(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する個々の部材のうち、特に拡散層の性能評価をそれ単独で行い得るようにした性能評価方法とそのための装置を得る。【解決手段】燃料電池拡散層１００を一部に脱気孔５２、５３を備えた測定治具２０，３０，４０，５０により気密的に挟持し、挟持した拡散層に一定流量のガスを供給し、供給したガスの一部が当該拡散層を透過して脱気孔から大気に抜け出ることにより生じる背圧の変化を測定することにより当該拡散層の通気性能を評価する。【選択図】  図２
2004178881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池拡散層を一部に脱気孔を備えた測定治具により気密的に挟持し、挟持した拡散層に一定流量のガスを供給し、供給したガスの一部が当該拡散層を透過して脱気孔から大気に抜け出ることにより生じる背圧の変化を測定することにより当該拡散層の通気性能を評価することを特徴とする燃料電池拡散層の性能評価方法。
【請求項２】
供給したガスが測定治具で挟持された拡散層の一方の面から他方の面へ透過して大気に抜け出ることによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の厚み方向での通気性能の評価を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池拡散層の性能評価方法。
【請求項３】
供給したガスが測定治具で挟持された拡散層において面方向に透過して大気に抜け出ることによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の面方向での通気性能の評価を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池拡散層の性能評価方法。
【請求項４】
測定治具により挟持した拡散層の一部または全部に所定圧力を付与した状態で当該拡散層の通気性能の評価を行うことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池拡散層の性能評価方法。
【請求項５】
性能を評価すべき燃料電池拡散層を載置する載置手段、載置手段と協働して該拡散層を挟持する挟持手段、挟持された拡散層を気密的に保持する気密保持手段、気密的に挟持された拡散層に向けて所定圧のガスを供給するガス供給手段、供給されたガスの一部が挟持された拡散層を透過して大気に抜け出ることを許容する脱気手段、および、供給されたガスの背圧を測定する手段、とを少なくとも備えていることを特徴とする燃料電池拡散層の性能評価装置。
【請求項６】
挟持された拡散層を気密的に保持する手段に対して、載置手段および挟持手段のいずれか一方または双方が着脱かつ交換自在となっていることを特徴とする請求項５記載の燃料電池拡散層の性能評価装置。
【請求項７】
載置手段および挟持手段のいずれか一方にガス供給手段が備えられ、他方に脱気手段が備えられていることを特徴とする請求項５または６記載の燃料電池拡散層の性能評価装置。
【請求項８】
載置手段および挟持手段のいずれか一方に、ガス供給手段と脱気手段の双方が備えられていることを特徴とする請求項５または６記載の燃料電池拡散層の性能評価装置。
【請求項９】
載置手段と挟持手段とで挟持された拡散層の一部または全部に所定圧力を付与する圧力付与手段がさらに備えられることを特徴とする請求項５ないし８いずれか記載の燃料電池拡散層の性能評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の形態の燃料電池において、電極とセパレータとの間に挟持される拡散層の性能を評価するための性能評価方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば固体高分子電解質型燃料電池では、図８に示すように、電解質膜１とその表裏面に塗布された電極触媒層２、２からなる電極（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）３が用いられ、該電極３は、拡散層４、４を介して、燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体流路５を形成するセパレータ６により挟持されて単位セルＡとされる。電解質膜１にはパーフルオロスルフォン酸膜や炭化水素系膜などのイオン交換膜が用いられ、そこに、触媒物質（例えば、Ｐｔ）を担持したカーボン粉末と電解質粉末（フッ素形機能樹脂、パーフルオロスルフォン酸アミドなど）を混合したものが電極触媒層２として塗布形成される。拡散層４は燃料ガスや酸化ガスを効率よく拡散させるためのものでありカーボンクロスやカーボンペーパーなどが用いられる。固体高分子電解質型燃料電池に限らず、他の形態の燃料電池においても、同様な拡散層が形成される。
