(57)【要約】【課題】燃料電池で用いられるセパレータのガス流路の評価を迅速に行い、製品開発スピードを向上させる。また、同じ電極を用いて多種類のガス流路試験を行い得るようにする。【解決手段】流路形状データに基づき流路を形成した疑似集電体７０、２０を作り、それを着脱自在に組み込んで第１と第２の支持体５０、１０とする。２つの支持体を密接し、疑似集電体を電極と組み合わせて疑似モジュールとする。加圧手段６０で疑似集電体に荷重をかけ、疑似モジュールを実際のモジュールの運転状態に近似した環境におく。疑似集電体のガス流路に所要のガスを流して運転を行い、運転から得られるデータにより疑似集電体に形成したガス流路の評価を行う。疑似モジュールとするに際し、疑似集電体と電極とを非接着状態で圧接して、密封状態を形成する。【選択図】  図１
2004288558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセパレータに成形されるガス流路を評価する方法であって、流路形状データに基づき流路を形成した疑似集電体を作り、該疑似集電体を電極と組み合わせて疑似モジュールとし、該疑似モジュールを実際のモジュールの運転状態に近似した環境におき、疑似集電体のガス流路に所要のガスを流して運転を行い、運転から得られるデータにより疑似集電体に形成したガス流路の評価を行うことを特徴とする燃料電池ガス流路評価方法。
【請求項２】
疑似集電体と電極とを非接着状態で圧接し疑似モジュールとした状態で評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ガス流路評価方法。
【請求項３】
燃料電池のセパレータに成形されるガス流路を評価する装置であって、
流路形状データに基づき流路を形成した第１疑似集電体を交換自在に支持する第１支持体と、
流路形状データに基づき流路を形成した第２疑似集電体を交換自在に支持する第２支持体と、
第１支持体と第２支持体を第１疑似集電体と第２疑似集電体とが電極を挟んで対向しかつ密接状態となる第１姿勢と互いに離間した状態となる第２姿勢とを選択的に取りうるようにする第１移動手段と、
第２姿勢のときに第１支持体と第２支持体のいずれか一方をほぼ水平な姿勢とし、第１姿勢のとき第１支持体と第２支持体の双方を垂直な姿勢とする第２の移動手段と、
第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体の少なくとも一方を他方に対して加圧する加圧手段と、
第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体とその間に挟持した電極とで構成される疑似モジュールを密封状態とする密封手段と、
第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体に形成したガス流路に疑似モジュールの運転に必要なガスを供給する手段と、
疑似モジュールの運転結果のデータを収集するデータ収集手段と、
を少なくとも備えることを特徴とする燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項４】
密封手段は、第１疑似集電体と第２疑似集電体とその間に挟持した電極との間での接着による封止を含まないことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項５】
第１支持体と第１疑似集電体の間および第２支持体と第２疑似集電体の間には絶縁材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項６】
加圧手段が配置される側の支持体は、そこに支持する疑似集電体と加圧手段との間に樹脂材料で作られたピストンを備えており、該ピストンを加圧手段が押下するようにされており、かつ、該ピストンは絶縁材を兼ねると共に、該ピストンの周壁と支持体との間には密封パッキンが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項７】
第１支持体と第２支持体はヒンジ結合されており、第１移動手段により第１支持体と第２支持体のいずれか一方がヒンジ点を中心に回動移動することにより第２の姿勢を取るようにされていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項８】
