(57)【要約】【課題】多孔体における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能な多孔体拡散測定装置および多孔体拡散測定方法を提供する。【解決手段】内部空間に臨む面に酸素消光剤が分散され、酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）を透過可能な材質からなる筐体１１０の内部空間に多孔体１０を収容し、次いで筐体１１０に酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を照射しつつ、筐体１１０の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに筐体１１０を経時的に撮像する。【選択図】図１
2008292412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔体を収容する内部空間が形成され、前記内部空間に臨む面に酸素消光剤が分散され、前記酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり、前記内部空間に酸素を含む気体を供給可能な筐体部と、
前記筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する照射部と、
前記筐体部を撮像する撮像部と、
を具備する多孔体拡散測定装置。
【請求項２】
前記照射部は、
前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を発生する光源と、
前記光源と前記筐体部との間に配置され、前記光源が発する前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を透過するとともに前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を反射する光学部材と、
を具備し、
前記撮像部は、
前記筐体部を前記照射部の光学部材からの反射像として撮像する請求項１に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項３】
前記撮像部は、
前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過するバンドパスフィルタを具備する請求項１または請求項２に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項４】
前記撮像部により撮像された前記筐体部の画像に基づいて前記多孔体の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出部を具備する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項５】
前記多孔体の形状は一対の板面を有するプレート状であって、
前記筐体部は、
当該筐体部の内部空間に収容された前記多孔体の一対の板面の一方の面に対応する部分に酸素を含む気体を供給し、
前記撮像部は、
前記筐体部における前記多孔体の一対の板面に対応する部分をそれぞれ撮像する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項６】
前記多孔体は、
燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
前記筐体部の内部空間の形状は、前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項７】
表面に酸素消光剤が分散された多孔体を収容する内部空間が形成され、前記酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり、前記内部空間に酸素を含む気体を供給可能な筐体部と、
前記筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する照射部と、
前記筐体部を撮像する撮像部と、
を具備する多孔体拡散測定装置。
【請求項８】
酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり内部に形成された内部空間に臨む面に前記酸素消光剤が分散された筐体部の前記内部空間に多孔体を収容する収容工程と、
前記多孔体を収容した筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射しつつ、前記多孔体を収容した筐体部の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに前記多孔体を収容した筐体部を撮像する撮像工程と、
を具備する多孔体拡散測定方法。
【請求項９】
前記撮像工程において撮像された前記筐体部の画像に基づいて前記多孔体の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出工程を具備する請求項８に記載の多孔体拡散測定方法。
【請求項１０】
前記多孔体の形状は一対の板面を有するプレート状であって、
前記撮像工程において、
当該筐体部の内部空間に収容された前記多孔体の一対の板面の一方の面に対応する部分に酸素を含む気体を供給するとともに、前記筐体部における前記多孔体の一対の板面に対応する部分をそれぞれ撮像する請求項８または請求項９に記載の多孔体拡散測定装置。
【請求項１１】
前記多孔体は燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
前記筐体部の内部空間の形状は前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の多孔体拡散測定方法。
【請求項１２】
酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなる筐体部の内部空間に、表面に前記酸素消光剤が分散された多孔体を収容する収容工程と、
前記多孔体を収容した筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射しつつ、前記多孔体を収容した筐体部の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに前記多孔体を収容した筐体部を撮像する撮像工程と、
を具備する多孔体拡散測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔体の内部における気体の拡散を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素やメタノールといった燃料と酸素との間の電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池の技術は公知となっている。
燃料電池は、内燃機関を駆動源とする発電機の如く化学エネルギーを電気エネルギーに変換する過程で熱エネルギーの形態をとらないことから一般的に発電効率が高いという特長を有し、携帯電話やノートパソコンといった携帯式の電気機器、自動車やコージェネレーションシステム、発電所等様々な分野への応用が期待される。
【０００３】
燃料電池には固体高分子形燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＰＥＦＣ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、ナトリウム−硫黄電池（ＮａＳ電池）、バイオ燃料電池等、種々の形式が存在する。
これらの燃料電池のうち、固体高分子形燃料電池は、常温で発電可能であること、発電時の温度が通常は９０℃以下と低くセルスタックの材質の選択の自由度が高いこと、燃料電池を構成する電解質が薄い膜状で内部の電気抵抗を小さくすることが可能であり電力損失が小さいこと、といった特長を有する。
