り出し管１０６とを有している。また、排液タンク１０５には、反応後の混合物中の二酸化炭素ガスを放出するガス放出口１０７と、反応後の混合物中のメタノール及び水を排出するドレインパン１０８が設けられている。なお、２方向切り換え弁１０３は、入口１箇所、出口２箇所を持つので、通常三方弁と呼ばれている。
これによって、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１から排出される反応後の混合物を排液タンク１０５に一括して回収し、外部に排出することができる。また、必要に応じて、２方向切り換え弁１０３を操作することで反応後の混合物を採取することができる。
【００３４】
電子負荷２０は、例えば、パワートランジスタを用いて内部抵抗を任意に調節できる機能を有している。このため、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の出力端子１９を電子負荷２０に接続して内部抵抗を調節しながら電子負荷２０を動作させることで、ダイレクトメタノール型燃料電池１１を多様な負荷装置に接続した際に得られる負荷装置側の電圧及び電流のデータを収集することができ、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の作動状況を容易に把握することができる。
【００３５】
次に、本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置１０の使用方法について説明する。
先ず、カセット３３の開口部３６からダイレクトメタノール型燃料電池１１を空間部３５内に順次厚み方向にＮ個積み重ねながら装入し、装入が終了すると開口部３６に蓋部材３８を取付ける。そして、ダイレクトメタノール型燃料電池１１を装着したカセット３３をＭ個準備する。次いで、恒温槽１２の扉２６を取り外し、スライド台３２を引き出し、スライド台３２のガイド部材３４に沿って一番奥から順にカセット３３をセットする。
このとき、カセット３３の背面板３９に設けられた液出接続口４０及び空気出接続口４１に、排液部５５に備えられた液取り出し管５７及び排ガス部５６に備えられた排ガス取り出し管５８をそれぞれ接続する。また、蓋部材３８に設けられた液入接続口４４及び出力端子接続口４６に、それぞれ液供給部４９の液供給管５０、及び接続端子部５２の接続リード栓５４ａを接続する。Ｍ個のカセット３３のセットが終了すると、スライド台３２を空間部２８内に戻し恒温槽１２に扉２６を取付ける。
【００３６】
次いで、恒温槽１２内の温度を予め設定した温度になるように温度制御装置３１を用いて制御する。また、加湿空気供給手段１８の水蒸気混入器７９の水タンク８２内の水温を温度制御器８５を用いて、発生する加湿空気が恒温槽１２の設定温度と同一の温度になるよう調製する。更に、メタノールと水が所定割合になるように、メタノール貯留槽５９と水槽６２からそれぞれメタノールと水を各撹拌槽６５内に注入し、撹拌して混合物を調製する。
恒温槽１２内の温度が設定温度に到達すると、乾燥空気源７１から恒温槽１２の設定温度と実質的に同一の温度の乾燥空気を空気導入管７４内に供給すると共に、乾燥空気源７５から空気を水タンク８２内に放出して水蒸気を含んだ加湿空気を連通管８１を介して空気導入管７４内に供給する。
これによって、恒温槽１２内に、恒温槽１２内の温度と同一の温度を有する加湿空気が供給される。恒温槽１２内に供給された加湿空気は、カセット３３に設けられた空気入接続口４５よりダイレクトメタノール型燃料電池１１の空気入口２２に流入する。なお、加湿空気中の水蒸気割合は、乾燥空気源７１から供給する乾燥空気量と、乾燥空気源７５から供給する空気量の混合割合により調製できる。
【００３７】
また、定量液供給手段１５に設けられた２本のブロックシリンダＰ、Ｑの各ピストン８７を進退位相をずらして往復移動させて撹拌槽６５内の混合物を混合物導入管６６を介して各液室８６にそれぞれ注入させると共に、各出口８９から吐出させる。これによって、連結管９０を介して液供給部４９の接続部９１には、脈流の発生を抑制して混合物が送り出される。そして、液供給部４９の液供給管５０を介してカセット３３に設けられた液入接続口４４に常に一定量の混合物を供給でき、ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液入口１４から混合物がダイレクトメタノール型燃料電池１１内部に流入する。
これによって、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１内部で発電が行われ、発生した電力が出力端子１９からカセット３３の出力端子接続口４６、接続リード線５４ａを介して接続端子部５２に取り出され、接続端子部５２から各電子負荷２０に供給されて、電子負荷２０を動作させる。そして、このときの各電子負荷２０における電圧及び電流のデータを求めることにより、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の作動状況が把握できる。
【００３８】
また、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の液出口１６から排出される反応後の混合物は液取り出し管５７を介して排液部５５に取り出され、液導出管１００及び２方向切り換え弁１０３を介して排液手段１７の排液タンク１０５に送られる。なお、２方向切り換え弁１０３を操作して、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１から排出される反応後の混合物を液取り出し管１０６から回収することができる。これにより、各ダイレクトメタノール型燃料電池１１内での反応状況を把握することができる。