【０００３】
流体流路５に供給された燃料ガスあるいは酸素ガスが拡散層４を透過する態様は、大別して、拡散層４のセパレータ６で押圧されていない領域を透過して電極触媒層２に達する態様（図８でＦ１として示す）、拡散層４のセパレータ６で押圧されている領域を透過して電極触媒層２に達する態様（図８でＦ２として示す）、および、拡散層４のセパレータ６で押圧されている領域を面方向に透過して隣接する流体通路５に流出してしまう態様（図８でＦ３として示す）、の３つの態様に分けられる。
【０００４】
ところで、燃料電池の発電効率を高めるために、電極などの性能を客観的に評価することが必要とされる。例えば、特開２０００−２８３９５１号公報には、ガス拡散電極の評価試験方法として、電極試験片を電解質溶液に一部浸漬した状態で保持し、経時的に当該電極試験片の浸漬部分を変えることにより、気相部と液層部との境界において電極が３相界面を形成するようにしてガス拡散電極疑似環境を実現する方法が記載されている。また、特開平５−２０５７６２号公報には、リン酸型燃料電池の単位セルを加圧挟持できる特性評価装置が記載されており、該装置を用いて単位セルの発電特性およびガスシール特性を評価して、不良単位セルを早期に弁別するようにしている。
【０００５】
【発明が解決すべき問題点】
燃料電池あるいはその単位セルは、前記のように、電解質膜、電極触媒層、拡散層、セパレータなどの複数の部材が有機的に組み合わされて構成されており、その放電（発電）性能の良否は、それらの組み合わせ状態に起因する場合もあり、個々の構成部材それ自身に起因する場合もあると考えられる。従来行われている燃料電池性能評価は、前記した各公報にも記載されるように、組み立て後の単位セルを基準として行われるのが普通であり、テスト結果として得られた性能の善し悪しが、どの構成部材に起因して生じているのかを明確に把握することはできていない。個々の構成部材について、個々に客観的な性能評価を行うことができれば、得られたデータは効率の良い燃料電池（単位セル）を設計するのにきわめて有効なものとなる。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池を構成する個々の部材のうち、特に拡散層に注目し、当該拡散層の性能評価を拡散層単独で行い得るようにした性能評価方法とそのための装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく多くの実験と研究を行うことにより、本発明者らは、燃料電池拡散層の持つ通気性能が、燃料電池（単位セル）の放電性の良否に大きな影響を持つことを知覚した。個々の拡散層の持つ通気性能を客観的に把握しておけば、そのデータは効率のよい燃料電池（単位セル）の組み立てるのにきわめて有効となる。
【０００８】
本発明はそのような知覚に基づくものであり、本発明による燃料電池拡散層の性能評価方法は、燃料電池拡散層を一部に脱気孔を備えた測定治具により気密的に挟持し、挟持した拡散層に一定流量のガスを供給し、供給したガスの一部が当該拡散層を透過して脱気孔から大気に抜け出ることにより生じる背圧の変化を測定することにより当該拡散層の通気性能を評価することを特徴とする。
【０００９】
拡散層には、カーボンクロスやカーボンペーパーなど種々の材料が用いられ、また、発電容量などに応じてその厚みも変化する。多くの種類の拡散層について、上記の方法によりその通気性能を同一条件下での客観的なデータとして揃えておけば、実際の単位セルの組み立て時にそのデータをきわめて有効に利用することができる。
【００１０】