固体高分子形燃料電池の燃料としては水素、都市ガス、メタノール、ガソリン、石炭をガス化したもの、ボロハイドライド系燃料等が挙げられるが、水素を燃料とする場合には電気化学反応後の生成物が水（水蒸気）のみで二酸化炭素を排出しないことから電気自動車用の電力源等として実用化が望まれる。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、一般に水素イオンを透過可能な膜状の固体高分子膜（電解質）の一方の面に燃料極（負極）、他方の面に空気極（正極）をそれぞれ貼り合わせた膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＡ）およびこれを両面から挟み込むセパレータを具備する。そして、燃料極とセパレータとの隙間に燃料を供給し、空気極とセパレータとの隙間に酸素（または空気）を供給することにより燃料と酸素との間で電気化学反応を起こし、燃料極と空気極との間に起電力を発生する。
また、固体高分子形燃料電池は、電気化学反応の高効率化および安定性向上の観点から、燃料極とセパレータとの隙間および空気極とセパレータとの隙間に拡散層として多孔体が設けられる。気体（燃料および酸素）が多孔体の内部に形成された細孔を通じて拡散し、電極（燃料極および空気極）に供給されることにより、電極の表面への気体の供給が均一となる。
【０００５】
このような燃料電池の拡散層による電極表面への燃料および酸素の拡散は燃料電池の性能を決める重要な要素の一つであることから、多孔体の内部における気体の拡散挙動（気体の拡散速度の分布）を精度良く測定することが求められる。
【０００６】
従来、多孔体における気体の拡散速度の分布は、多孔体の外形、細孔のサイズ、細孔の密度、細孔の分布等に基づいた理論計算（シミュレーション）により求められていた。
しかし、燃料を水素とする固体高分子形燃料電池は、その性質上、電気化学反応の結果として空気極の表面に水（水蒸気）を生成し、当該水を拡散層たる多孔体の内部の細孔を通じて外部に排出する構成であるため、実際の使用時における空気極側の拡散層たる多孔体では含水した状態（水分が存在する状態）で酸素（または空気）の拡散が行われることとなる。そして、含水した状態の多孔体内部の気体の拡散挙動を上記理論計算により求めることは一般に困難であることから、実際の使用時における気体の拡散挙動は燃料電池の実物またはこれを模したものを用いた実験により測定する必要がある。
【０００７】
多孔体内部の気体の拡散挙動を実験により測定する技術としては、図７に示す如く、筐体１００１の内部にプレート状の外形を有する複数の多孔体１００６・１００６・・・を積層して配置し、筐体１００１の内部空間を多孔体１００６・１００６・・・で透過気室１００２と混合気室１００３の二つに区画し、透過気室１００２にガルバニ式酸素濃度センサ１００４を設け、混合気室１００３に酸素を含む気体を収容し、多孔体１００６・１００６・・・の内部を拡散して透過気室１００２に到達した酸素の濃度をガルバニ式酸素濃度センサ１００４により検出するものが知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術は、（１）ガルバニ式酸素濃度センサは電界膜の表面全体で起こる酸化還元反応により発生した電流で酸素濃度を検出する構成であり、実質的には「透過気室の酸素濃度」を検出する構成であるため、多孔体における気体の拡散速度の面分布を詳細かつ精度良く測定することが困難であること、（２）ガルバニ式酸素濃度センサは酸素濃度の変化に対応する応答性が低くリアルタイムの酸素濃度測定を行うことが困難であること、（３）ガルバニ式酸素濃度センサが水分に触れると測定精度の低下や故障のおそれがあること、（４）混合気室にはガルバニ式酸素濃度センサが設けられておらず、混合気室に酸素が供給された時点を精度良く測定することが困難であり、ひいては拡散係数の測定精度が低下すること、といった問題を有する。
【０００９】
特に、燃料電池における拡散層を構成する多孔体はその外形が通常は薄いプレート状に成形され、一対の広い面の一方から他方に向かって気体が拡散する構成であるため気体が拡散する距離が短く、一般に９０％応答で数十秒程度の時間を要するガルバニ式酸素濃度センサでは実質的にリアルタイムの酸素濃度測定を行うことが不可能である。
【００１０】
上記（２）の問題を解消する方法の一つとしては、プレート状に成形された多孔体を多数重ね合わせることにより、重ね合わせた複数の多孔体を一つの多孔体として見たときの一方の面から他方の面までの拡散距離を長くし、酸素の拡散に要する時間を相対的に長くする方法が考えられる。
しかし、この方法では多孔体を重ねない場合に比べて含水している場合の側方への気体の拡散が促進され易い、多孔体を重ねると使用時の含水状態を再現しにくい等、燃料電池の拡散層としての実際の使用状態に即した実験を行うことが困難であり、多孔体の内部に存在する水分の影響や実際の燃料電池のセパレータの形状、あるいは多孔体の取り付け状態等の条件を十分に反映した精度の高い測定を行うことができないという問題を有する。
【００１１】
また、燃料電池は単一セルを複数個積層したセルスタック構造が一般的であるが、セルスタックは通常拡散層や電極触媒層といった多孔体の板面に垂直な方向に締め付けて積層するため多孔体には板面に垂直な方向に外力が加わり、他の部材との接触部分において局部的に孔（細孔）がつぶれていたりするなど、実際の使用時の多孔体を精度良く再現した状態でなければ実際の気体の拡散挙動を精度良く測定することは困難である。
【特許文献１】特開２００６−２９２７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は以上の如き状況に鑑み、多孔体における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能な多孔体拡散測定装置および多孔体拡散測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１４】
即ち、請求項１においては、
多孔体を収容する内部空間が形成され、前記内部空間に臨む面に酸素消光剤が分散され、前記酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり、前記内部空間に酸素を含む気体を供給可能な筐体部と、
前記筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する照射部と、
前記筐体部を撮像する撮像部と、
を具備するものである。
【００１５】
請求項２においては、
前記照射部は、
前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を発生する光源と、
前記光源と前記筐体部との間に配置され、前記光源が発する前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を透過するとともに前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を反射する光学部材と、
を具備し、
前記撮像部は、
前記筐体部を前記照射部の光学部材からの反射像として撮像するものである。
【００１６】
請求項３においては、
前記撮像部は、
前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過するバンドパスフィルタを具備するものである。
【００１７】
請求項４においては、
前記撮像部により撮像された前記筐体部の画像に基づいて前記多孔体の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出部を具備するものである。
【００１８】
請求項５においては、
前記多孔体の形状は一対の板面を有するプレート状であって、
前記筐体部は、
当該筐体部の内部空間に収容された前記多孔体の一対の板面の一方の面に対応する部分に酸素を含む気体を供給し、
前記撮像部は、
前記筐体部における前記多孔体の一対の板面に対応する部分をそれぞれ撮像するものである。
【００１９】
請求項６においては、
前記多孔体は、
燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
