(57)【要約】【課題】燃料電池の劣化の判定を高精度に行う。【解決手段】炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池１０の電解質膜１１に似せた模擬ユニットとしての確認用ボックス６０が酸化ガス排出用通路５４の入口付近に設けられる。確認用ボックス６０には、燃料電池１０に備えられる炭化水素系の電解質膜と同種の確認用電解質膜と、確認用電解質膜の色を目視可能な確認用窓とが設けられている。作業者は、確認用窓６９を覗いて、確認用電解質膜６１の色を観察することにより、その色から電解質膜１１の劣化の程度を判定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられるともに、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、前記確認用電解質膜の色を目視可能な確認用窓とを備える確認用ボックス
を備える燃料電池劣化判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記確認用ボックスは、前記確認用電解質膜の周囲を挟持するフレームを備える
電池劣化判定装置。
【請求項３】
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられ、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、
前記確認用電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備える燃料電池劣化判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える燃料電池劣化判定装置。
【請求項５】
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備える燃料電池劣化判定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記燃料電池は、前記カソード極において前記酸化ガスの下流側付近で前記カソード極の非被覆箇所を有し、
前記測色手段は、
前記カソード極の非被覆箇所に設けられた構成である
燃料電池劣化判定装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の燃料電池劣化判定装置であって、
前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える燃料電池劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の電解質膜を備える燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、使用時間の経過等により電解質膜が劣化する。電解質膜の劣化による出力低下や効率低下が許容できなくなると、燃料電池の寿命として、燃料電池本体の交換を行うことになる。そこで、燃料電池の寿命を知るべく、燃料電池の電解質膜の劣化の程度を判定する装置が提案されている。例えば、特許文献１に示すように、燃料電池のインピーダンスを計測して、予め用意したインピーダンスの変化を示すデータベースに上記計測したインピーダンスを突き合わせることで、燃料電池の劣化を判定する装置がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４４３７公報
【０００４】
しかしながら、前記従来の技術では、燃料電池の劣化の程度を高精度に判定することが困難であるという問題があった。実用化された燃料電池では、電解質膜は大面積となるが、生成水の分布は電解質膜の位置によって大きく変化する。一方、インピーダンスの値は生成水によって大きく変化することから、上記インピーダンスを計測する劣化判定装置では、その計測位置で様々なインピーダンスの値をとることになり、それらの値から劣化の程度を高精度に判定することは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、燃料電池の劣化の判定を高精度に行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の入口付近に設けられるともに、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、前記確認用電解質膜の色を目視可能な確認用窓とを備える確認用ボックス
を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成の第１の燃料電池劣化判定装置では、確認用ボックスは、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池の電解質膜に似せた模擬ユニットとして働く。すなわち、確認用ボックスはカソードオフガス通路の入口付近に設けられた構成であることから、確認用ボックスに備えられる確認用電解質膜の劣化環境は燃料電池に備えられる電解質膜と次の（ｉ）、（ii）の点でよく似通ったものとなる。