前記したように、拡散層を単位セルに組み込んだときに、燃料ガスあるいは酸化剤ガスは、当該拡散層を一方面から他方面に抜け出る態様（図８におけるＦ１とＦ２）と、一方の面から入り込み面方向に移動して同じ面から出ていく態様（図８におけるＦ３）とが起こり得る。前者の態様は発電に関与するものであり、後者の態様は発電に直接関与せずロスとして計上される。各拡散層について３態様のデータを得ることは、発電効率の改善と共に、拡散層そのものの材質の改善にきわめて有効である。
【００１１】
従って、本発明による燃料電池拡散層の性能評価方法において、供給したガスが測定治具で挟持された拡散層の一方の面から他方の面へ透過して大気に抜け出ることによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の厚み方向での通気性能の評価を行うこと（前記Ｆ１およびＦ２の態様での評価）、および、供給したガスが測定治具で挟持された拡散層において面方向に透過して大気に抜け出ることによるによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の面方向での通気性能の評価を行うこと（前記Ｆ３の態様での評価）、はそれぞれ有効性の高い性能評価方法となる。
【００１２】
実際の単位セルにおいて、拡散層は電極触媒層を備えた電解質層とセパレータとの間で所定に加圧された状態で挟持される。そして、セパレータの拡散層に接する面には通常多数の燃料（空気）流路が形成されている。従って、そのような実際の単位セル内の状態に近似した条件下での拡散層の通気性能を把握しておくこともまた効率のよい燃料電池を構築するに有効となる。
【００１３】
従って、本発明による燃料電池拡散層の性能評価方法において、測定治具により挟持した拡散層の一部または全部に所定圧力を付与した状態で、当該拡散層の通気性能の評価を行うことは、有効性の高い性能評価方法となる。測定治具の表面にセパレータに形成されるガス流路に相当する凹溝を形成しておき、測定治具を介して、挟持した拡散層を加圧することにより、拡散層の一部の部位に所定圧力を付与し、他の部位（凹溝の部分）には圧力を付与しない状態を容易に作り出すことができ、上記各種の通気性能試験を行うことができる。
【００１４】
本発明は、また、上記の方法を実施するための装置として、性能を評価すべき燃料電池拡散層を載置する載置手段と、載置手段と協働して該拡散層を挟持する挟持手段と、挟持された拡散層を気密的に保持する気密保持手段と、気密的に挟持された拡散層に向けて所定圧のガスを供給するガス供給手段と、供給されたガスの一部が挟持された拡散層を透過して大気に抜け出ることを許容する脱気手段と、さらに、供給されたガスの背圧を測定する手段とを少なくとも備えていることを特徴とする燃料電池拡散層の性能評価装置をも開示する。
上記装置を用いることにより、種々の異なった物性値を持つ拡散層の試験サンプルに対して、画一的な通気性能試験を行うことが可能となる。
【００１５】
好ましくは、上記の装置において、挟持された拡散層を気密的に保持する手段に対して、載置手段および挟持手段のいずれか一方または双方が着脱かつ交換自在とされる。この態様では、複数個の異なった形態の載置手段およびまたは挟持手段を用意しておき、それらを適宜組み合わせて拡散層の挟持に用いることができるので、同一の装置を用いてより多くの通気試験パターンを実施することができる。
【００１６】
上記の装置において、載置手段および挟持手段のいずれか一方にガス供給手段を備え、他方に脱気手段を備えるようにしてもよく、あるいは、載置手段および挟持手段のいずれか一方に、ガス供給手段と脱気手段との双方を備えるようにしてもよい。前者の形態では、挟持した拡散層の一方の面から他方の面へ抜ける方向の通気性能を評価することができ、後者の態様では、挟持された拡散層における面方向での通気性能を評価することができる。いずれの態様を採用するかは、前記した挟持された拡散層を気密的に保持する手段に対してどの形態の載置手段およびまたは挟持手段を取り付けることによって、容易に選択することができる。
【００１７】
上記の装置において、好ましくは、載置手段と挟持手段とで挟持された拡散層の一部または全部に所定圧力を付与する圧力付与手段がさらに備えられる。さらに好ましくは、付与圧力を計測するためにロードセルを設置する。挟持された拡散層の一部に所定圧力を付与するには、例えば、拡散層に接する面にセパレータに形成されるガス流路に相当する凹溝を形成した載置手段または挟持手段を用いることにより、それを実施することができる。適宜の加圧手段により載置手段または挟持手段を押圧することにより、挟持された拡散層の一部の部位には所定圧力が付与され、他の部位（凹溝の部分）には圧力が付与されない状態が創出される。