前記筐体部の内部空間の形状は、前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである。
【００２０】
請求項７においては、
表面に酸素消光剤が分散された多孔体を収容する内部空間が形成され、前記酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり、前記内部空間に酸素を含む気体を供給可能な筐体部と、
前記筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する照射部と、
前記筐体部を撮像する撮像部と、
を具備するものである。
【００２１】
請求項８においては、
酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり内部に形成された内部空間に臨む面に前記酸素消光剤が分散された筐体部の前記内部空間に多孔体を収容する収容工程と、
前記多孔体を収容した筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射しつつ、前記多孔体を収容した筐体部の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに前記多孔体を収容した筐体部を撮像する撮像工程と、
を具備するものである。
【００２２】
請求項９においては、
前記撮像工程において撮像された前記筐体部の画像に基づいて前記多孔体の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出工程を具備するものである。
【００２３】
請求項１０においては、
前記多孔体の形状は一対の板面を有するプレート状であって、
前記撮像工程において、
当該筐体部の内部空間に収容された前記多孔体の一対の板面の一方の面に対応する部分に酸素を含む気体を供給するとともに、前記筐体部における前記多孔体の一対の板面に対応する部分をそれぞれ撮像するものである。
【００２４】
請求項１１においては、
前記多孔体は燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
前記筐体部の内部空間の形状は前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである。
【００２５】
請求項１２においては、
酸素消光剤を励起する波長帯の光および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなる筐体部の内部空間に、表面に前記酸素消光剤が分散された多孔体を収容する収容工程と、
前記多孔体を収容した筐体部に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射しつつ、前記多孔体を収容した筐体部の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに前記多孔体を収容した筐体部を撮像する撮像工程と、
を具備するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、多孔体における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能である、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下では、図１乃至図５を用いて本発明に係る多孔体拡散測定装置の実施の一形態である多孔体拡散測定装置１００について説明する。
【００２８】
図１に示す如く、多孔体拡散測定装置１００は本発明に係る多孔体拡散測定装置の実施の一形態であり、多孔体１０の内部における気体の拡散挙動を測定する装置である。
多孔体拡散測定装置１００は主として筐体１１０、ガス供給部１２０、表側照射部１３０ａ、裏側照射部１３０ｂ、撮像部１４０、解析部１５０等を具備する。
【００２９】
図１および図２に示す如く、多孔体１０は本発明に係る多孔体の実施の一形態であり、一対の板面１０ａ・１０ｂを有するプレート状に成形されたものである。
【００３０】
ここで、「多孔体」は多孔質材料を所定の形状に成形したものを指す。
「多孔質材料」はその内部に小さい孔（細孔）を多数包含する材料を指す。
【００３１】
本発明に係る多孔体の原料は金属材料、セラミックス、樹脂、カーボンブラック、天然の鉱石等、特に限定されるものではないが、本実施例の多孔体１０は燃料電池における拡散層として用いられるものであることから導電性の有るカーボンや金属材料を原料とする。
セラミックスからなる多孔質材料（多孔質セラミックス材料）の製造方法の例としては粉末状のセラミックスを焼結する方法、樹脂等からなる繊維状の可燃性物質と粉末状のセラミックスとを混合して高温保持することにより当該可燃性物質を消失させる方法等が挙げられる。
金属材料からなる多孔質材料（多孔質金属材料）の製造方法の例としては粉末状または繊維状の金属材料を焼結する方法、溶融金属にガスを注入して凝固させる方法等が挙げられる。
多孔体の他の用途の例としては、燃料電池の電極触媒層（カーボンブラック担体上に白金触媒やルテニウム−白金合金触媒を担持した燃料極、あるいはカーボンブラック担体上に白金触媒を担持した空気極）等が挙げられる。
【００３２】
図１および図３に示す如く、筐体１１０は本発明に係る筐体部の実施の一形態であり、主として表側部材１１０ａおよび裏側部材１１０ｂを具備する。
表側部材１１０ａに裏側部材１１０ｂをネジ止めすることにより筐体１１０の内部には多孔体１０を収容するための空間が形成される。また、表側部材１１０ａに対して裏側部材１１０ｂをネジ止めすることにより着脱可能とし、多孔体１０を筐体１１０の内部空間に収容するとともに外部に取り出すことが可能である。
【００３３】
筐体１１０の内部空間の形状は、多孔体１０を拡散層として用いる燃料電池の内部空間の形状を模したものである。
ここで、「燃料電池の内部空間の形状を模したもの」は、燃料電池において拡散層が収容される空間、すなわちセパレータと電極（燃料極または空気極）との間の隙間と同一の形状、または気体の拡散挙動を測定する上で特に支障が無いと考えられる範囲内での改変が施された形状を指す。
筐体１１０の内部空間の形状は略直方体形状であり、表側部材１１０ａ側の内周面には複数の溝が形成される。当該複数の溝は、筐体１１０の内部空間に多孔体１０を収容したときに多孔体１０の板面１０ａに対向する気体流路１１０ｃ・１１０ｃを成す。
気体供給口１１０ｄ・１１０ｄは気体流路１１０ｃ・１１０ｃを成す溝の一端と筐体１１０の外部とを連通する孔である。気体排出口１１０ｅ・１１０ｅは気体流路１１０ｃ・１１０ｃを成す溝の他端と筐体１１０の外部とを連通する孔である。
【００３４】
多孔体１０が収容された筐体１１０の内部空間に気体供給口１１０ｄ・１１０ｄから気体を供給すると、当該気体は気体流路１１０ｃ・１１０ｃに沿って搬送され、気体排出口１１０ｅ・１１０ｅから排出される。
また、気体供給口１１０ｄ・１１０ｄから筐体１１０の内部空間に供給された気体の一部は、気体流路１１０ｃ・１１０ｃに対向する面である多孔体１０の板面１０ａからその反対側の面である板面１０ｂに向かって多孔体１０の内部を移動（拡散）する。
【００３５】
本実施例では、表側部材１１０ａに裏側部材１１０ｂをネジ止めする際のねじ込み量を調整することにより筐体１１０から内部空間に収容された多孔体１０に付与される板面１０ａ・１０ｂに略垂直な後方の外力（圧力）を調整することが可能であり、ひいては実際の使用時の状況（多孔体１０の燃料電池への取り付け状況）を容易に再現することが可能である。
なお、多孔体１０の含水状態を精度良く再現する方法としては実際に所定の時間稼動した燃料電池の実機に収容されていた多孔体１０を取り出して筐体１１０に収容する方法、あるいは予め含水量や含水位置（分布）等を実験により予め把握しておき、そのような含水量や含水位置（分布）を再現した多孔体１０を筐体１１０に収容する方法等が考えられる。
【００３６】