【０００８】
（ｉ）確認用ボックスの設置場所は、燃料電池と近い位置であることから、確認用電解質膜は燃料電池の電解質膜と温度的にほぼ同一に保たれる。
（ii）電極で発生するラジカルは、カソード側で多く、しかも、生成水にのって移動することから燃料電池内のカソード流路の下流側でより多くなる。このために、確認用ボックスの設置場所であるカソードオフガス通路の入口付近は、燃料電池においてラジカルが最も多くなった位置とラジカルの発生量においてほぼ同一に保たれる。
【０００９】
したがって、上記第１の燃料電池劣化判定装置では、確認用電解質膜は、時間の経過とともに、燃料電池に備えられる電解質膜と同程度に劣化する。翻ってみて、炭化水素系の電解質膜は劣化すると濃色に変化する。本発明の第１の燃料電池劣化判定装置では、作業者は、確認用電解質膜の色を確認用窓から目視によって確認することで、燃料電池に備えられる電解質膜の色を模擬的に知ることができる。したがって、作業者は、その知ることのできた色から、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を高精度に判定することができる。
【００１０】
上記第１の燃料電池劣化判定装置において、前記確認用ボックスは、前記確認用電解質膜の周囲を挟持するフレームを備える構成としてもよい。燃料電池は、電解質膜の周囲をガスシール部材で挟持する構成をしているのが一般的であり、上記構成によれば、確認用電解質膜を保持する手法的にも前記燃料電池と似通ったものとすることができる。電解質膜は周囲を挟持された状態で乾湿の繰り返しを受けると、膨潤したり収縮したりして劣化が起きることが考えられ、メカニカルストレスの面でも確認用ボックスは燃料電池と同一の劣化環境下に保つことができる。このために、確認用電解質膜は、燃料電池の電解質膜の色を模擬的によりよく表すものとなり、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の状態を、より高精度に判定することができる。
【００１１】
本発明の第２の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記カソード極から排出されるカソードオフガスを流通するカソードオフガス通路の上流側に設けられ、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の確認用電解質膜と、
前記確認用電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記構成の第２の燃料電池劣化判定装置では、上記第１の燃料電池劣化判定装置と同様の理由で、確認用電解質膜は、燃料電池の電解質膜の色を模擬的によく表すものとなっている。測色手段は、確認用電解質膜の色を測定し、判定手段は、その測定された色に基づいて、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する。したがって、上記第２の燃料電池劣化判定装置では、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を人間の目視によるものではなく自動的に、しかも高精度に判定することができる。
【００１３】
本発明の第３の燃料電池劣化判定装置は、
炭化水素系の電解質膜を備え、水素を含む燃料ガスがアノード極に、酸素を含む酸化ガスがカソード極に供給されて発電を行う燃料電池の劣化を判定する燃料電池劣化判定装置において、
前記電解質膜の色を測定する測色手段と、
前記測定された色に基づいて、前記燃料電池に備えられる電解質膜の劣化の程度を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の第３の燃料電池劣化判定装置では、測色手段により、確認用電解質膜の色を測定し、判定手段により、その測定された色に基づいて電解質膜の劣化の程度を判定する。燃料電池の電解質膜の色は、電解質膜の劣化の程度により変化することから、電解質膜の色に基づいて、燃料電池に備えられる電解質膜の劣化を高精度に判定することができる。
【００１５】
前記燃料電池は、前記カソード極において前記酸化ガスの下流側付近で前記カソード極の非被覆箇所を有し、前記測色手段は、前記カソード極の非被覆箇所に設けられた構成としてもよい。酸化ガスの下流側付近は、上述したように、生成水で移動したラジカルが最も多くなる位置であり、上記構成によれば、この位置の電解質膜の色を測定することで、電解質膜において最も劣化の激しい部位についての劣化の状態を高精度に判定することができる。