加圧手段は回動移動する側の支持体に装着されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項９】
第１姿勢のときに、第１支持体と第２支持体のいずれか一方を他方に向けて移動させる手段をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項１０】
第１疑似集電体と第２疑似集電体の外周には閉ループ状に凸条のパッキン材が取り付けてあり、ガス入口、ガス流路、ガス出口はすべてその内部領域に形成されていることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【請求項１１】
データ収集手段による収集データは、初期・耐久後放電性能変化、流路圧損、集電体温度分布、電極ダメージ変化などに関するデータのいずれかまたはすべてであることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池ガス流路評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池におけるセパレータ（集電体）に形成される燃料ガスあるいは酸化剤ガスのガス流路を評価するための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７に示すように、電解質膜１Ｚと、その表裏面に塗布された触媒層２Ｚ、２Ｚと、必要な場合には積層される拡散層４Ｚ、４Ｚからなる電極（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）３Ｚが用いられ、該電極３Ｚは、燃料ガス（水素）および酸化剤ガス（酸素、通常は空気）を供給するためのガス流路５Ｚを有するセパレータ（集電体）６Ｚにより挟持されて単位モジュールとされる。
【０００３】
燃料電池の発電効率を高めるために、電極やセパレータ（集電体）などの性能を客観的に評価することが必要とされる。特に、セパレータのガス流路形状は、電極（電解質膜）への反応ガスの供給態様や発電の結果として生成される水の排出態様などに影響を与えるので、性能のよい単位モジュールを得るためにセパレータのガス流路形状を評価することは重要な課題となる。
【０００４】
ところで、従来のこの種の評価装置は、特許文献１（特開平５−２０５７６２号公報）に記載のように、電極と製品として製造されたセパレータとを一体に組み込んだ単位モジュールに対して反応ガスを流通させ、ガス流路も含めた単位モジュール全体としての発電性能を評価するのが一般的である。セパレータ単独の評価装置が特許文献２（特開平９−２８３１６８号公報）に記載されるが、これは製品としてのセパレータのガスリーク性を試験するにすぎない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２０５７６２号公報
【特許文献２】
特開平９−２８３１６８号公報
【０００６】
【発明が解決すべき問題点】
現在、セパレータの製造には、所望のガス流路形状を設定し、その形状データに基づくガス流路を含むようにしてセパレータ型を設計する。その設計に基づき実際に型を製作してセパレータを試作し、所望の形状どおりにガス流路が形成されていない場合には型修正を行う。通常、この型修正が数回繰り返されて、所望のガス流路を持つセパレータが完成する。このような経緯を取るために、セパレータの完成までに数ヶ月にわたる長い日数を要している。さらに、このようにして製造されたセパレータが電極と共に組み込まれて単位モジュールとされ、それが、例えば特許文献１に記載したような試験装置にセットされて、そのガス流路も含めた単位モジュールとしての評価が行われる。このような工程を踏んで行われるために、１つのガス流路に対する評価結果を得るまでに半年〜１年の期間を要しているのが現状であり、当該電極に応じた最善の流路形状を決定するにはさらに長い期間を必要とし、そのことが製品開発スピードを遅くする一因となっている。このことは、特許文献２に記載のセパレータのガス透過性試験装置での評価にも当てはまる。
【０００７】