【００１８】
なお、本発明において、背圧の変化は、ガスを連続的に定量供給しながら経時的にそれを測定してもよく、最初に一定流量のガスを供給して加圧状態とし、そこでガスの供給を停止して、以降の背圧変化を経時的に測定するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。図１は、本発明による燃料電池拡散層の通気性能による性能評価方法を実施するための装置の一実施の形態を示す斜視図であり、図２は図１の装置の断面図である。また、図３は本発明の主要部である載置手段や挟持手段などの各部材の一例を分解して示す図であり、図４は図３に示す各部材を組み付けた後の状態を断面で示している。
【００２０】
この例において、本発明による装置１０は、基台１１とそこに立設した支柱１２を有し、基台１１には測定部である載置手段２０などの部材が組み立て分解自在に取り付けられ、支柱１２には加圧手段７０が上下方向に移動自在に取り付けられる。
【００２１】
載置手段２０は、ベースブロック２１と下部測定ブロック３０と中空筒体４０とを備える。ベースブロック２１は、中央部に所定深さの有底穴２２を有し、該有底孔２２にはガス導入孔として機能する透孔２３と背圧を測定する機器（不図示）を取り付けるための透孔２４のそれぞれの一方端が開放している。有底孔２２を囲うようにして同心壁２５が一体形成されており、その内周壁にはＯ−リング２６が装着され、外周面にはねじ２７が切られている。また、底部には、基台１１に設けた孔１２に入り込む位置決め用の突起２８が形成してある。
【００２２】
下部測定ブロック３０は全体として円筒形のものであり、内部に下端側を開放した円筒穴３１が形成される。円筒穴３１の天井面３２と下部測定ブロック３０の上端面３３とは、複数の孔３４と該孔３４の上方端を繋ぐ環状の凹溝３５により連通している。下部測定ブロック３０の外周径はベースブロック２１の有底穴２２の内周径とほぼ同じであり、その下端近傍には、ベースブロック２１に形成した同心壁２５の頂面に載置する膨出部３６が形成されている。
【００２３】
中空筒体４０は上方側を開放した有底孔４１を備え、底部にはベースブロック２１の内底面に形成した孔２９に入り込む位置決め用の突起４２が形成されている。中空筒体４０の外径寸法は下部測定ブロック３０の円筒穴３１の内径寸法よりも小さく、また、上端縁に沿って多数の切り欠き４３が形成されている。
【００２４】
組み立てに当たっては、最初に、基台１１にベースブロック２１を載置し、ベースブロック２１の中に中空筒体４０を取り付ける。その上から、下部測定ブロック３０をかぶせるようにして配置する。それにより、下部測定ブロック３０はその膨出部３６の下面がベースブロック２１に形成した同心壁２５の上端面に載った状態で位置決めがされる。その状態で、中空筒体４０の上端面は、下部測定ブロック３０の天井面３２における複数の孔３４の外側において、接するようにされる。
【００２５】
その状態を安定的に保持するために取り付けリング４５を用いる。取り付けリング４５は、ベースブロック２１に形成した同心壁２５の外周面に成形したねじ２７に噛み合う内ねじ４６を形成した円筒壁４７と、該円筒壁４７の上部に一体形成された内向きフランジ４８とからなり、ねじ２７と内ねじ４６とを螺合して取り付けリング４５をねじ込むことにより、内向きフランジ４８に前記膨出部３６の上面が押し付けられた状態となり、下部測定ブロック３０の安定的に位置決めが行われる。ねじ係合を解くことにより、各部材を容易に分解することができる。
【００２６】
下部測定ブロック３０の上端面３３の上には、上部測定ブロック５０が載置される。上部測定ブロック５０は下部測定ブロック３０と同じ外径寸法の円筒体であり、図１〜図４に示す例においては、上部測定ブロック５０の底面には円環状の凹溝５１（５１ａ）が形成されている。該凹溝５１（５１ａ）は、上部測定ブロック５０を下部測定ブロック３０の上に載せたときに、下部測定ブロック３０の上端面３３に形成した円環状の凹溝３５と同心円状ではあるが相互に重なり合う部分がないようにして形成されている。図示の例では、凹溝５１（５１ａ）は、凹溝３５の外側に位置するようにされている。凹溝５１（５１ａ）と凹溝３５との隔離距離、すなわち、凹溝３５の外周線と凹溝５１（５１ａ）の内周線との間の距離ｈは任意に設定され、図２および図４に示す例では、距離ｈがｈ１である場合（凹溝５１）と、ｈ２（＞ｈ１）である場合（凹溝５１ａ）の２つの態様が、同じ図面に示してある。