【００１６】
上記第２または第３の燃料電池劣化判定装置において、前記判定手段により劣化の程度が大きいと判定されたときに、警報を発する警報手段をさらに備える構成としてもよい。この構成によれば、電解質膜の程度が大きくなったことを、作業者に報せることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
Ａ−２．確認用ボックスの構成：
Ａ−３．劣化判定作業
Ａ−４．作用、効果：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．他の実施形態：
【００１８】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
図１は、本発明の第１実施例を適用した燃料電池システム１の全体構成図である。図示するように、この燃料電池システム１は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池１０と、燃料ガスを貯える燃料ガス源２０と、システム内で燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路系３０と、酸化ガスとしての空気の供給を可能としたブロワ４０と、システム内で酸化ガスを流通させるための酸化ガス通路系５０とを備えている。
【００１９】
燃料電池１０は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて、アノード極とカソード極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。即ち、アノード極に燃料ガスが、カソード極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、アノード極側では式（１）の反応が、カソード極側では式（２）の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式（３）の反応が行なわれる。
【００２０】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-                             …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ            …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ                     …（３）
【００２１】
詳細には、燃料電池１０は、複数の単セルＣＬが積層された燃料電池スタックによって構成されている。図２は、単セルＣＬの縦断面を示す説明図である。図示するように、１つの単セルＣＬは、電解質膜１１の両面にアノード極１２とカソード極１３が配置された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという)１４と、このＭＥＡ１４の周囲に配設されたシール部材１５と、ＭＥＡ１４を両面から挟み込んだ状態でシール部材１５と密着する一対のセパレータ１６，１７と、で構成されている。セパレータ１６，１７の両面（図示においては、１セル分を示すために片面）には、凹凸が形成されており、挟み込んだアノード極１２とカソード極１３との間で、単セル内ガス流路１８，１９を形成している。このうち、アノード極１２との間で形成される単セル内ガス流路１８には、前述したごとく供給された燃料ガスが、カソード極１３との間で形成される単セル内ガス流路１９には、酸化ガスが、それぞれ流れている。
【００２２】
燃料電池１０は固体高分子型の燃料電池であり、電解質膜１１は高分子材料として炭化水素系の電解質膜を用いたものである。アノード極１２およびカソード極１３は、触媒層とガス拡散層とによって構成されている。ＭＥＡ１４の電解質膜１１のうち外周部分は、アノード極１２やカソード極１３（触媒層とガス拡散層）が設けられておらず、突出した構成となっており、この突出した部分の全周にわたってシール部材１５が設けられている。シール部材１５は、フッ素系ゴムから成形したものであり、ＭＥＡ１４とセパレータ１６の間およびＭＥＡ１４とセパレータ１７の間に介在することにより、電解質膜１１とセパレータ１６によって囲まれる燃料ガスが存在する空間をシールし、ＭＥＡ１４とセパレータ１７の間に介在することにより、電解質膜１１とセパレータ１７によって囲まれる酸化ガスが存在する空間をシールする。
【００２３】
図１に戻って、燃料ガス通路系３０は、燃料ガス源２０の放出口から燃料電池１０の供給口に至る燃料ガス供給用通路３２と、燃料電池１０の排出口から外部に至る燃料ガス排出用通路３４とを備える。前記燃料電池１０の供給口および排出口は、アノード極１２との間で形成される単セル内ガス流路１８（図２）に接続されている。