また、従来の評価は、上記のように、単位モジュールとして組み込んだ状態での評価であり、評価結果がガス流路形状そのものに起因するものであるかどうか判別するのは容易でない。なぜなら、同じ電極に対し、異なったガス流路形状を持つ複数種のセパレータを交換して配置し、同じ条件で運転することにより、はじめてガス流路そのものの良否を評価することが可能となるが、完成した単位モジュールでは電極とセパレータは周囲に配置した接着剤により一体化が行われており、電極に損傷を与えることなくセパレータを分離することが困難であると共に、評価結果はセパレータ精度や、接着方法、接着構造などの影響をも受けることによる。
【０００８】
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、燃料電池で用いられるセパレータのガス流路の評価を迅速に行えるようにして製品開発スピードを大幅に向上させること、および、ガス流路そのものの評価を容易にかつ確実に行うこと、のできる燃料電池ガス流路評価方法と装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による評価方法は、燃料電池のセパレータに成形されるガス流路を評価する方法であって、流路形状データに基づき流路を形成した疑似集電体を作り、該疑似集電体を電極と組み合わせて疑似モジュールとし、該疑似モジュールを実際のモジュールの運転状態に近似した環境におき、疑似集電体のガス流路に所要のガスを流して運転を行い、運転から得られるデータにより疑似集電体に形成したガス流路の評価を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、例えば適宜の工作機械を用いて、実際のセパレータに形成しようとする流路形状と同じ形状のガス流路を、流路形状データに基づき、所要の材料表面に形成し、それが疑似集電体とされる。この工程は成形型を必要としないので短時間で行うことができる。流路を形成する疑似集電体の材料は、所要の導電性を有していれば実際のセパレータに用いる材料と同じである必要はない。材料の違いに起因する入手データの校正は計算により容易に行うとができる。
【００１１】
そのようにして得た疑似集電体を、電極（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と組み合わせて疑似モジュールとし、その疑似モジュールを実際のモジュールの運転状態に近似した環境において燃料電池としての運転を行い、所要のデータを得る。入手データは任意であるが、燃料電池の運転時にガス流路形状の影響を受けやすいデータであることが望ましく、例えば、初期・耐久後放電性能変化、流路圧損、集電体温度分布、電極ダメージ変化などに関するデータの全部またはそのいずれかであるのが実際的である。得られたデータが不都合なものであるときには、異なった流路形状を持つ疑似集電体に置き換えて、同じ条件で運転しデータを得る。以下、最適値が得られるまでこれを繰り返す。
【００１２】
上記のように異なった流路形状を持つ疑似集電体を調製するのに長い時間を要しないので、短い時間で最適な流路形状を評価することが可能となる。以下、ここで決定した流路データに基づき型を起こし、製品としてのセパレータ本体を製造する。製造されたセパレータ本体に対してモジュールに組み込んでの評価試験を行う必要がないことはもちろんである。
【００１３】
評価に際して、疑似集電体と電極とを非接着状態で圧接して疑似モジュール化することはきわめて望ましい。もちろん、その際に、疑似モジュール全体は他の密封手段により密封された環境下におかれる。この態様では、１つの疑似集電体についての評価を行った後に当該疑似集電体を取り外すときに、使用した電極に何の損傷も与えない。従って、同じ電極を用いてかつ同じ条件の下で、異なったガス流路形状を持つ複数の疑似集電体について評価を行うことが容易となり、流路形状そのものの評価を容易かつ迅速に行うことができる。
【００１４】