【００２７】
円環状の凹溝５１（５１ａ）に連通するようにして複数本の縦孔５２（５２ａ）が形成されており、該縦孔５２（５２ａ）の上端は水平孔５３（５３ａ）を介して大気に開放している。さらに、図示の例では、上部測定ブロック５０の底面に、下部測定ブロック３０に載置したときに凹溝３５の領域に外周縁が位置する大きさの凹陥部５５が形成されており、ガスの均一な循環を確保している。なお、このような凹陥部５５は省略してもよい。
【００２８】
上下に配置した下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０との衝接面からガスが流出するのを防ぐために、気密保持手段６０が用いられる。気密保持手段６０は円筒体状のものであり、その内周径は下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０の外周径とほぼ同じとされる。そして、内周面には上下２段に凹溝６１、６１が形成され、その中にＯ−リング６２、６２が挿入されている。円筒体の下端面が取り付けリング４５の内向きフランジ４８上に乗ることにより気密保持手段６０は位置決めがされ、その状態で、上下のＯ−リング６２、６２の間に下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０との衝接面が位置するようにされる。なお、結果的に、円筒体状の気密保持手段６０により上部測定ブロック５０は下部測定ブロック３０に対して位置決めされるので、上部測定ブロック５０に対する外部からのガイドなどは不要となり、構成的にも簡素化できる利点がもたらされる。また、組み立て分解も容易となる。
【００２９】
支柱１２に取り付けられる加圧手段７０は、試験時に上部測定ブロック５０に対して圧力を付与できるものであればどのような手段であってもよいが、ここでは、ハンドル７０ａの回転に同期して上下動する第１の機枠７１と、ハンドル７０ａの回転とは無関係に上下動できる第２の機枠７２との間にコイルばね７３を介装すると共に、第１の機枠７１に対して第２の機枠７２が自由に移動できるようにされている。そして、第２の機枠７２の下端にはロードセル７４を取り付けている。
【００３０】
上記の装置１０の使用態様を説明する。前記したようにして、基台１１にベースブロック２１を載置し、ベースブロック２１の中に中空筒体４０を取り付け、その上から、下部測定ブロック３０をかぶせた後、取り付けリング４５を用いて全体を一体化する。そして、ベースブロック２１に形成した透孔２３に図示しない加圧ガス供給源を接続し、もう一つの透孔２４には図示しない背圧測定機器を取り付ける。組み付けた下部測定ブロック３０の上端面３３の上に、性能を評価しようとする拡散層１００を配置する。好ましくは、拡散層１００は下部測定ブロック３０の上端面３３の形状に一致するように裁断しておく。
【００３１】
拡散層１００の配置と前後して、下部測定ブロック３０の上方から気密保持手段６０を外嵌合状態で圧入し、さらに、該気密保持手段６０に内嵌合する状態で上部測定ブロック５０を配置した拡散層１００に衝接するまで圧入する。その後、ハンドル７０ａを操作して加圧手段７０を下降させ、ロードセル７４の先端を上部測定ブロック５０の上面に衝接させる。さらにハンドル７０ａを操作して上部測定ブロック５０を次第に押し下げる。それにより、拡散層１００の前記した凹溝３５の外周線と凹溝５１（５１ａ）の内周線との間の距離（幅）ｈ（ｈ１あるいはｈ２）である環状平面部分には所要の負荷がかけられた状態となる。図示しないが、拡散層１００に係る荷重を適宜の外部モニターに表示させておくことにより、所望の面圧を拡散層１００の前記環状平面部分（評価領域）に与えることができる。
【００３２】