なお、図１および図３では説明の便宜上、筐体１１０の内部に形成される多孔体１０を所定の位置に係止するための突起等の形状を省略している。
また、本実施例では燃料電池の拡散層として用いられる多孔体１０の気体の拡散挙動を測定するために筐体１１０の内部の形状を多孔体１０が設けられる燃料電池の内部空間の形状を模したものとしたが、本発明に係る筐体部はこれに限定されず、他の用途に用いられる多孔体の気体の拡散挙動を測定する場合には当該用途等に応じて適宜筐体部の内部形状を選択すれば良い。
【００３７】
筐体１１０の内部空間に臨む面には酸素消光剤として白金ポルフィリン（白金元素とポルフィリンとの錯体）が分散され、付着される。
【００３８】
ここで、「酸素消光剤」は、（１）所定の波長の励起光が照射されると光子を吸収して基底状態から励起状態に遷移し、励起状態から基底状態に戻る際に固有の波長のルミネセンス光（蛍光または燐光）を発する性質、および（２）励起状態にあるときに酸素分子に触れると酸素分子にエネルギーが移動してルミネセンス光を発することなく基底状態に戻る性質（消光する性質）、を併せ持つ物質を指す。
【００３９】
酸素消光剤の具体例としては、ポルフィリン（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）やフタロシアニン（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）等の複素環式化合物、ルテニウム（Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）やオスミウム（Ｏｓｍｉｕｍ）等の遷移金属の錯体、ピレン（Ｐｙｒｅｎｅ）やペリレン（Ｐｅｒｙｌｅｎｅ）等の多環式芳香族炭化水素、等が挙げられる。
【００４０】
本実施例における酸素消光剤である白金ポルフィリンの励起光は青色から近紫外線の波長帯（４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）の光であり、白金ポルフィリンのルミネセンス光は赤色光（５６０〜７１０ｎｍ程度）である。
【００４１】
酸素消光剤は、いわゆる感圧塗料（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｐａｉｎｔ；ＰＳＰ）に含有される色素として用いられる物質を広く含む。
感圧塗料は、通常は酸素消光剤からなる色素と、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ；ＰＤＭＳ）や常温硬化型（Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚａｂｌｅ；ＲＴＶ）シリコンゴム等の高酸素透過性のポリマーからなるバインダと、トルエン等の溶剤と、の混合物である。
【００４２】
本実施例の場合、筐体１１０の内部空間に臨む面に感圧塗料をスプレーで吹き付け、数μｍから数十μｍ程度の皮膜を形成することにより筐体１１０の内部空間に臨む面に酸素消光剤を分散するが、本発明はこれに限定されず、他の方法により筐体部の内部空間に臨む面に酸素消光剤を分散しても良い。
【００４３】
酸素消光剤は一般に酸素濃度９０％応答で数ミリ秒という高い応答性を有していることから、短時間における酸素濃度の変化を精度良く検出することが可能である。
【００４４】
筐体１１０は透明なアクリル樹脂からなる。
なお、本発明に係る筐体部を構成する材料は本実施例の筐体１１０の如き透明なアクリル樹脂に限定されず、少なくとも「酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）」および「酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）」を透過可能な材質であれば良い（透明である必要は無い）。
【００４５】
図１に示す如く、ガス供給部１２０は筐体１１０の内部空間に気体を供給するものである。
ガス供給部１２０は空気ボンベ１２１、窒素ガスボンベ１２２、切り替え部１２３等を具備する。
【００４６】
空気ボンベ１２１は空気、すなわち酸素を２１％程度含むガスを圧縮した状態で貯蔵するボンベである。
窒素ガスボンベ１２２は窒素ガスを圧縮した状態で貯蔵するボンベである。
【００４７】
切り替え部１２３は空気ボンベ１２１と窒素ガスボンベ１２２と筐体１１０の気体供給口１１０ｄ・１１０ｄとを連通接続する配管の中途部に設けられ、空気ボンベ１２１の開閉を行う開閉弁１２３ａ、窒素ガスボンベ１２２の開閉を行う開閉弁１２３ｂ、空気ボンベ１２１または窒素ガスボンベ１２２のいずれが筐体１１０の気体供給口１１０ｄ・１１０ｄと連通するかを切り替える切替弁１２３ｃ等を具備する。
空気ボンベ１２１と筐体１１０の気体供給口１１０ｄ・１１０ｄとが連通する状態に切替弁１２３ｃを切り替えるとともに開閉弁１２３ａを開くことにより、筐体１１０の内部空間に空気を供給することが可能である。
窒素ガスボンベ１２２と筐体１１０の気体供給口１１０ｄ・１１０ｄとが連通する状態に切替弁１２３ｃを切り替えるとともに開閉弁１２３ｂを開くことにより、筐体１１０の内部空間に窒素ガスを供給することが可能である。
【００４８】
本実施例において筐体１１０に供給される「酸素を含むガス」は酸素を２１％程度含む空気であるが、本発明に係る酸素を含むガスの酸素濃度は０％を除いて任意に設定可能であり、酸素濃度が１００％でも良い。
【００４９】
表側照射部１３０ａおよび裏側照射部１３０ｂは本発明に係る照射部の実施の一形態であり、筐体１１０の内部空間に臨む面に分散された酸素消光剤を励起する波長帯の光を筐体１１０に照射するものである。
【００５０】
表側照射部１３０ａは筐体１１０のうち、表側部材１１０ａに対応する部分、すなわち内部空間に収容された多孔体１０の一対の板面のうち気体流路１１０ｃ・１１０ｃに対向する面に対応する部分に酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する。
表側照射部１３０ａは主として光源１３１ａ、ハーフミラー１３２ａを具備する。
【００５１】
光源１３１ａは本発明に係る光源の実施の一形態であり、筐体１１０の内部空間に臨む面に分散された酸素消光剤である白金ポルフィリンを励起する波長帯の光を発生するものである。光源１３１ａは、より詳細には中心波長が４６０ｎｍ程度の光を発生する青色ＬＥＤである。
【００５２】
ハーフミラー１３２ａは本発明に係る光学部材の実施の一形態であり、光源１３１ａと筐体１１０との間に配置され、光源１３１ａが発する酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を透過するとともに酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）を反射するものである。
ハーフミラー１３２ａは、光源１３１ａと筐体１１０（筐体１１０の中心）とを結ぶ線と、ハーフミラー１３２ａの鏡面と、の成す角度が４５度であるときに、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長帯の光（白金ポルフィリンの励起光に対応する波長帯の光）を９０％以上透過するとともに、５６０ｎｍ以上７１０ｎｍ以下の波長帯の光（白金ポルフィリンのルミネセンス光に対応する波長帯の光）を９０％以上反射する。
【００５３】
裏側照射部１３０ｂは筐体１１０のうち、裏側部材１１０ｂに対応する部分、すなわち内部空間に収容された多孔体１０の一対の板面のうち、気体流路１１０ｃ・１１０ｃに対向する面の反対側の面に対応する部分に酸素消光剤を励起する波長帯の光を照射する。
裏側照射部１３０ｂは主として光源１３１ｂ、ハーフミラー１３２ｂを具備する。
なお、本実施例では光源１３１ｂおよびハーフミラー１３２ｂの基本的な構成はそれぞれ光源１３１ａおよびハーフミラー１３２ａの構成と略同じであることから、これらの詳細な説明を省略する。
【００５４】
撮像部１４０は本発明に係る撮像部の実施の一形態であり、筐体１１０を撮像するものである。
撮像部１４０は主としてカメラ１４１、バンドパスフィルタ１４２等を具備する。
【００５５】