本発明は上記の方法を効果的に実施するための装置も開示する。すなわち、本発明による燃料電池のセパレータに成形されるガス流路を評価する装置は、流路形状データに基づき流路を形成した第１疑似集電体を交換自在に支持する第１支持体と、流路形状データに基づき流路を形成した第２疑似集電体を交換自在に支持する第２支持体と、第１支持体と第２支持体を第１疑似集電体と第２疑似集電体とが電極を挟んで対向しかつ密接状態となる第１姿勢と互いに離間した状態となる第２姿勢とを選択的に取りうるようにする第１移動手段と、第２姿勢のときに第１支持体と第２支持体のいずれか一方をほぼ水平な姿勢とし、第１姿勢のとき第１支持体と第２支持体の双方を垂直な姿勢とする第２の移動手段と、第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体の少なくとも一方を他方に対して加圧する加圧手段と、第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体とその間に挟持した電極とで構成される疑似モジュールを密封状態とする密封手段と、第１姿勢にあるときに第１疑似集電体と第２疑似集電体に形成したガス流路に疑似モジュールの運転に必要なガスを供給する手段と、疑似モジュールの運転結果のデータを収集するデータ収集手段と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１５】
上記装置の使用に当たっては、最初に第１支持体と第２支持体に上記方法の発明で説明した疑似集電体に相当する第１と第２の疑似集電体を取り付ける。そして、第１支持体と第２支持体を互いに離間した状態である第２姿勢とする。その際に、少なくとも一方の支持体は第１移動手段によりほぼ水平な姿勢とされる。水平姿勢にある支持体に取り付けた疑似集電体の上に電極（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）をおく。電極は薄く曲がり易いが、セットしようとする疑似集電体は水平姿勢にあるのでセッティングは容易である。
【００１６】
その後、第１移動手段により他方の支持体を移動して、第１支持体と第２支持体とを、第１疑似集電体と第２疑似集電体とが電極を挟んで対向しかつ密接した状態となる第１姿勢とする。第１姿勢になったときに、加圧手段により一方の疑似集電体を他方の疑似集電体に向けて押し付ける。このときの圧力は、当該電極が実際に燃料電池として組み込まれたときに電極に作用する圧力とされる。また、第１姿勢になったときには、第１疑似集電体と第２疑似集電体とその間に挟持した電極とで構成される疑似モジュールは、適宜の密封手段により外部から密封された状態におかれる。
【００１７】
その状態で（第１姿勢を保持した状態で）、第２移動手段を作動して、水平状態にある第１支持体と第２支持体の双方を垂直な姿勢とする。この垂直姿勢は実際の燃料電池が運転されるときの姿勢である。この姿勢になったときに評価試験を開始する。すなわち、ガス供給手段を作動して、第１疑似集電体と第２疑似集電体のいずれか一方のガス流路に燃料ガスを、他方のガス流路に酸化剤ガスを流し込む。このときのガス供給条件は実際のモジュールの運転時と同じとされる。疑似モジュールの運転に必要なガスの供給を継続して行い、その間に評価に必要なデータを収集する。所要のデータの収集と分析を行い、当該疑似集電体の評価試験は終了する。
【００１８】
データ収集後、第２移動手段を操作して第１支持体と第２支持体を水平な姿勢に戻し、第１移動手段を作動して第１支持体と第２支持体を第１姿勢から双方が隔離した第２姿勢とする。その後、第１支持体と第２支持体から第１疑似集電体と第２疑似集電体を取り外し、次に評価しようとする別の第１疑似集電体と第２疑似集電体を取り付け、好ましくは同じ電極をいずれかの疑似集電体の上にセッティングする。以下、同じ操作を繰り返し行う。この装置を用いることにより、セパレータの流路形状を短い時間で評価することができることは、上記方法の発明の説明で記載したとおりである。
【００１９】
前記した密封手段は任意である。しかし、第１疑似集電体と第２疑似集電体とその間に挟持した電極との間での接着による封止を含まないことは好ましい。この態様とすることにより、評価試験後に、第１支持体と第２支持体を第１姿勢から第２姿勢とするときに、電極に何の損傷を与えることなく、第１疑似集電体と第２疑似集電体と電極とをそれぞれ分離することができ、それらの再使用が容易となる。また、同じ電極を繰り返し使用できるので、より客観的に流路評価が可能となる。
【００２０】
好ましくは、第１支持体と第１疑似集電体の間および第２支持体と第２疑似集電体の間には絶縁材が配置される。絶縁材は樹脂材料が好ましいが、セラミックなどであってもよい。絶縁材を配置することにより、外乱のない状態で、疑似モジュールからより正確でデータを得ることができる。
