(57)【要約】【課題】高精度な酸素濃度分布画像を作成できる酸素濃度計測装置を提供する。【解決手段】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膜電極接合体と、酸素極１０２の外側に固定され、酸素導入空間が形成される酸素極側セパレータ板１０８と、水素極１０３の外側に固定され、水素導入空間が形成される水素極側セパレータ板１１０とを備え、酸素極側セパレータ板１０８及び／又は水素極側セパレータ板１１０に、光透過性材料からなる光透過部が設けられるとともに、酸素極側セパレータ板１０８及び／又は水素極側セパレータ板１１０に、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された燃料電池セルＳ’であって、酸素濃度が変化しない位置１１６に、酸素消光性を有する蛍光塗料を塗布した構成とする。【選択図】図２ａ
2015141852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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セパレータ板とを備え、
前記酸素極側セパレータ板及び／又は前記水素極側セパレータ板に、光透過性材料からなる光透過部が設けられるとともに、前記酸素極側セパレータ板及び／又は前記水素極側セパレータ板に、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された燃料電池セルであって、
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が塗布されていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
前記酸素濃度が変化しない位置は、測定対象領域内又は測定対象領域外に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。
【請求項３】
前記酸素濃度が変化しない位置には、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ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池セルにおける光透過部を介して測定対象領域に、励起光を照射するとともに、酸素濃度が変化しない位置に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面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、酸素濃度が変化しない位置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−３３１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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セパレータ板とを備え、前記酸素極側セパレータ板及び／又は前記水素極側セパレータ板に、光透過性材料からなる光透過部が設けられるとともに、前記酸素極側セパレータ板及び／又は前記水素極側セパレータ板に、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された燃料電池セルであって、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が塗布されているようにしている。
【００２２】
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。
【発明の効果】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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位置は、測定対象領域内又は測定対象領域外に形成されているようにしてもよい。
【００２５】
そして、上記の発明において、前記酸素濃度が変化しない位置には、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ようにしてもよい。
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。
【００２６】
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光透過部を介して測定対象領域に、励起光を照射するとともに、酸素濃度が変化しない位置に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面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、酸素濃度が変化しない位置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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。
【図２ａ】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。
【図２ｂ】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。
【図３】Ｎ行Ｍ列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図。
【図４】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。
【図５ａ】固体高分子形燃料電池の一例を示す平面図。
【図５ｂ】固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図。
【図６】従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。
【図７】Ｎ行Ｍ列の画素からなる画像を示す図。
【図８】レーザ光強度Ｉｔの変動例を示すグラフ。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
＜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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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。
【符号の説明】
【００４４】
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
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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