カメラ１４１は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ等、画像を撮像可能であれば良い。
ただし、カメラ１４１は少なくとも酸素消光剤からのルミネセンス光に対応する波長帯の光（の強度）を検出可能であることが必要である。
また、カメラ１４１は測定の応答性（リアルタイム性）、ひいては酸素の拡散係数分布の測定精度を確保する観点から高速度カメラ（単位時間当たりの撮像枚数が大きいカメラ）であることが望ましく、この点では一般的に撮像素子（画素）の電荷読み出しが高速であるＣＭＯＳカメラが適している。
【００５６】
図４に示す如く撮像画像２０の如く、カメラ１４１はその視野の右半分にハーフミラー１３２ａからの反射像として筐体１１０の表側を撮像し、その視野の左半分にハーフミラー１３２ｂからの反射像として筐体１１０の裏側を撮像する。
このように構成することにより、一台のカメラ１４１で筐体１１０の表側および裏側の両方を撮像することが可能である。
また、同時刻における筐体１１０の表側および裏側をカメラ１４１の同一視野内に撮像することが可能である。
【００５７】
バンドパスフィルタ１４２はカメラ１４１の視野を覆う位置に設けられ、酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過するフィルタである。
本実施例のバンドパスフィルタ１４２は、例えば中心波長が６４０ｎｍ近傍の波長帯の光（白金ポルフィリンのルミネセンス光に対応する波長帯）を透過し、それ以外の波長帯の光を吸収（または反射）する。
なお、図４に示す撮像画像２０は、説明の便宜上バンドパスフィルタ１４２を設けない状態で撮像された画像を表している。実際の測定時、すなわちバンドパスフィルタ１４２を設けた状態で撮像された画像は、ルミネセンス光の強度差（輝度差）に基づく濃淡で表される。
【００５８】
解析部１５０は主として演算処理部１５１、入力部１５２、表示部１５３等を具備する。
【００５９】
演算処理部１５１は多孔体拡散測定装置１００の測定結果を算出するものである。
演算処理部１５１は、種々のプログラム等（例えば、後述する拡散係数分布算出プログラム等）を格納することができ、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
【００６０】
演算処理部１５１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで相互に接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の演算処理部１５１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００６１】
演算処理部１５１は撮像部１４０のカメラ１４１に接続され、カメラ１４１により撮像された筐体１１０の表側の画像および裏側の画像、すなわち撮像画像２０を取得することが可能である。取得された撮像画像２０は、後述する記憶部１５１ａに適宜記憶される。
【００６２】
入力部１５２は演算処理部１５１に接続され、演算処理部１５１に多孔体拡散測定装置１００による測定に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
入力部１５２により演算処理部１５１に入力される情報・指示としては、例えば測定日時、測定対象物たる多孔体１０のロット番号、多孔体拡散測定装置１００による測定条件等が挙げられる。
本実施例の入力部１５２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００６３】
表示部１５３は入力部１５２から演算処理部１５１への入力内容、多孔体拡散測定装置１００による測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部１５３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００６４】
以下では、演算処理部１５１の構成の詳細について説明する。
演算処理部１５１は、機能的には記憶部１５１ａ、拡散係数分布算出部１５１ｂ、スターン・ボルマープロット算出部１５１ｃ等を具備する。
【００６５】
記憶部１５１ａは多孔体拡散測定装置１００による測定を行うための種々のパラメータ（数値）や多孔体拡散測定装置１００による測定結果等を記憶するものである。
記憶部１５１ａは、実体的にはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体からなる。
【００６６】
拡散係数分布算出部１５１ｂは本発明に係る拡散係数分布算出部の実施の一形態であり、撮像部１４０のカメラ１４１により撮像された筐体１１０の表側の画像および裏側の画像に基づいて筐体１１０に収容された多孔体１０の拡散係数の分布を算出するものである。
実体的には、演算処理部１５１が、演算処理部１５１に格納された拡散係数分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、拡散係数分布算出部１５１ｂとしての機能を果たす。
【００６７】
拡散係数分布算出部１５１ｂは、予め記憶部１５１ａに記憶されたカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのスターン・ボルマープロット、および撮像部１４０のカメラ１４１により撮像された筐体１１０の表側の画像および裏側の画像の各撮像素子（画素）についての輝度値（光の強度）に基づいて、多孔体１０の各撮像素子（画素）に対応する部分についての拡散係数を算出する。
【００６８】
ここで、「スターン・ボルマープロット」とは、酸素消光剤のルミネセンス光の強度と当該酸素消光剤が接している雰囲気の酸素分圧との関係を示すものであり、理論的には図５および以下の数１に示すスターン・ボルマーの関係式で表される。
【００６９】
【数１】
2008292412.tif 000003
【００７０】
数１における［Ｏ２］は酸素消光剤が接している雰囲気の酸素濃度、Ｉ０は酸素消光剤が接している雰囲気の酸素濃度がゼロ（真空）であるときのルミネセンス光の強度、Ｉは酸素消光剤が接している雰囲気の酸素濃度が［Ｏ２］であるときのルミネセンス光の強度、Ｋはスターン・ボルマー係数（定数）である。
【００７１】
図５および数１に示す如く、（Ｉ０／Ｉ）と［Ｏ２］との間には直線関係が成り立つが、実際の測定においてはカメラ１４１の各撮像素子（画素）の検出感度等がそれぞれ異なる。
本実施例では測定精度を向上するために、予め行われる準備作業（校正作業）においてスターン・ボルマープロット算出部１５１ｃがカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのＩ０およびＩを測定し、これらに基づいてカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのＫを算出する。
カメラ１４１の各撮像素子についてのＩ０の測定値およびＫの算出値（ひいては、各撮像素子についてのスターン・ボルマープロット）は予め記憶部１５１ａに記憶される。
【００７２】
拡散係数分布算出部１５１ｂは、撮像部１４０のカメラ１４１により撮像された各撮像素子についての輝度値（光の強度）に基づいて算出されたルミネセンス光の強度Ｉ、および、予め記憶部１５１ａに記憶された各撮像素子についてのＩ０の測定値およびＫの算出値を数１に代入することにより、各撮像素子についての酸素濃度［Ｏ２］を算出する。
このようにして算出された酸素濃度［Ｏ２］は、対応する撮像素子（画素）に対応する位置に撮像された筐体１１０の内部空間の内周面近傍の酸素濃度を示すものであり、ひいては当該内周面に臨む多孔体１０の表面の酸素濃度を示すものである。
【００７３】
拡散係数分布算出部１５１ｂは、上記酸素濃度の算出方法に従い、図４の撮像画像２０の右半部に写る筐体１１０の表側のうち、筐体１１０に収容されている多孔体１０の板面１０ａ上の点１１ａ（図２および図４参照）に対応する位置の画素の輝度値に基づいて、多孔体１０の板面１０ａ上の点１１ａの表面の酸素濃度を算出することが可能である。