【００２１】
本発明の装置において、加圧手段は第１あるいは第２支持体を直接加圧しそれにより疑似集電体同士が圧接されるような形態でもよい。しかし、疑似モジュールに対する密封の確実性や操作のし易さを考慮すると、加圧手段が配置される側の支持体は、そこに支持する疑似集電体と加圧手段との間に樹脂材料で作られたピストンを備えるようにし、加圧手段は該ピストンを介して疑似集電体を加圧する形態とすることは望ましい。該ピストンは絶縁材を兼ねると共に、ピストン周壁と支持体との間の密封を確実にするために、ピストンの周壁と支持体との間には密封パッキンが備えられる。
【００２２】
第１支持体と第２支持体が離間した状態である第２姿勢は、互いに平行な姿勢を維持して上下方向に離間した状態であってもよい。しかし、この態様の場合には、一方の支持体を上下方向に移動するための移動手段（第１移動手段）や加圧手段との関係で、装置の高さが高くなり、第１支持体と第２支持体を垂直な姿勢としたときに、広いスペースを必要とする。それを回避するために、好ましくは、第１支持体と第２支持体とをヒンジ結合とし、第１移動手段により第１支持体と第２支持体のいずれか一方がヒンジ点を中心に回動移動して前記第２姿勢となるように構成する。その際に、装置の使いやすさから、加圧手段を回動移動する側の支持体に装着することが望ましい。
【００２３】
また、第１支持体と第２支持体をヒンジ結合した場合、両者を第１姿勢としたときに、機械加工精度の問題から、第１支持体と第２支持体の対向する表面同士の平行度を高く維持することが困難となる場合がある。そのために、第１姿勢のときに、第１支持体と第２支持体のいずれか一方を他方に向けてわずかに移動させ得る手段をさらに備えることは望ましい。
【００２４】
実際の単位モジュールでは外周に帯状に塗布した接着剤により電極とセパレータは密封と一体化が図られる。そして、接着剤がガス流路に侵入するのを阻止するために、土手がガス導入流口を除く全周に配置される。このような土手に相当するものとして第１疑似集電体と第２疑似集電体のいずれか一方または双方の外周に閉ループ状に凸条のパッキング材が取り付け、ガス入口、ガス流路、ガス出口をすべてその内部領域に形成することは好ましい。それにより、製品形状に近似しながら、両極（第１と第２の疑似集電体）のガスバイパスを効果的に阻止することが可能となり、より実機に近い諸データを入手することができる。
【００２５】
【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ガス流路評価方法を実施するための装置Ａの一例の要部を示す断面図であり、図２でのａ−ａ線位置での断面を示している。図２は、図１でのＬ−Ｌ線での上方から見た分割面を示している。図１において、Ｌ−Ｌ線よりも上に位置するものが本発明でいう第１支持体および第２支持体の一方（ここでは第１支持体５０とする）に相当し、その下に位置するものが他方（第２支持体１０とする）に相当する。第１支持体５０と第２支持体１０はともに全体として平面視ほぼ円形であり、両者は周縁部をねじ１で締め付けることにより、図１に示すように互いに密接した状態（本発明でいう「第１姿勢」）となり、ねじ１を取り外すことにより互いに離間した状態（本発明でいう「第２姿勢」）を取りうるようになっている。
【００２６】
最初に第２支持体１０を説明する。第２支持体１０は、支持フレームである下部ブロック１１と、その上面に位置する絶縁材として機能する樹脂板１２と、さらにその上に位置する保持部材１３とを備える。後記するように保持部材１３は本発明でいう「第２疑似集電体２０」を保持するためのものであり、ねじ１４により樹脂板１２とともに下部ブロック１１に着脱自在に装着されている。樹脂板１２と保持部材１３はともに表裏面が平行かつ平坦面とされた薄板状部材である。保持部材１３は第２疑似集電体２０を収容する開口を有しており、該開口を囲むようにして密封材料としてのＯ−リング１５が取り付けてある。また、保持部材１３の外周縁近傍の表裏面にも密封材料としてのＯ−リング１５ａが取り付けてある（図２も参照）。
【００２７】
