(57)【要約】【課題】電解質膜に応力を作用させることなく耐久性評価を行うことができる電解質膜耐久性評価装置を提供する。【解決手段】電解質膜１１０の耐久性を評価する電解質膜耐久性評価装置であって、電解質膜１１０の一方の面に、第１ガスを供給する第１ガス供給手段１０ａと、電解質膜１１０の他方の面に、第１ガスとは組成の異なる第２ガスを供給する第２ガス供給手段１０ｂと、第１ガスの湿度を制御する第１湿度制御手段４０ａ、４１ａと、第２ガスの湿度を制御する第２湿度制御手段４０ｂ、４１ｂと、電解質膜１１０の損傷を第１ガスまたは第２ガスの少なくともいずれか一方のガス濃度変化により検出する電解質膜損傷検出手段５１ａと、を備える。【選択図】図１
2007311191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の耐久性を評価する電解質膜耐久性評価装置であって、
前記電解質膜の一方の面に、第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、
前記電解質膜の他方の面に、第１ガスとは組成の異なる第２ガスを供給する第２ガス供給手段と、
前記第１ガスの湿度を制御する第１湿度制御手段と、
前記第２ガスの湿度を制御する第２湿度制御手段と、
前記電解質膜の損傷を第１ガスまたは第２ガスの少なくともいずれか一方のガス濃度変化により検出する電解質膜損傷検出手段と、
を備えることを特徴とする電解質膜耐久性評価装置。
【請求項２】
前記第１ガスまたは第２ガスのいずれかが不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項３】
前記第１ガスまたは第２ガスのいずれか、もしくは双方の湿度制御手段が複数あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項４】
前記複数の湿度制御手段は、供給ガスを直接導入する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項５】
前記複数の湿度制御手段の内、いずれかの湿度制御手段に切り替えることが可能であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項６】
前記電解質膜が格納容器に収容され、該容器内には、前記電解質膜の一方の面に面する空間と、前記電解質膜の他方の面に面する空間と、が区画形成され、
一方の空間には前記第１ガス供給手段によって第１ガスが供給され、他方の空間には前記第２ガス供給手段によって第２ガスが供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項７】
前記電解質膜損傷検出手段は、前記一方の空間もしくは前記他方の空間のいずれかまたは双方に、あるいは前記一方の空間もしくは前記他方の空間のいずれかまたは双方のガス排出系に、設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項８】
前記電解質膜損傷検出手段は、１つの電解質膜損傷検出手段に対して、前記第１ガスまたは第２ガスを導入する複数の検出ポートからガスをサンプリングすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項９】
前記電解質膜損傷検出手段が電解質膜の損傷を検出した場合には、前記複数の検出ポートにおけるサンプリング順序を変更することを特徴とする請求項８に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項１０】
前記電解質膜損傷検出手段は、反応ガスまたは不活性ガスのガス濃度センサであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項１１】
前記電解質膜損傷検出手段は、水蒸気センサであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電解質膜耐久性評価装置。
【請求項１２】
電解質膜の耐久性を評価する電解質膜耐久性評価方法であって、
前記電解質膜の一方の面に、湿度を制御した第１ガスを供給するとともに、
前記電解質膜の他方の面に、湿度を制御した第１ガスとは組成の異なる第２ガスを供給し、
前記電解質膜の損傷を第１ガスまたは第２ガスの少なくともいずれか一方のガス濃度変化により検出することを特徴とする電解質膜耐久性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に用いられる電解質膜の耐久性を評価する電解質膜耐久性評価装置および電解質膜耐久性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電解質膜耐久性評価装置は、電解質膜の両面に圧力差を付けてガスを供給し、高圧側の圧力低下により電解質膜の損傷を検出していた（特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、電解質膜の一方の面に、供給ラインにより所定圧力の第１ガスを供給し、電解質膜の他方の面に、別の供給ラインにより第１ガスの圧力より低い所定圧力の第２ガスを供給する。分岐ラインを通る第１ガスおよび第２ガスは、それぞれバブラにより所定湿度に加湿される。
【０００４】