各ダイレクトメタノール型燃料電池１１の空気出口２５から排出される空気は、空気出接続管４１に接続した排ガス取り出し管５８を介して排ガス部５６に取り出され、空気放出管５８ａにより恒温槽１２の外部に導かれ放出される。また、恒温槽１２内で結露した水は図示しないドレイン受けで回収されドレイン管１０９により恒温槽１２の外部に排出される。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、定量液供給手段を恒温槽内に設けたが、恒温槽外に設けてもよい。また、定量液供給手段を２本のブロックシリンダを用いて構成したが、３本以上のブロックシリンダを用いて構成してもよい。更に、ブロックシリンダの代りに、液供給部の各接続部にそれぞれ定量ポンプを連結することにより定量液供給手段を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のブロック図である。
【図２】同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の外観を示す斜視図である。
【図３】同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の恒温槽にダイレクトメタノール型燃料電池を並べて配置した状態を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のカセットにダイレクトメタノール型燃料電池を装着している状況を示す一部切り欠き斜視図、（Ｂ）はカセットの開口部に取付ける蓋部材の斜視図である。
【図５】（Ａ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置によって作動試験を行うダイレクトメタノール型燃料電池の斜視図、（Ｂ）は同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置のカセットに装着されたダイレクトメタノール型燃料電池の状態を示す斜視図である。
【図６】同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の混合物調製手段のブロック図である。
【図７】同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の加湿空気供給手段のブロック図である。
【図８】（Ａ）同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の定量液供給手段に使用する２組のブロックシリンダで構成したピストンポンプの説明図、（Ｂ）同ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の定量液供給手段のブロック図である。
【図９】（Ａ）は対となる液室に設けられた各ピストンの移動速度の時間変化を示す説明図、（Ｂ）は各液室から供給される混合物量の時間変化を示す説明図、（Ｃ）は液供給部に輸送される混合物の時間変化を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置の排液手段のブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：ダイレクトメタノール型燃料電池の評価装置、１１：ダイレクトメタノール型燃料電池、１２：恒温槽、１３：混合物調製手段、１４：液入口、１５：定量液供給手段、１６：液出口、１７：排液手段、１８：加湿空気供給手段、１９：出力端子、２０：電子負荷、２１：ハウジング、２２：空気入口、２３：陽極端子部、２４：陰極端子部、２５：空気出口、２６：扉、２７：壁部材、２８：空間部、２９：温度調節装置、３０：温度センサ、３１：温度制御装置、３２：スライド台、３３：カセット、３４：ガイド部材、３５：空間部、３６：開口部、３７：容器本体、３８：蓋部材、３９：背面板、４０：液出接続口、４１：空気出接続口、４２：天板、４３：把手、４４：液入接続口、４５：空気入接続口、４６：出力端子接続口、４７：陽極端子接続部、４８：陰極端子接続部、４９：液供給部、５０：液供給管、５１：空気供給部、５２：接続端子部、５３：陽極リード部、５４：陰極リード部、５４ａ：接続リード線、５５：排液部、５６：排ガス部、５６ａ：排ガス手段、５７：液取り出し管、５８：排ガス取り出し管、５８ａ：空気放出管、５８ｂ：ドレインパン、５９：メタノール貯留層、６０：メタノール供給ポンプ、６１：メタノール導入管、６２：水槽、６３：水供給ポンプ、６４：水導入管、６５：撹拌槽、６６：混合物導入管、６７：駆動源、６８：温度センサ、６９：メタノール濃度センサ、７０：メタノール濃度制御器、７１：乾燥空気源、７１ａ：接続管、７２：乾燥空気供給部、７３：開閉弁、７４：空気導入管、７５：乾燥空気源、７５ａ：接続管、７６：空気供給部、７７：開閉弁、７８：接続管、７９：水蒸気混入器、８０：開閉弁、８１：連通管、８２：水タンク、８３：ヒータ、８３ａ：空気加熱部、８４：温度センサ、８５：温度制御器、８６：液室、８７：ピストン、８８：往復移動ロッド、８９：出口、９０：連結部、９１：接続管、９２、９３：分割液室、９４、９５：入側開閉弁、９６、９７：出側開閉弁、９８、９９：輸送管、１００：液導出管、１０１：排液集合部、１０２：連結管、１０３：２方向切り換え弁、１０４：排液管、１０５：排液タンク、１０６：液取り出し管、１０７：ガス放出口、１０８：ドレインパン、１０９：ドレイン管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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