第２疑似集電体２０は表裏面が平行な薄板状部材であり、銅のような高い導電性を持つ材料で作られる。好ましくは、実際の燃料電池で使用されるセパレータ（集電体）と同じ厚みとされるが、異なっていても差し支えない。その表面には、図２に示すように、評価しようとするセパレータのガス流路と同じ形状のガス流路２１が削り出しなど適宜の工作法により形成され、さらに、ガス流路２１に接続するガス入口２２、ガス出口２３も形成される。その外周には閉ループ状に凸条のパッキン材２４も取り付けられている。さらに、第２疑似集電体２０の裏面には冷却水が循環するための水路２５も形成される。第２疑似集電体２０はねじ１６により樹脂板１２と一体化され、その状態でねじ１４により下部ブロック１１に装着される。
【００２８】
図１に示すように、第２支持体１０は装着した第２疑似集電体２０の水路２５に冷却するを供給する冷却水導入ポート１７および冷却水排出ポート１８を有しており、さらに、評価運転中での第２疑似集電体２０の温度を測定する熱電対２、運転中の電力を取り出す出力端子３などのデータ収集手段も備えている。また、図示されないが、装着した第２疑似集電体２０のガス入口２２に反応ガスを供給するガス供給ポートおよびガス排出ポートも備えている。
【００２９】
第１支持体５０の構成は基本的に前記した第２支持体１０と同じである。すなわち、前記保持部材１３に相当する保持部材５３を有し、そこに形成した開口内に本発明でいう「第１疑似集電体７０」を収容するようになっている。保持部材５３と第１疑似集電体７０との位置的関係は、保持部材１３と第２疑似集電体２０の場合と同じであり、また、第１疑似集電体７０はガス流路やガス入口、ガス出口あるいは水路７１が鏡面対象に形成されている点を除いて第２疑似集電体２０と同じである。ただし、保持部材５３の厚みは第１疑似集電体７０の厚みよりもわずかに（数ｍｍ程度）薄くされている。
【００３０】
また、第１支持体５０において、前記下部ブロック１１に相当する上部ブロック５１の形状は、第２支持体１０と異なる。すなわち、上部ブロック５１は筒状体であり、内部に形成される円筒状の空間には樹脂製のピストン５２が気密にかつ上下方向に摺動できるようにして挿入されている。ピストン５２の外周壁にはＯ−リング５５が設けてあり、上部ブロック５１の内周面とピストン５２の外周壁との密封性を確保している。また、樹脂製ピストン５２の上には剛性の高い背面材５６が位置している。該背面材５６も、外周面に取り付けた表面が平滑な滑り材５７を介して、上部ブロック５１の円筒状空間内を気密を保持した状態で上下に摺動できるようになっている。
【００３１】
組み付けに当たり、第１疑似集電体７０を内嵌合的に支持した状態で、保持部材５３をねじ５４により上部ブロック５１の下面に取り付ける。保持部材５３の上面にはＯ−リング５５ａが取り付けてあり、取り付け面の気密性は確保される。ねじ５８によりピストン５２と背面材５６とを一体化しておき、それを上部ブロック５１の円筒状空間内に挿入する。そして、ねじ５９により第１疑似集電体７０をピストン５２の下面に一体化する。それにより、第１疑似集電体７０およびピストン５２は外部から密封された状態で、上部ブロック５１に対して上下方向に摺動できるようにして組み付けられる。
【００３２】
図１に示すように、第１支持体５０にも、背面材５６とピストン５２を通過するようにして、第１疑似集電体７０の水路７１に冷却水を供給する冷却水導入ポート１７および冷却水排出ポート１８が形成されており、さらに、評価運転中での第１疑似集電体７０の温度を測定する熱電対２、運転中の電力を取り出す出力端子３などのデータ収集手段も備えている。また、装着した第１疑似集電体７０のガス入口７２に反応ガスを供給するガス供給ポート４およびガス排出ポートも備えている。
【００３３】
図１において、６０は加圧手段であり、６１はロードセルである。図１には示されない上部ブロック５１側に連続するフレームに対して加圧手段６０を取り付けて、背面材５６の中央部から背面材５６に荷重をかける。それにより、ピストン５２は背面材５６とともに下方に押し下げられ、対向して密接している第１と第２の疑似集電体７０，２０とを圧接状態とする。なお、ピストン５２の下方への摺動は、保持部材５３の厚みが第１疑似集電体７０の厚みよりもわずかに薄くされていることにより、担保される。
【００３４】