【００２４】
酸化ガス通路系５０は、ブロワ４０の放出口から燃料電池１０の供給口に至る酸化ガス供給用通路５２と、燃料電池１０の排出口から外部に至る酸化ガス排出用通路５４とを備える。前記燃料電池１０の供給口および排出口は、カソード極１３との間で形成される単セル内ガス流路１９（図２）に接続されている。この酸化ガス排出用通路５４は、本発明でいう「カソードオフガス通路」に相当する。酸化ガス排出用通路５４の入口付近、すなわち燃料電池１０の排出口付近に、本発明の第１の燃料電池劣化判定装置を構成する確認用ボックス６０が設けられている。なお、図示はしないが、さらに、燃料ガス通路系３０および酸化ガス通路系５０には、例えばポンプ等の種々の補機が必要に応じて備えられている。
【００２５】
Ａ−２．確認用ボックスの構成：
図３は確認用ボックス６０の分解された状態を示す分解斜視図であり、図４は確認用ボックス６０の縦断面を示す断面図である。両図に示すように、確認用ボックス６０は、電解質膜（以下、確認用電解質膜と呼ぶ）６１と、一対のシールフレーム６２，６３と、一対の上蓋６４、下蓋６５とを備える。確認用電解質膜６１は、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１と同種の高分子材料により形成された膜体である。シールフレーム６２，６３は、矩形の枠体であり、確認用電解質膜６１の外周部分を両面から挟み込む。なお、シールフレーム６２，６３は、燃料電池１０に備えられるシール部材１５と同様に、フッ素系ゴムから成形したものである。上蓋６４および下蓋６５は、シールフレーム６２，６３で挟み込まれた確認用電解質膜６１を両面から挟み込んだ状態でシールフレーム６２，６３と密着する。上蓋６４および下蓋６５には、ボルト孔６４ｈ，６５ｈが空けられており、そのボルト孔６４ｈ，６５ｈを通したボルト６６により上蓋６４および下蓋６５は締め付けられている。
【００２６】
上記の結果、シールフレーム６２，６３は、確認用電解質膜６１と上蓋６４の間および確認用電解質膜６１と下蓋６５の間に介在することにより、確認用電解質膜６１と上蓋６４によって囲まれる空間６７と、確認用電解質膜６１と下蓋６５によって囲まれる空間６８とをシールする。両空間６７、６８は、図示しない連通孔を介して酸化ガス排出用通路５４に連通しており、カソード極１３から排出される酸化ガス、すなわちカソードオフガスが流通する。
【００２７】
なお、上蓋６４の中央部分には、確認用窓６９が形成されている。確認用窓６９は、確認用電解質膜６１のうちのシールフレーム６２，６３と接触していない部分を目視可能な矩形の貫通孔であり、板ガラス６９Ｇが填められている。なお、板ガラス６９Ｇは、透明プラスチック板に換えることもできる。
【００２８】
Ａ−３．劣化判定作業：
作業者は、酸化ガス排出用通路５４の上流側に設けられた確認用ボックス６０を用いることで、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の劣化の程度を判定する劣化判定作業を行う。
【００２９】
図５は、作業者により実行される劣化判定作業を示すフローチャートである。図示するように、作業が開始されると、作業者は、まず、確認用ボックス６０に備えられた確認用窓６９を覗いて、確認用電解質膜６１の色を観察する（工程Ｓ１００）。次いで、作業者は、確認用電解質膜６１の色が未使用時と比べて所定程度以上変わっているかを判定し（工程Ｓ１１０）、所定程度以上変わっていると判定した場合には、電解質膜１１の劣化の程度が大きいとして「異常」と判定結果を定め（工程Ｓ１２０）、一方、所定程度を下回ると判定した場合には、「正常」と判定結果を定める（工程Ｓ１３０）。
【００３０】
図６は、炭化水素系の一例としての電解質膜が使用期間によってどのように変色するかを判定結果と共に示す説明図である。図示するように、炭化水素系の一例としての電解質膜は、使用期間が未使用の場合には、薄い色をしており、使用期間の経過と共に濃い色に変化する。詳細には、濃い黄色に変化する。使用期間が中期となると、確認用電解質膜６１の色はある程度濃くなり（中濃色）、使用期間が長期となると、確認用電解質膜６１の色は十分に濃くなる（濃色）。作業者は、「正常」と「異常」との境界を示す色がサンプル画像として印刷されたテンプレートを予め用意しておき、工程Ｓ１００で観察した確認用電解質膜６１の色とそのサンプル画像とを比較して、確認用電解質膜６１の色がサンプル画像よりも濃い場合に「異常」と判定し、一方、濃くない場合に「正常」と判定する。すなわち、工程Ｓ１００では、確認用電解質膜６１の色が所定程度以上変わっているかを、サンプル画像よりも濃い色であるか否かから判定している。なお、この実施例では、上記のサンプル画像の色は、使用期間が上記中期程度であれば「正常」であると判定され、使用期間が上記長期程度で「異常」であると判定可能なような濃度となっている。工程Ｓ１２０または工程Ｓ１３０の作業を終えると、この劣化判定作業は終了する。
