(57)【要約】【課題】燃料電池において、内部で発生した水滴を抽出する画像処理に適した撮影画像を得ることができるようにする。【解決手段】燃料電池１０は、アノード１２と、固定高分子の電解質膜１１と、カソード１３とが順に積層した膜電極接合体１４を、２枚のセパレータ１９で挟持した構造を有している。セパレータ１９は、透明板１７を有しており、外部から膜電極接合体１４を観察できる。燃料電池１０のカソード１３表面には、防反射処理が施されている。このため、カメラの撮像画像では、撮影用の照明をカソード１３表面に照射するが、カソード１３表面の反射光が抑制される。よって、画像処理において、水滴を正確に抽出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、電解質膜と、カソードとを順に積層した膜電極接合体と、
この膜電極接合体を挟持するセパレータと
を有し、
セパレータは、少なくとも一部が透明であって、透明の部分を通して外部より前記膜電極接合体を観ることができる燃料電池において、
前記透明の部分に対応する前記カソードの表面に、光の反射を防止する防反射処理がなされたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の試験用燃料電池において、
前記防反射処理は、前記カソードの表面に塗料を塗布することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池、特に外部から膜電極接合体を観察することができる固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に水素と酸素を電気化学反応させて電気を取り出す装置である。近年、アノードとカソードの間の電解質に固体高分子を用いた固体高分子型の燃料電池が開発され、その優れた車載性から、自動車等の車両用の電力供給源として期待されている。しかし、燃料電池の実用化には、さまざまな課題があるため、研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池の性能は、使用条件（例えば、ガス量、ガス圧、温度、湿度、膜電極接合体の材質）により異なる。すなわち、使用条件により、発電の性能が異なる。そこで、開発段階において、さまざまな使用条件による燃料電池の性能を正確に評価することが要求される。
【０００４】
従来から、電気化学反応により生成した水滴を観察することは、発電性能を評価する一つの手段とされている。特に、燃料電池の内部における水滴の生成状態や分布を観察することは、燃料電池の運転状態における発電性能を評価する上で重要な要素となる。
【０００５】
特許文献１には、燃料電池の膜電極接合体に分布する水分を観察するため、セパレータの一部に透明板を用いて、膜電極接合体を可視化したものが開示されている。これにより、目視によって、膜電極接合体に発生した水滴の状態を観察することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０７９０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、目視による水滴の観察では、燃料電池の性能を正確に評価することは難しい。すなわち、燃料電池の運転状態において、時々刻々と変化していく水滴の状態を正確に把握することは困難である。やはり、燃料電池の性能を評価するためには、目視による水滴の観察ではなく、水滴の状態を定量化することが望ましい。
【０００８】
上記公報に記載された装置において、透明板を介して膜電極接合体に発生した水滴を撮影し、これにより得られた画像を処理することにより、水の発生量を計測することが考えられる。しかし、膜電極接合体表面で、撮影用の照明が反射し、この反射光が画像処理時にノイズとなって、水滴を十分に抽出することができない。
【０００９】
本発明は、水滴部分を抽出する画像処理に適した撮影画像を得ることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、アノードと電解質膜とカソードとを順に積層した膜電極接合体と、この膜電極接合体を挟持するセパレータとを有し、セパレータは、少なくとも一部が透明であって、透明の部分を通して外部より前記膜電極接合体を観ることができる燃料電池において、前記透明の部分に対応する前記カソードの表面に、光の反射を防止する防反射処理がなされたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の燃料電池は、前記防反射処理が前記カソードの表面に塗料を塗布することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池によれば、水滴部分を抽出する画像処理に適した撮影画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の断面図である。
【００１４】
燃料電池１０は、アノード１２と、固定高分子の電解質膜１１と、カソード１３とが順に積層した膜電極接合体１４（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を、二枚のセパレータ１９で挟持した構造を有している。このように、本実施形態の燃料電池１０は、単一のセルで構成されるが、通常の燃料電池は、セルを積層方向に多数積層させたセルスタック（図示せず）として使用される。本発明は、本実施形態の単一のセルの燃料電池に限定されるものではなく、セルを任意に多数積層させたセルスタックに適用してもよい。
【００１５】
アノード１２とカソード１３は、電極触媒層（図示せず）とガス拡散層（図示せず）が積層している積層体である。電極触媒層は、電解質膜１１に面しており、例えば白金等の触媒を担持した触媒担持カーボンからなる。ガス拡散層は、セパレータ１９に面しており、例えばカーボンペーパー等の炭素系材料からなる。
【００１６】
アノード１２及びカソード１３がセパレータ１９に接している表面、すなわち、ガス拡散層がセパレータ１９に接している表面には、防反射処理が施されている。防反射処理が施されたガス拡散層は、外部からの光の反射を防止する。防反射処理は、塗料１８を塗布してもよい。この塗料１８は、例えば、つや消しの塗料であり、塗料１８の色は、炭素系材料からなるガス拡散層が黒色であるため、同等の黒色又は透明色が好適である。例えば、関西ペイント製ＡＬＥＳＣＯ（登録商標）アクリルラッカースプレー（商品名）のつやけしブラックが用いられる。
【００１７】