評価試験に当たっては、第２支持体１０と第１支持体５０を互いに離間した第２姿勢とし、例えば第２支持体１０側の第２疑似集電体２０の上に電極（不図示）を置く。その状態で、第１支持体５０を、その第１疑似集電体７０が第２疑似集電体２０と対向するようにして、第２支持体１０に密接した状態、すなわち本発明でいう「第２の姿勢」とする。そして、ねじ１を締め付けて一体化し、加圧手段６０での加圧量をロードセル６１で検出しながら、実際の燃料電池での運転状態での圧力状態が得られるようにする。
【００３５】
上記の構成であり、荷重は支持フレームである上部ブロック５１とは分離した状態で疑似集電体に付加されるので、荷重の調整は容易にかつ自由に行うことができる。また、この装置では、第１疑似集電体７０と第２疑似集電体２０と電極とで構成される疑似モジュールへの加圧と該疑似モジュールの外気との封止は完全に独立しており、密封手段とは無関係に疑似モジュールのみへ荷重を加えることができるので、評価にもっとも適した荷重付与が可能となり、ガス流路に対する正しい評価を得ることができる。また、密封も図示のようにＯ−リングのみで行うことが可能であり、構成が簡素化される。
【００３６】
そのために、疑似モジュールの封止に、実際のモジュールでのように接着による封止を用いる必要がなく、評価試験後に、第１支持体５０と第２支持体１０を第１姿勢から第２姿勢とするときに、電極に何の損傷を与えることなく、第１疑似集電体７０と第２疑似集電体２０と電極とをそれぞれ分離することができる。そのために、同じ電極を繰り返し使用することが可能となり、より客観的に流路評価が得られる。必要なねじ止めを解除することにより、疑似集電体を他の疑似集電体と交換することも容易に行うことができる。
【００３７】
本発明の装置において、第１支持体５０と第２支持体１０とを平行に密接した第１姿勢から互いに隔離した第２姿勢とする態様は任意であり、図１に示す第１姿勢から第１支持体５０を図示しない適宜の移動手段（第１移動手段）により垂直方向上方に移動して第２姿勢としてもよい。しかし、実際にガス流路の評価を行うときには、平行に密接した第１支持体５０と第２支持体１０とをその姿勢を支持したまま垂直姿勢とすることとなるが、そのときのスペースを小さくすることができるように、第１支持体５０と第２支持体１０とをヒンジ結合とし、第１移動手段により第１支持体５０と第２支持体１０のいずれか一方がヒンジ点を中心に回動移動して前記第２姿勢となるように構成することが好ましい。
【００３８】
図３は、そのための機構を組み込んだ本発明による評価装置の一例を示す側面図であり、この中には図１、２に基づき説明した要部構成が組み込まれている。なお、図３において同じ部材には同じ符号を付している。図３に示す装置において、第１支持体５０は第１支持機枠８１を備え、第２支持体１０は第２支持機枠８２を備える。そして、第１支持機枠８１と第２支持機枠８２とはヒンジ点８３により回動自在に枢着されている。また、第１支持体５０と第２支持体１０の間には本発明にいう「第１移動手段」を構成するハンドル８４を備えたねじ移動手段８５と油圧アクチュエータ８６とにより連結されており、それらを操作することにより、第１支持体５０と第２支持体１０とは、図１に示す前記第１姿勢と図２に示す互いに離間した第２姿勢とを任意に取ることができるようにされている。
【００３９】
さらに、第２支持体１０側の第２支持機枠８２の下方端は、装置全体の支持台５に対して、第２支持体１０の中心線から偏位した位置（前記ヒンジ点８３に近い位置）８７において、回動自在に枢支されている。そして、第２支持体１０と支持台５とは、本発明でいう「第２移動手段」を構成する、２つの油圧アクチュエータ８８、８９を介して接続されており、アクチュエータ８８、８９を適宜操作することによって、図５に仮想線で示すように、第１姿勢にある第１支持体５０と第２支持体１０の全体をその姿勢を維持したままで垂直な姿勢に移動できるようになっている。
【００４０】
図３の例では、加圧手段６０は上部ブロック５１側に連続するフレーム６３に対して、ハンドル６４、台形ねじ（不図示）を介し、背面材５６の中央部に電極法線方向に加圧できるようにして取り付けてあり、ハンドル６４を操作することにより背面材５６に上部ブロック５１とは独立して荷重がかかり、ピストン５２は背面材５６とともに下方に押し下げられる。荷重は、ロードセル６１により計測される。
【００４１】