【００３１】
Ａ−４．作用、効果：
本実施例では、炭化水素系の電解質膜は劣化すると濃色に変化するという性質を利用して燃料電池の劣化を判定している。炭化水素系の電解質膜の色により電解質膜の劣化の程度を定性的に判断可能なのは次の理由による。
【００３２】
炭化水素系の電解質膜においては、燃料電池の中で使用されると、電極で発生したラジカルにより炭化水素系の高分子材料の分子が攻撃を受けて、その分子量（以下、「膜分子量」と呼ぶ）が減少し、結果として劣化が促進される。還元すれば、電解質膜の劣化の程度は膜分子量の減少の程度に比例する。一方、電解質膜の色と膜分子量との関係は次のとおり比例する。
【００３３】
図７は、図６で示した炭化水素系の電解質膜についての色と膜分子量との関係を示す説明図である。なお、図中、膜分子量は、未使用時を１００％として未使用時に対する比率によって示している。図示するように、電解質膜の色が「淡色」である場合には膜分子量は１００％であり、電解質膜の色が「中濃色」である場合には膜分子量は４０％であり、電解質膜の色が「濃色」である場合には膜分子量は２０％である。この図から、電解質膜の色が濃いほど膜分子量が少ないことがわかる。このことと、前述した、膜分子量の減少の程度は燃料電池における劣化の程度と比例することとから、電解質膜の色により電解質膜の劣化の程度を定性的に判断可能なことがわかる。
【００３４】
なお、図７で例示した関係、すなわち、電解質膜の色が濃いほど膜分子量が少ないという関係は、次のような理由によるものと考えられる。分子量の低下は物性の低下を引き起こし、機械的強度が低下しガスリークを発生させ、この結果、酸化によって分子の状態が変わって着色がなされるためである。例えば、ベンゼンが酸化しキノンに変化すると、紫外領域での吸収が増加し、色が透明から黄色に変化する。
【００３５】
上記第１実施例の燃料電池システム１では、確認用ボックス６０は、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池１０の電解質膜１１に似せた模擬ユニットとして働く。すなわち、確認用ボックス６０は酸化ガス排出用通路５４の入口付近に設けられることで、確認用電解質膜６１は、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１と温度的にもラジカルの量的にもほぼ同じ劣化環境下に置かれることになる（前述した（ｉ）、（ii）参照）。
【００３６】
したがって、確認用電解質膜６１は、時間の経過とともに、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１と同程度に劣化する。翻ってみて、炭化水素系の電解質膜は劣化すると前述したように濃色に変化する。本実施例では、作業者は、確認用電解質膜６１の色を確認用窓６９から目視によって確認することで、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の色を模擬的に知ることができる。したがって、作業者は、その知ることのできた色から、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の劣化を高精度に判定することができる。
【００３７】
また、この第１実施例では、確認用電解質膜６１は、その外周部分をシールフレーム６２，６３により挟持された構成となっていることから、確認用電解質膜６１を保持する手法的にも燃料電池１０と似通ったものとすることができる。確認用電解質膜６１は周囲を挟持された状態で乾湿の繰り返しを受けると、膨潤したり収縮したりして劣化が起きることが考えられ、メカニカルストレスの面でも確認用ボックス６０は燃料電池１０と同一の劣化環境下に保つことができる。このために、確認用電解質膜６１は、燃料電池１０の電解質膜１１の色を模擬的によりよく表すものとなり、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の劣化の状態を、より高精度に判定することができる。
【００３８】
Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例について次に説明する。この第２実施例は、第１実施例と比較して、確認用ボックスの構成が相違だけであり、その他の構成は同一である。
【００３９】
図８は、第２実施例における確認用ボックス２６０とその周辺装置を示す説明図である。図８中の確認用ボックス２６０は縦断面が示されている。この確認用ボックス２６０は、第１実施例の確認用ボックス６０と比較して、確認用窓２６９の大きさが小さく、その確認用窓２６９には、板ガラスに換えて、分光測色計２００が装着されている。分光測色計２００は、光源、分光器、受光器の組み合わせによって、色の測色を可能とした周知のセンサであり、確認用電解質膜６１を測色の対象としている。なお、確認用ボックス２６０の分光測色計２００以外の構成については、第１実施例と同一であり、同じパーツには第１実施例と同じ番号を付した。