セパレータ１９には、アノードとカソードに満遍なくガスを供給する流路が形成されている。すなわち、アノード１２側のセパレータ１９には、アノード１２に水素ガスを供給するための水素ガス流路１５が形成されおり、カソード１３側のセパレータ１９には、カソード１３に酸素ガスを供給するための酸素ガス流路１６が形成されている。また、セパレータ１９には、燃料電池を冷却するための冷媒を流す冷媒流路（図示せず）が形成されている。
【００１８】
セパレータ１９は、カーボンまたは金属または樹脂の何れか、または、これらの組み合わせからなる。本実施形態のセパレータ１９の一部には、透明板１７が設けられている。透明板１７は、例えば透明な樹脂板（アクリル板）である。これにより、セパレータ１９は、透明板１７を介して外部から燃料電池１０の内部、すなわち膜電極接合体のガス拡散層表面を観ることができる。
【００１９】
本実施形態では、膜電極接合体１４を挟持している二枚のセパレータ１９の一部に透明板１７を設けているが、燃料電池１０の内部を可視化する目的にあわせて透明板１７を設けてよい。例えば、カソード１３で発生する水滴を観察したいのであれば、カソード１３側のセパレータ１９のみに透明板１７を設けることになる。また、セルスタック状の燃料電池１０においては、セルスタックの両端部のセパレータ１９のみに透明板１７を設けることになる。
【００２０】
燃料電池１０の電気化学反応について説明する。アノード１２において、セパレータ１９の水素ガス流路１５を通じて供給された水素ガスが拡散する。そして、アノード１２の触媒作用により、次の式に従って、水素ガスが、水素イオンと電子に解離される。
Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-
【００２１】
水素イオンは、プロトン電導性を有する電解質膜１１を透過して、カソード１３に移動する。また、電子は、外部回路（図示せず）を通じてカソード１３に移動する。
【００２２】
一方、カソード１３において、セパレータ１９の酸素ガス流路１６を通じて供給された酸素ガスが拡散する。そして、アノード１２から移動した水素イオン及び電子が、カソード１３の触媒作用により酸素と反応し、次の式に従って、水を生成する。
２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  ＋  （１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ
【００２３】
この膜電極接合体１４における一連の電気化学反応により、燃料電池１０は外部へ電力を供給することができる。また、カソード１３で生成した水は、水滴となり酸素ガス流路１６へ導かれ、酸素ガス流路１６から燃料電池１０の外部へ放出される。このとき、水滴がカソード１３からにじみ出てくる様子を、燃料電池１０の外部から透明板１７を介して観察することができる。
【００２４】
次に、燃料電池１０の内部で発生した水滴を撮影し、画像処理する装置について説明する。図２は、本発明に係る燃料電池を用いた画像処理装置の概略構成を示す図である。画像処理装置２０は、燃料電池１０に光を照射する投光器２２と、燃料電池１０で発生した水滴を撮影するカメラ２１と、この撮影された画像を処理するコンピュータ２３を含む。また、画像処理装置２０は、燃料電池１０の出力を計測する放電器２４を有している。
【００２５】
カメラ２１は、外部から透明板１７を介して、燃料電池１０の内部で発生した水滴を撮影する。このとき、投光器２２は、カメラ２１が水滴を撮影できるように、燃料電池１０に光を照射する。投光器２２の照射光は、例えば可視光である。可視光により燃料電池１０の内部が照射されるため、目視による観察もできる。
【００２６】
ここで、カメラ２１の撮影画像について図を用いて説明する。図３は、従来の燃料電池の撮影画像を示す図である。図３は、従来の燃料電池３０において、外部から透明板を介してセパレータ３３とカソード３４を撮影した画像である。カソード３４の表面は、滑らかな表面を形成している炭素系材料で構成されている。そのため、炭素繊維３１の反射光により、カソード３４の表面が乱雑な画像となり映し出される。この画像には、カソード３４の表面に、水滴３２が映し出されている。水滴３２の認識は、反射光により略楕円を形成することによる。しかし、カソード３４の表面の炭素繊維３１の反射光がノイズとなり、水滴３２部分を正確に認識することが困難である。つまり、コンピュータ２３を用いたとしても、図３の撮影画像から水滴３２部分を正確に抽出することが困難になる。
【００２７】
一方、図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池の撮影画像を示す図である。図４は、本実施形態の燃料電池１０において、図３と同様に、外部から透明板を介してセパレータ３３とカソード３４を撮影した画像である。カソード３４の表面には、上述したとおり防反射処理が施されている。このため、カソード３４の表面、すなわち、炭素繊維３１の反射光が抑制される。よって、この画像には、カソード３４の表面に、水滴３２である略楕円形状の反射光のみ映し出される。よって、コンピュータ２３は、図４の撮影画像から水滴３２部分を正確に抽出することができる。
【００２８】
コンピュータ２３は、カメラ２１で撮影された画像を取り込み、この画像を処理する機能を有している。すなわち、コンピュータ２３は、カメラ２１が撮影した画像において固定された背景を減算し、水滴部分を抽出することができる。そして、コンピュータ２３は、前記処理を一定時間毎に繰り返し行うことにより、カソード１３表面の水滴の形状の時間的変化、水量、流れ方向等を定量的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池を用いた画像処理装置の概略構成を示す図である。
【図３】従来の燃料電池の撮影画像を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池の撮影画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  燃料電池、１１  電解質膜、１２  アノード、１３  カソード、１４  膜電極接合体、１５  水素ガス流路、１６  酸素ガス流路、１７  透明板、１８  塗料、１９  セパレータ、２０  画像処理装置、２１  カメラ、２２  投光器、２３  コンピュータ、２４  放電器、３０  従来の燃料電池、３１  炭素繊維、３２  水滴、３３  セパレータ、３４  カソード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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