加圧ガス供給源から所定圧のガスを下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０とで囲まれた空間Ｓに供給する。空間Ｓは、Ｏ−リング２６とＯ−リング６２、６２と気密に閉鎖されており、上部測定ブロック５０に形成した環状凹溝５１（５１ａ）、縦孔５２（５２ａ）および水平孔５３（５３ａ）からなる連通部が脱気孔として外気に連通しているにすぎない。そして、環状凹溝５１（５１ａ）と空間Ｓとの間には、評価しようとする拡散層１００の前記した幅ｈ（ｈ１あるいはｈ２）である環状平面部分が存在しており、該環状平面部分は所定の抵抗を持っている。該抵抗に抗して環状平面部分を透過したガスのみが大気に放出される。
【００３３】
従って、加圧ガス供給源から所定圧のガスを一定量供給することにより、空間Ｓ内には所定圧が立ち、その圧は前記した背圧測定機器により測定される。そして、供給したガスの一部は拡散層１００の前記環状平面部分を透過して大気に放出されるので、透過量に応じて背圧は変化する。この背圧の変化を測定することにより、当該拡散層１００の通気性能を画一的に評価することができる。なお、図２、図４に示したものにおいて、下部測定ブロック３０側の円環状凹溝３５を実際のセルにおけるセパレータ６の流体通路５に比定することができ、拡散層１００を押圧する上部測定ブロック５０の前記幅ｈの領域部分を流体通路５、５の間の圧接部と比定することができる。従って、図２、図４に示した実施の形態では、図８に示したＦ２に相当する領域のガス透過性能を評価しているのと等価となる。また、幅ｈ１は幅ｈ２と比較してきわめて狭くなっており、この場合に、流体通路５と押圧部との境界領域（図８で○が囲んで示している）での通気性能に近似したものを評価することができる。
【００３４】
なお、上記の装置および評価方法において、中空筒体４０は必ずしも必要なものではない。省略して評価を行うこともできる。しかし、拡散層１００はクロスや紙などを材質としている場合が多く、評価の過程で微少な糸くずが発生しやすい。糸くずなどがガス流路内に堆積すると背圧測定機器の測定結果に悪影響を及ぼす。上記のようにして中空筒体４０を配置することにより、糸くずなどはその中に収納されるようになり、ガス流路に影響を与えるのを回避することができる。
【００３５】
図５は本発明の他の実施の形態を示す図４に相当する断面図である。ここでは上部測定ブロック５０Ａが図２、図４に示したものと相違している。すなわち、この上部測定ブロック５０Ａでは、底面に形成した円環状の凹溝５１Ａが、上部測定ブロック５０Ａを下部測定ブロック３０の上に載せたときに、下部測定ブロック３０の上端面３３に形成した円環状の凹溝３５と重なり合うようにして形成されている。円環状の凹溝５１Ａは縦孔５２Ａおよび水平孔５３Ａを介して大気に開放しており、この態様は図２、図４に示したものと同様である。
【００３６】
この形態では、下部測定ブロック３０側の円環状凹溝３５内のガスは、上部測定ブロック５０Ａにより圧力を受けていない部分を透過して反対側に位置する円環状凹溝５１Ａに流入し、大気に放出される。このガス透過性能は、図８に示したＦ１に相当する領域のガス透過性能を評価しているのと等価となる。また、幅ｈ１は幅ｈ２と比較してきわめて狭くなっており、この場合に、流体通路５と押圧部との境界領域（図８で○が囲んで示している）での通気性能に近似したものを評価することができる。
【００３７】
図６は本発明のさらに他の実施の形態を示す図４に相当する断面図である。ここでは、下部測定ブロック３０Ｂと上部測定ブロック５０Ｂの双方が部分的に図２、図４に示したものと相違している。すなわち、複数の孔３４と該孔３４の上方端を繋ぐ環状の凹溝３５が形成される点では、図２、図４に示したものと同様であるが、さらに、円環状の凹溝３５の外側に同心円状に第２の環状の凹溝３７が形成されており、該第２の環状の凹溝３７は孔３８を介して大気に開放している。この第２の環状の凹溝３７と孔３８とが本発明でいう脱気孔を形成する。なお、図で、６９は孔３８を大気に開放するために気密保持手段６０に形成された切り欠き部である。上部測定ブロック５０Ｂは図２、図４に示した上部測定ブロック５０における凹陥部５５が形成されるのみで、外部に連通する孔は形成されない。
【００３８】