【００４０】
この第２実施例の燃料電池システムは、分光測色計２００と電気的に接続される制御ユニット２１０と、制御ユニット２１０と電気的に接続される警報灯２２０とを備える。制御ユニット２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（図示せず）等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成される。ＲＯＭには、燃料電池の劣化を判定する劣化判定ルーチンを示すコンピュータプログラムが予め格納されている。ＣＰＵは、ＲＡＭをワークエリアとして用いることにより前記コンピュータプログラムを実行する。警報灯２２０は、劣化判定ルーチンにより「異常」と判定されたときに、点灯される。
【００４１】
図９は、制御ユニット２１０のＣＰＵにより実行される劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、制御ユニット２１０のＣＰＵは、まず、分光測色計２００により、確認用電解質膜６１の色を検出する（ステップＳ３００）。その後、ＣＰＵは、その色から濃度（色濃度）Ｄを算出する（ステップＳ３１０）。次いで、ＣＰＵは、色濃度Ｄが予め設定した所定濃度値Ｄ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。ここで、所定濃度値Ｄ０は、第１実施例で用いたテンプレートのサンプル画像の色濃度に相当する値である。
【００４２】
ステップＳ３１０で、色濃度Ｄが所定濃度値Ｄ０以上であると判定された場合には、ＣＰＵは、電解質膜１１の劣化の程度が大きいとして警報灯２２０を点灯する（ステップＳ３３０）。その後、「リターン」に抜けてこの劣化判定ルーチンを一旦終了する。一方、ステップＳ３２０で、色濃度Ｄが所定濃度値Ｄ０を下回ると判定された場合には、ステップＳ３３０を実行することなく、「リターン」に抜けてこの劣化判定ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
以上のように構成された第２実施例の燃料電池システムによれば、第１実施例と同様に、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の劣化を高精度に判定することができる。特にこの第２実施例では、確認用電解質膜６１の色を人間の目視によってではなく、分光測色計２００により計測するようにしていることから、上記劣化の判定を自動的に行うことができる。また、この実施例では、電解質膜１１の劣化の程度が大きいときには、その旨を作業者により報せることができる。
【００４４】
なお、この第２実施例では、分光測色計２００を用いていたが、これに換えて色濃度計を用いて直接色濃度Ｄを検出する構成としてもよい。また、警報灯２２０に換えて、警報ブザー等の警報を発する他の手段としてもよい。
【００４５】
Ｃ．第３実施例：
前記第１実施例、第２実施例では、炭化水素系の電解質膜の劣化環境を燃料電池１０の電解質膜１１に似せた模擬ユニットとして確認用ボックス６０，２６０を用意し、その確認用ボックス６０，２６０に備えられる確認用電解質膜６１の色を検出するように構成していたが、これに換えて、この第３実施例では、燃料電池１０の電解質膜１１の色を直接測定する構成としている。
【００４６】
図１０は、第３実施例としての燃料電池システム４０１を示す説明図である。この燃料電池システム４０１に備えられる燃料電池４１０は、第１実施例の燃料電池１０とほぼ同一の構成をしており、図１０においては、燃料電池４１０は、単セル内ガス流路１８、１９の長手方向が図中の左右となる向きに描かれている。燃料電池４１０の第１実施例の燃料電池１０と相違する点は、酸化ガスの単セル内ガス流路１９の下流側に位置する電解質膜１１のＭＥＡ１４からの突出部、すなわち、カソード極（触媒層とガス拡散層）の非被覆箇所ＰＴが広くとってある点である。この第３実施例では、セパレータ３１７の非被覆箇所ＰＴに対向する位置に孔部３１７ｈが設けられており、この孔部３１７ｈに分光測色計４２０が設けられている。
【００４７】
分光測色計４２０は、第２実施例と同様に、光源、分光器、受光器の組み合わせによって、色の測色を可能とした周知のセンサであり、裸の状態（触媒層とガス拡散層が被覆されていない状態）となった電解質膜部分の色を測色する。また、この第３実施例の燃料電池システムは、分光測色計３００と電気的に接続される制御ユニット２１０と、制御ユニット２１０と電気的に接続される警報灯２２０とを備える。制御ユニット２１０および警報灯２２０は第２実施例と同一のものである。