また、拡散係数分布算出部１５１ｂは、上記酸素濃度の算出方法に従い、図４の撮像画像２０の左半部に写る筐体１１０の裏側のうち、筐体１１０に収容されている多孔体１０の板面１０ｂ上の点１１ｂ（図２および図４参照）に対応する位置の画素の輝度値に基づいて、多孔体１０の板面１０ｂ上の点１１ｂの表面の酸素濃度を算出することが可能である。
【００７４】
図２に示す如く、板面１０ａ上の点１１ａと板面１０ｂ上の点１１ｂとを結ぶ線は多孔体１０の厚さ方向（板面１０ａ・１０ｂに垂直な方向）に一致する。
また、板面１０ａ上の点１１ａは筐体１１０の気体流路１１０ｃ・１１０ｃに臨む位置にあることから板面１０ａ上の点１１ａにおける酸素濃度は筐体１１０の内部空間に空気が供給されると直ちに２１％程度となるのに対して、板面１０ａ上の点１１ａにおける酸素濃度は多孔体１０の内部を酸素が拡散して板面１０ｂに到達してからはじめて酸素濃度が上昇するため、板面１０ｂ上の点１１ｂの酸素濃度は板面１０ａ上の点１１ａよりも遅れて２１％程度となる。
【００７５】
拡散係数分布算出部１５１ｂは、カメラ１４１の撮像画像２０に基づいて板面１０ａ上の点１１ａの酸素濃度が２１％程度になった時点から板面１０ｂ上の点１１ｂの酸素濃度が２１％程度になった時点までの時間差を算出し、これに基づいて板面１０ａ上の点１１ａから板面１０ｂ上の点１１ｂへの酸素の拡散係数Ｄを算出する。
上記酸素の拡散係数の算出は、例えば以下の数２に示すフィックの第一法則の式に基づいて算出される。
【００７６】
【数２】
2008292412.tif 000004
【００７７】
ここで、数２におけるＪは点１１ｂにおける酸素濃度の単位時間当たりの変化量、Ｄは板面１０ａ上の点１１ａから板面１０ｂ上の点１１ｂへの酸素の拡散係数、ｄｃは同時刻における点１１ａと点１１ｂとの酸素濃度差、ｄｚは点１１ａから点１１ｂまでの距離（多孔体１０の厚さ）を指す。
【００７８】
拡散係数分布算出部１５１ｂは、上記の板面１０ａ上の点１１ａから板面１０ｂ上の点１１ｂへの酸素の拡散係数の算出と同様に、多孔体１０の板面１０ａ・１０ｂの全ての点（厳密には、撮像画像２０において多孔体１０の板面１０ａ・１０ｂに対応する全ての画素）について酸素の拡散係数を算出することにより、多孔体１０の板面１０ａ・１０ｂにおける酸素の拡散係数の分布を得る。
得られた多孔体１０の板面１０ａ・１０ｂにおける酸素の拡散係数の分布は、記憶部１５１ａに適宜記憶される。
【００７９】
なお、本発明に係る多孔体拡散測定装置は測定対象たる多孔体の形状を限定しないが、測定対象たる多孔体の形状が本実施例の多孔体１０の如き厚さが均一なプレート状ではない場合は、多孔体の形状に応じて数２に示すフィックの第一法則の式を適宜補正した式に基づいて酸素の拡散係数を算出することが望ましい。
また、多孔体の形状が厚さが均一なプレート状であっても、その周縁部（多孔体の一対の板面の端部）については側方からの酸素の回り込みの影響を考慮し、数２に示すフィックの第一法則の式を適宜補正した式に基づいて酸素の拡散係数を算出することが望ましい。
【００８０】
以上の如く、多孔体拡散測定装置１００は、
多孔体１０を収容する内部空間が形成され、前記内部空間に臨む面に酸素消光剤が分散され、前記酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）を透過可能な材質からなり、前記内部空間に酸素を含む気体を供給可能な筐体１１０と、
筐体１１０に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を照射する表側照射部１３０ａおよび裏側照射部１３０ｂと、
筐体１１０を撮像する撮像部１４０と、
を具備するものである。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、酸素消光剤は酸素濃度に対する高い応答性を有していることから、酸素濃度の経時的な変化を精度良く検出することが可能であり、ひいては多孔体１０における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能である。
また、酸素消光剤は筐体１１０の内周面に分散されていることから、多孔体１０の表面の各部についての酸素濃度を経時的に精度良く測定することが可能であり、ひいては多孔体１０における気体の拡散挙動の分布を精度良く測定することが可能である。
なお、本実施例では筐体１１０の内周面（内部空間に臨む面）に酸素消光剤を分散させる構成としたが、筐体１１０の内周面に分散される酸素消光剤を省略し、代わりに多孔体１０の表面（ここでいう「表面」は、多孔体の内部の細孔の内周面を除く外表面を指す）に酸素消光剤を分散する構成としても同様の効果を奏する。
ただし、多孔体１０の表面における気体や液体の拡散挙動が多孔体１０の表面に分散された酸素消光剤（あるいは酸素消光剤を多孔体１０の表面に固定するバインダ等）により変化する場合には測定結果の信頼性の観点から望ましくないので注意を要する。
【００８１】
また、多孔体拡散測定装置１００の表側照射部１３０ａ（裏側照射部１３０ｂ）は、
酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を発生する光源１３１ａ（光源１３１ｂ）と、
光源１３１ａ（光源１３１ｂ）と筐体１１０との間に配置され、光源１３１ａ（光源１３１ｂ）が発する酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を透過するとともに酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）を反射するハーフミラー１３２ａ（ハーフミラー１３２ｂ）と、
を具備し、
多孔体拡散測定装置１００の撮像部１４０は、
筐体１１０を表側照射部１３０ａ（裏側照射部１３０ｂ）のハーフミラー１３２ａ（ハーフミラー１３２ｂ）からの反射像として撮像するものである。
このように構成することにより、光源１３１ａ（光源１３１ｂ）から筐体１１０への光軸上に撮像部１４０を配置せずとも当該光軸上に撮像部１４０を配置して撮像した画像と同じ画像を撮像することが可能であり、ハーフミラー１３２ａ（ハーフミラー１３２ｂ）を用いずに当該光軸からずれた位置に撮像部１４０を配置して撮像する場合に比べて視差を無くすことが可能である。
また、視差を無くすことにより、筐体１１０の形状に起因して発生する陰を極力解消することが可能であり、測定精度が向上する。
さらに、ハーフミラー１３２ａ（ハーフミラー１３２ｂ）を用いずに当該光軸からずれた位置に撮像部１４０を配置して撮像する場合には、極力視差を小さくするために光源１３１ａ（光源１３１ｂ）の近傍に撮像部１４０を配置することとなり、映り込みが発生して（光源１３１ａ（光源１３１ｂ）からの励起光が撮像部１４０に入射して）測定精度が低下する場合があるが、このような事態を防止して高い測定精度を確保することが可能である。
【００８２】
また、多孔体拡散測定装置１００の撮像部１４０は、
酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネセンス光）を透過するバンドパスフィルタ１４２を具備するものである。
このように構成することにより、筐体１１０の内部空間に臨む面に分散された酸素消光剤からのルミネセンス光のみが撮像部１４０により検出されるので、周囲の環境（励起光や外部からの光）に起因する光の強度の検出誤差を小さくし、ひいては気体の拡散挙動の測定精度を向上することが可能である。
【００８３】
また、多孔体拡散測定装置１００は、
撮像部１４０により撮像された筐体１１０の画像に基づいて多孔体１０の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出部１５１ｂを具備するものである。
このように構成することにより、多孔体１０における気体の拡散係数の分布を容易に得ることが可能である。
【００８４】
また、多孔体拡散測定装置１００の測定対象たる多孔体１０の形状は一対の板面１０ａ・１０ｂを有するプレート状であって、