この形態において、上部測定ブロック５０Ｂを載置して押し下げたとき、円環状の凹溝３５とその外側に同心円状に形成された第２の環状の凹溝３７との間の幅ｈ３の領域において、評価しようとする拡散層１００は所定の荷重を受けた状態となる。そして、空間Ｓ内の加圧ガスは凹溝３５から該拡散層１００の凹圧された領域を面方向に透過して第２の凹溝３７に至り、孔３８を通って外気に放出される。このガス透過性能は、図８に示したＦ３に相当する領域のガス透過性能を評価しているのと等価であり、隣接流路へのガスの漏れ性を評価できる。
【００３９】
本発明の装置において、気密保持手段６０の２つのＯ−リング６２、６２による気密性が破壊した場合には、空間Ｓ内のガスが下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０との衝接面から大気に放出されることとなり、適正な評価を行うことができない。図７は気密保持手段６０の気密性をチェックする場合の使用態様を示している。ここでは、下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０に代わるものとして、下部測定ブロック３０と上部測定ブロック５０と同じ外径寸法であり、背の高いテスト用筒体９０を用いている。この筒体９０は底部近傍に膨出部９１を持ち、かつ、内部に下端を開放した空所９２を有している。周壁部には前記空所９２を外気に連通する多数の貫通孔９３が形成されている。このテスト用筒体９０を上記した下部測定ブロック３０と同様にして取り付けリング４５を用いてベースブロック２１に取り付ける。そして、気密保持手段６０をその２つのＯ−リング６２、６２の間に前記貫通孔９３が位置するようにして装着する。その状態が図７に示されており、この状態で空所９２内に拡散膜の評価時と同様にして加圧ガスを流し込み、背圧の変化を見ることにより、２つのＯ−リング６２、６２の気密性能を確認することができる。
【００４０】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、燃料電池を構成する拡散層の性能評価、特に通気性能に基づく性能評価を拡散層単独で行うことができる。また、性能評価を実際の燃料電池の運転状態に疑似した状態で、かつ、実際の拡散層で生じている異なった態様のガス透過性について、それぞれ性能評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池拡散層の通気性能による性能評価方法を実施するための装置の一実施の形態を示す斜視図。
【図２】図１の装置の断面図。
【図３】本発明の主要部である載置手段や挟持手段などの各部材の一例を分解して示す図。
【図４】図３に示す各部材を組み付けた後の状態を断面で示す図。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図４に相当する断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を示す図４に相当する断面図。
【図７】気密保持手段の気密性をチェックする場合の使用態様を示す断面図。
【図８】電解質膜とその表裏面に塗布された電極触媒層からなる電極を説明する図。
【符号の説明】
１０…本発明による燃料電池拡散層の通気性能による性能評価方法を実施するための装置、１１…基台、１２…支柱、２０…測定部である載置手段、７０…加圧手段、２１…ベースブロック、２２…有底穴、２３…ガス導入孔として機能する透孔、２４…背圧を測定する機器を取り付けるための透孔、２５…同心壁、２６…Ｏ−リング、２７…ねじ、２８…位置決め用の突起、３０…下部測定ブロック、３１…円筒穴、３２…天井面、３３…下部測定ブロックの上端面、３４…複数の孔、３５…環状の凹溝、３６…同心壁の頂面に載置する膨出部、４０…中空筒体、４１…有底孔、４２…位置決め用の突起、４３…切り欠き、４５…取り付けリング、４６…内ねじ、４７…円筒壁、４８…内向きフランジ、５０…上部測定ブロック、５１…円環状の凹溝、５２…複数本の縦孔、５３…水平孔、５５…凹陥部、６０…気密保持手段、６１…凹溝、６２…Ｏ−リング、７０…加圧手段、７０ａ…ハンドル、７１…第１の機枠、７２…第２の機枠、７３…コイルばね、７４…ロードセル
【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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