評価に当たっては、第１、第２の支持手段５０、１０に評価しようとする第１、第２疑似電極７０、２０を取り付けて、第２移動手段（アクチュエータ８８、８９）を操作して第２支持手段１０を水平姿勢とする。次に、第１移動手段（ねじ移動手段８５、アクチュエータ８６）を操作して、第１支持手段５０を図２に示す上方に回動した位置（第２姿勢）とし、その状態で、第２疑似電極２０の上に電極をセットする。第２疑似電極２０は水平姿勢であり、このセッティングは容易である。次に、再度第１移動手段を操作して、第１支持体５０を第２支持体１０に向けて回動し、図３に示す両者を密接した第１姿勢とする。それにより、第１支持体５０を第２支持体１０の間には疑似モジュールが形成されるので、加圧手段６０を操作して該疑似モジュールに所要の圧力を付与し、評価試験を行いうる状態とする。
【００４２】
その状態で、第２移動手段を操作して全体を図５に仮想線で示す垂直姿勢とする。この姿勢は実際の燃料電池が運転される姿勢である。その状態で、第１と第２の疑似集電体７０、２０に形成したガス流路に反応ガスを流し、必要に応じて冷却水路に冷却水を流して、実際の運転環境に近似した環境を作り上げる。そのようにして疑似モジュールの運転を行いながら、所要のデータを得、ガス流路の評価を行う。
【００４３】
図３〜図５に示した装置のように、第１支持体５０と第２支持体１０とをヒンジ点を介して回動自在に支持した構造体では、機械加工精度によっては、対向する面同士が完全に平行面となりがたく、第１姿勢としたときに密封性が不十分となることが起こりうる。図６はそれを回避しようとするものであり、第２支持体１０側の第２支持機枠８２に形成したヒンジ部をわずかに上下方向に移動可能とし、バネ９０の力で第１支持機枠８１と第２支持機枠８２との間に隙間ができる構造としている。なお、図６で９１はバネ９０の力を調節するためのネジ手段である。このような調製手段を介在させることにより、機械加工精度に影響を受けることなく第１支持体５０と第２支持体１０の平行度、すなわち、第１疑似集電体７０と第２疑似集電他２０との平行度を確実に維持することが可能となり、より正確なガス流目評価試験を行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように本発明による燃料電池ガス流路評価方法と装置によれば、燃料電池で用いられるセパレータのガス流路の評価を迅速に行うことが可能となり、製品開発スピードを大幅に向上させることができる。また、同じ電極（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を用いて多種類のガス流路試験を行うことができるので、外乱を排除した状態でガス流路そのものの評価を容易かつ確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池ガス流路評価方法を実施するための装置の一例の要部を示す断面図であり、図２でのａ−ａ線位置での断面を示している。
【図２】図１のＬ−Ｌ線による分割面を上方から見た部分図。
【図３】本発明による燃料電池ガス流路評価装置の全体を示す側面図。
【図４】図１の装置において、第１支持体と第２支持体とが分離した姿勢となった状態を示す図。
【図５】図１の装置において、第１支持体と第２支持体とが垂直姿勢となった状態を示す図。
【図６】ヒンジ部の一例を拡大して示す図。
【図７】単位モジュールの一例を示す図。
【符号の説明】
Ａ…燃料電池ガス流路評価方法装置、２…熱電対、３…出力端子、４…ガス供給ポート、５…装置全体の支持台、１５、１５ａ…Ｏ−リング、１７…冷却水導入ポート、１８…冷却水排出ポート、１０…第２支持体、１１…下部ブロック、１２…樹脂板、１３…保持部材、２０…第２疑似集電体、２１…ガス流路、２２…ガス入口、２３…ガス出口、２４…パッキン材、２５…冷却水路、５０…第１支持体、５１…上部ブロック、５２…樹脂製のピストン、５３…保持部材、５５…Ｏ−リング、５６…背面材、７０…第１疑似集電体、７２…ガス入口、７１…冷却水路、６０…加圧手段、６１…ロードセル、８１…第１支持機枠、８２…第２支持機枠、８３…ヒンジ点、８７…枢支点
【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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