多孔体拡散測定装置１００の筐体１１０は、
筐体１１０の内部空間に収容された多孔体１０の板面１０ａに対応する部分に酸素を含む気体（本実施例では空気）を供給し、
多孔体拡散測定装置１００の撮像部１４０は、
多孔体１０の一対の板面１０ａ・１０ｂにそれぞれ励起光を照射する表側照射部１３０ａ・裏側照射部１３０ｂを設けることで、
筐体１１０における多孔体１０の一対の板面１０ａ・１０ｂに対応する部分（すなわち、筐体１１０の表側および裏側）をそれぞれ撮像することを可能としている。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、多孔体１０の板面に垂直な方向の気体の拡散係数を精度良く算出する観点からは酸素を含む気体が供給される側の酸素濃度を精度良く測定することが重要であるが、多孔体拡散測定装置１００は多孔体１０の一方の板面１０ａにおける酸素濃度の分布および他方の板面１０ｂにおける酸素濃度の分布を経時的にかつ精度良く測定することが可能であり、ひいては多孔体１０の一方の板面１０ａから他方の板面１０ｂへの気体の拡散係数（の分布を）精度良く測定することが可能である。
【００８５】
なお、本実施例では一台の撮像部１４０の同一視野の異なる部分（右半分および左半分）にそれぞれ筐体１１０の表側および裏側を撮像する構成としたが、二台の撮像部１４０・１４０を用意し、一方の撮像部１４０で筐体１１０の表側を撮像し、他方の撮像部１４０で筐体１１０の裏側を撮像する構成とすることも可能である。
ただし、一台の撮像部１４０の同一視野の異なる部分（右半分および左半分）にそれぞれ筐体１１０の表側および裏側を撮像する構成とした場合には、撮像された画像の同一フレームに写っている筐体１１０の表側および裏側の撮像された時点（時刻）は初めから同期しており（時間のズレがなく）、二台の撮像部１４０・１４０を用いて撮像する場合のように筐体１１０の表側および裏側の画像が撮像された時点（時刻）を別途同期させる必要が無い。従って、気体の拡散係数を算出するのが容易であり、かつ測定結果の精度向上に寄与する。
また、測定精度を向上させるという観点からは撮像部１４０を構成するカメラを高速度カメラとすることが望ましいが、一般に高速度カメラは高価であることから、一台の撮像部１４０の同一視野の異なる部分（右半分および左半分）にそれぞれ筐体１１０の表側および裏側を撮像する構成とした方が装置の全体的なコスト削減に寄与する。
【００８６】
また、本実施例では筐体１１０の表側および裏側を撮像する構成としたが、筐体１１０の側方（内部空間に収容されている多孔体１０の板面１０ａ・１０ｂに平行な方向）から撮像することも可能である。
筐体１１０の側方から撮像することにより、多孔体１０の内部を通過せず多孔体１０の側面と筐体１１０の内周面との隙間を通じて多孔体１０の板面１０ｂ側に移動（拡散）する気体（酸素）の影響、すなわち気体（酸素）の回り込みの影響を精度良く測定することが可能である。
【００８７】
また、多孔体拡散測定装置１００の測定対象たる多孔体１０は、
燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
多孔体拡散測定装置１００の筐体１１０の内部空間の形状は、
前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである。
このように構成することにより、例えば多孔体１０の含水の状況（含水量、含水の分布等）や多孔体１０への局部的な外力の付与状況等、実際の使用時に即して多孔体１０における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能である。
【００８８】
以下では、図６を用いて本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態は多孔体拡散測定装置１００を用いて多孔体１０の内部における気体の拡散挙動を測定する方法であり、主として準備工程Ｓ１０００、収容工程Ｓ１１００、撮像工程Ｓ１２００、拡散係数分布算出工程Ｓ１３００等を具備する。
【００８９】
以下では準備工程Ｓ１０００について説明する。
準備工程Ｓ１０００は多孔体１０の内部における気体の拡散挙動を実際に測定する前段階として行われる工程であり、主として準備収容工程Ｓ１０１０、暗電流画像撮像工程Ｓ１０２０、代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０、酸素置換画像撮像工程Ｓ１０４０、スターン・ボルマープロット算出工程Ｓ１０５０を具備する。
【００９０】
準備収容工程Ｓ１０１０は、多孔体１０を筐体１１０に収容する工程である。
準備収容工程Ｓ１０１０が終了したら、暗電流画像撮像工程Ｓ１０２０に移行する。
【００９１】
暗電流画像撮像工程Ｓ１０２０は、基準状態で筐体１１０の画像を撮像する工程である。
ここで、「基準状態」は、筐体１１０に多孔体１０を収容し、筐体１１０に励起光を照射せず（筐体１１０の内周面に分散された酸素消光剤が全て基底状態に遷移しており）、かつ、多孔体１０の内部を含む筐体１１０の内部空間に大気圧の空気を充填した状態を指す。
撮像された筐体１１０の画像（暗電流画像）は、記憶部１５１ａに記憶される。
暗電流画像撮像工程Ｓ１０２０が終了したら代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０に移行する。
【００９２】
代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０は、筐体１１０の内部空間に所定の時間窒素ガスを供給することにより多孔体１０の内部を含む筐体１１０の内部空間を窒素ガスで置換し、かつ筐体１１０に励起光を照射した状態で筐体１１０の画像を撮像する工程である。
撮像された筐体１１０の画像（代替ガス置換画像）は、記憶部１５１ａに記憶される。
代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０が終了したら酸素置換画像撮像工程Ｓ１０４０に移行する。
なお、本実施例では代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０において筐体１１０の内部空間に供給される「代替ガス」として窒素ガスを用いたが、本発明はこれに限定されず、酸素消光剤を消光しないガスであれば他のガスを代替ガスとして用いても良い。
【００９３】
酸素置換画像撮像工程Ｓ１０４０は筐体１１０の内部空間に所定の時間空気（２１％程度の酸素を含むガス）を供給することにより多孔体１０の内部を含む筐体１１０の内部空間を空気で置換し、かつ筐体１１０に励起光を照射した状態で筐体１１０の画像を撮像する工程である。
撮像された筐体１１０の画像（酸素置換画像）は、記憶部１５１ａに記憶される。
酸素置換画像撮像工程Ｓ１０４０が終了したらスターン・ボルマープロット算出工程Ｓ１０５０に移行する。
【００９４】
スターン・ボルマープロット算出工程Ｓ１０５０は、暗電流画像撮像工程Ｓ１０２０において撮像された筐体１１０の画像（暗電流画像）、代替ガス置換画像撮像工程Ｓ１０３０において撮像された筐体１１０の画像（代替ガス置換画像）、および酸素置換画像撮像工程Ｓ１０４０において撮像された筐体１１０の画像（酸素置換画像）に基づいて、撮像部１４０のカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのスターン・ボルマープロット（カメラ１４１の各撮像素子についてのＩ０およびＫ）を算出する工程である。
スターン・ボルマープロット算出工程Ｓ１０５０において、スターン・ボルマープロット算出部１５１ｃは、カメラ１４１の各撮像素子（画素）について「代替ガス置換画像における輝度値に基づいて算出される光の強度」と「暗電流画像における輝度値に基づいて算出される光の強度」との差分をＩ０とするとともに、「酸素置換画像における輝度値に基づいて算出される光の強度」と「暗電流画像における輝度値に基づいて算出される光の強度」との差分をＩとし、代替ガス置換画像の撮像時の酸素濃度を０％、酸素置換画像の撮像時の酸素濃度を２１％としてカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてＫを算出する。