【００４８】
以上のように構成された第３実施例によれば、第２実施例と同様に、燃料電池１０に備えられる電解質膜１１の劣化を高精度に判定することができる。特にこの第３実施例では、確認用ボックスを設けずに、分光測色計４２０を燃料電池１０に直接設けるだけで済むことから、構成が簡単である。なお、この第３実施例においても、分光測色計４２０に換えて色濃度計を用いて直接色濃度Ｄを検出する構成としてもよいし、警報灯２２０に換えて、警報ブザー等の警報を発する他の手段としてもよい。
【００４９】
Ｄ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような他の実施形態も可能である。
【００５０】
（１）上記第１および第２実施例では、確認用ボックス６０，１６０は、燃料電池１０に接続される酸化ガス排出用通路５４の入口付近に設けられていたが、さらに、燃料電池１０に接続される燃料ガス排出用通路３４に、第２の確認用ボックスを設けて、確認用ボックス６０，１６０と第２の確認用ボックスの双方で、電解質膜の劣化を判定する構成としてもよい。
【００５１】
（２）上記第３実施例では、分光測色計４２０は、酸化ガスの単セル内ガス流路１９の下流側の位置に設けられていたが、これに換えて、酸化ガスの単セル内ガス流路１９の下流側以外の位置としてもよい。さらには、酸化ガスの単セル内ガス流路１９側に換えて、燃料ガスの単セル内ガス流路１８側としてもよく、要は、燃料電池に備えられた電解質膜のいずれの位置であっても、電解質膜の表面を裸の状態（触媒層とガス拡散層が被覆されていない状態）とすることのできる位置であれば、この位置に対向するように分光測色計４２０を設ける構成とすればよい。
【００５２】
（３）上記第２および３実施例では、分光測色計２００，４２０により電解質膜の色を検出して、その色に基づいて電解質膜１１の劣化の程度が大きいと判断された場合に警報灯２２０を点灯する構成としていたが、これに換えて、その色に基づいて求められる電解質膜１１の劣化の程度を数値化して、その数値化された値を表示パネルに表示する構成としてもよい。また、その劣化の程度を数値化した値は、棒グラフ等で図式化して表示してもよい。
【００５３】
（４）上記第１ないし第３実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、必ずしも固体高分子型燃料電池である必要がなく、炭化水素系の電解質膜を備える燃料電池であれば、いずれの種類の燃料電池に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施例を適用した燃料電池システム１の全体構成図である。
【図２】燃料電池１０の単セルＣＬの縦断面を示す説明図である。
【図３】確認用ボックス６０の分解された状態を示す分解斜視図である。
【図４】確認用ボックス６０の縦断面を示す断面図である。
【図５】作業者により実行される劣化判定作業を示すフローチャートである。
【図６】炭化水素系の一例としての電解質膜が使用期間によってどのように変色するかを判定結果と共に示す説明図である。
【図７】図６で示した炭化水素系の電解質膜についての色と膜分子量との関係を示す説明図である。
【図８】第２実施例における確認用ボックス２６０とその周辺装置を示す説明図である。
【図９】制御ユニット２１０のＣＰＵにより実行される劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第３実施例としての燃料電池システム４０１を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池
ＣＬ…単セル
１１…電解質膜
１２…アノード極
１３…カソード極
１４…ＭＥＡ
１５…シール部材
１６…セパレータ
１７…セパレータ
１８…単セル内ガス流路
１９…単セル内ガス流路
２０…燃料ガス源
３０…燃料ガス通路系
３２…燃料ガス供給用通路
３４…燃料ガス排出用通路
４０…ブロワ
５０…酸化ガス通路系
５２…酸化ガス供給用通路
５４…酸化ガス排出用通路
６０…確認用ボックス
６１…確認用電解質膜
６２…シールフレーム
６４…上蓋
６４ｈ…ボルト孔
６５…下蓋
６６…ボルト
６７…空間
６８…空間
６９…確認用窓
６９Ｇ…板ガラス
２００…分光測色計
２１０…制御ユニット
２２０…警報灯
２６０…確認用ボックス
２６９…確認用窓
３００…分光測色計
３１７…セパレータ
３１７ｈ…孔部
４０１…燃料電池システム
４１０…燃料電池
４２０…分光測色計
ＰＴ…非被覆箇所
【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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