算出されたカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのＩ０およびＫは記憶部１５１ａに記憶される。
スターン・ボルマープロット算出工程Ｓ１０５０が終了したら、準備工程Ｓ１０００が終了する。
なお、準備工程Ｓ１０００は必ずしも本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態を実施する都度行う必要はなく、多孔体拡散測定装置１００の撮像部１４０や光源１３１ａ・光源１３１ａ等のメンテナンスを行った後に行うか定期的に行い、それ以外の場合には準備工程Ｓ１０００を省略して収容工程Ｓ１１００から始めれば良い。
【００９５】
収容工程Ｓ１１００は本発明に係る収容工程の実施の一形態であり、酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり内部に形成された内部空間に臨む面に前記酸素消光剤が分散された筐体１１０の内部空間に多孔体１０を収容する工程である。
収容工程Ｓ１１００が終了したら、撮像工程Ｓ１２００に移行する。
【００９６】
撮像工程Ｓ１２００は本発明に係る撮像工程の実施の一形態であり、多孔体１０を収容した筐体１１０に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を照射しつつ、多孔体１０を収容した筐体１１０の内部空間に酸素を含む気体（空気）を供給するとともに多孔体１０を収容した筐体１１０を撮像する工程である。
撮像工程Ｓ１２００が終了したら、拡散係数分布算出工程Ｓ１３００に移行する。
【００９７】
拡散係数分布算出工程Ｓ１３００は、撮像工程Ｓ１２００において撮像された筐体１１０の画像に基づいて多孔体１０の拡散係数の分布を算出する工程である。
拡散係数分布算出工程Ｓ１３００において、拡散係数分布算出部１５１ｂは、予め記憶部１５１ａに記憶されたカメラ１４１の各撮像素子（画素）についてのスターン・ボルマープロット、および、撮像工程Ｓ１２００において撮像部１４０のカメラ１４１により撮像された筐体１１０の表側の画像および裏側の画像の各撮像素子（画素）についての輝度値（光の強度）に基づいて、多孔体１０の各撮像素子（画素）に対応する部分についての拡散係数を算出する。
算出された多孔体１０の各撮像素子（画素）に対応する部分についての拡散係数は、記憶部１５１ａに適宜記憶される。
【００９８】
以上の如く、本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態は、
酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および前記酸素消光剤が励起されることにより発する光を透過可能な材質からなり内部に形成された内部空間に臨む面に前記酸素消光剤が分散された筐体１１０の内部空間に多孔体１０を収容する収容工程Ｓ１１００と、
多孔体１０を収容した筐体１１０に前記酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を照射しつつ、多孔体１０を収容した筐体１１０の内部空間に酸素を含む気体（空気）を供給するとともに多孔体１０を収容した筐体１１０を撮像する撮像工程Ｓ１２００と、
を具備するものである。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、酸素消光剤は酸素濃度に対する高い応答性を有していることから、酸素濃度の経時的な変化を精度良く検出することが可能であり、ひいては多孔体１０における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能である。
また、酸素消光剤は筐体１１０の内周面に分散されていることから、多孔体１０の表面の各部についての酸素濃度を経時的に精度良く測定することが可能であり、ひいては多孔体１０における気体の拡散挙動の分布を精度良く測定することが可能である。
なお、本実施例では筐体１１０の内周面（内部空間に臨む面）に酸素消光剤を分散させる構成としたが、筐体１１０の内周面に分散される酸素消光剤を省略し、代わりに多孔体１０の表面（ここでいう「表面」は、多孔体の内部の細孔の内周面を除く外表面を指す）に酸素消光剤を分散する構成としても同様の効果を奏する。
ただし、多孔体１０の表面における気体や液体の拡散挙動が多孔体１０の表面に分散された酸素消光剤（あるいは酸素消光剤を多孔体１０の表面に固定するバインダ等）により変化する場合には測定結果の信頼性の観点から望ましくないので注意を要する。
【００９９】
また、本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態は、
撮像工程Ｓ１２００において撮像された筐体１１０の画像に基づいて多孔体１０の拡散係数の分布を算出する拡散係数分布算出工程Ｓ１３００を具備するものである。
このように構成することにより、多孔体１０における気体の拡散係数の分布を容易に得ることが可能である。
【０１００】
また、本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態は、
測定対象たる多孔体１０の形状は一対の板面１０ａ・１０ｂを有するプレート状であって、
撮像工程Ｓ１２００において、
筐体１１０の内部空間に収容された多孔体１０の板面１０ａに対応する部分に酸素を含む気体（本実施例では空気）を供給するとともに、筐体１１０における多孔体１０の一対の板面１０ａ・１０ｂに対応する部分（すなわち、筐体１１０の表側および裏側）をそれぞれ撮像するものである。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、多孔体１０の板面に垂直な方向の気体の拡散係数を精度良く算出する観点からは酸素を含む気体が供給される側の酸素濃度を精度良く測定することが重要であるが、本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態では多孔体１０の一方の板面１０ａにおける酸素濃度の分布および他方の板面１０ｂにおける酸素濃度の分布を経時的にかつ精度良く測定することが可能であり、ひいては多孔体１０の一方の板面１０ａから他方の板面１０ｂへの気体の拡散係数（の分布を）精度良く測定することが可能である。
【０１０１】
また、本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態は、
測定対象たる多孔体１０は燃料電池の拡散層または電極触媒層として用いられるものであって、
筐体１１０の内部空間の形状は前記燃料電池の内部空間の形状を模したものである。
このように構成することにより、例えば多孔体１０の含水の状況（含水量、含水の分布等）や多孔体１０への局部的な外力の付与状況等、実際の使用時に即して多孔体１０における気体の拡散挙動を精度良く測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る多孔体拡散測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】多孔体の斜視図。
【図３】筐体の斜視図。
【図４】撮像画像を示す図。
【図５】スターン・ボルマープロットを示す図。
【図６】本発明に係る多孔体拡散測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図７】従来の多孔体拡散測定装置の一例を示す図。
【符号の説明】
【０１０３】
１０      多孔体
１００    多孔体拡散測定装置
１１０    筐体（筐体部）
１３０ａ  表側照射部（照射部）
１３０ｂ  裏側照射部（照射部）
１４０    撮像部
【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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