２つのバルブを用いて第１ガスの湿度が所定のサイクルで切り替えられ、別の２つのバルブを用いて第２ガスの湿度が所定のサイクルで切り替えられる。電解質膜に供給される第１ガスおよび第１ガスの圧力がそれぞれモニターされ、計測された圧力差に基づいて電解質膜の損傷が判定され、電解質膜が損傷するまでの時間が計測される。
【特許文献１】特開２００５−１６６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電解質膜耐久性評価装置は、電解質膜の両面に圧力差があることにより電解質膜に曲げ応力がかかり、その結果、損傷が加速されて劣化要因が複合化された状態で評価するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、電解質膜に応力を作用させることなく耐久性評価を行うことができる電解質膜耐久性評価装置および電解質膜耐久性評価方法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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る電解質膜耐久性評価装置は、電解質膜の耐久性を評価する電解質膜耐久性評価装置であって、前記電解質膜の一方の面に、第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、前記電解質膜の他方の面に、第１ガスとは組成の異なる第２ガスを供給する第２ガス供給手段と、前記第１ガスの湿度を制御する第１湿度制御手段と、前記第２ガスの湿度を制御する第２湿度制御手段と、前記電解質膜の損傷を第１ガスまたは第２ガスのガス濃度変化により検出する電解質膜損傷検出手段と、備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように構成された本発明に係る電解質膜耐久性評価装置によれば、電解質膜の両面に第１ガス供給手段と第２ガス供給手段とにより組成の異なる第１ガスと第２ガスとを供給し、電解質膜損傷検出手段が第１ガスまたは第２ガスのガス濃度変化により電解質膜の損傷を検出するので、電解質膜に応力を作用させることなく耐久性評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は第１の実施形態に係る電解質膜耐久性評価装置のガス供給および排出の配管系の構成例を示す概略図である。
【００１１】
図１を参照すると、第１の実施形態に係る電解質膜耐久性評価装置の配管系は、第１ガスを扱う第１供給ライン１０ａ、第１分岐ライン１２ａおよび第１排出ライン１４ａと、第２ガスを扱う第２供給ライン１０ｂ、第２分岐ライン１２ｂおよび第２排出ライン１４ｂと、から概ね構成されている。そして、第１供給ライン１０ａと第１排出ライン１４ａとの間、および第２供給ライン１０ｂと第２排出ライン１４ｂとの間には、電解質膜１１０を収容する試料格納容器１００が設けられている。第１ガスと第２ガスとはガス組成（ガス種）が異なり、たとえば、水素（Ｈ２）や酸素（Ｏ２）等の反応ガス、またはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを第１ガスと第２ガスとで組成が異なるように組み合わせて用いる。なお、第１ガスおよび第２ガスは、例示したガスに限定されるものではない。
【００１２】
第１供給ライン１０ａは、本発明の第１ガス供給手段に相当し、ガス供給の上流側から順に、バルブ２０ａ、レギュレータ２２ａ、圧力計２３ａ、マスフロー２４ａ、流量計２６ａ、加熱ヒータ２８ａ、バルブ３８ａ、加湿器４０ａ、バルブ４２ａ、圧力計３２ａ、露点計３４ａおよび保温ヒータ３６ａが設けられている。この第１供給ライン１０ａの下流端部は、電解質膜１１０によって仕切られた試料格納容器１００の第１空間（第１ガス室）１０６の流入側に接続されている。
【００１３】
バルブ２０ａは、これを開閉することによって、第１供給ライン１０ａへ第１ガスを供給し、または遮断する。
【００１４】
レギュレータ２２ａは、これより下流側の第１供給ライン１０ａに流れる第１ガスのガス圧を制限する。圧力計２３ａは、レギュレータ２２ａにより制限した第１ガスの圧力を測定する。
【００１５】
マスフロー２４ａは、これより下流側における第１供給ライン１０ａ内の第１ガスの流量を調節する。流量は任意に設定可能であるが、典型的な流量は１リットル／ｍｉｎである。流量計２６ａは、マスフロー２４ａにより調節された第１ガスの流量を測定する。
【００１６】
加熱ヒータ２８ａは、第１供給ライン１０ａを流れる第１ガスを所定の温度に加熱する。
【００１７】
バルブ３８ａは、第１分岐ライン１２ａの流入側接続部の下流側を開閉する。加湿器（バブラ）４０ａは、本発明の湿度制御手段に相当し、これを通過した第１ガスを所定の湿度に加湿する。バルブ４２ａは、第１分岐ライン１２ａの流出側接続部の上流側を開閉する。
【００１８】
バルブ３８ａは、電解質膜１１０の評価中は常時開放され、加湿器４０ａ内は加圧状態となっている。加湿器４０ａを通った第１ガスは、所定の湿度に調節される。バルブ４２ａは開度制御が可能であり、加湿器４０ａ内が常に加圧状態であるため、バルブ４２ａの開閉による第１供給ライン１０ａの圧力変動を抑制し、圧力が安定した第１ガスを試料格納容器１００の第１空間１０６に供給することができる。
【００１９】
第１分岐ライン１２ａは、その流入側接続部が上記バルブ３８ａの上流側に分岐接続され、その流出側接続部が上記バルブ４２ａの下流側に合流接続されており、第１供給ライン１０ａを流れる第１ガスを第１分岐ライン１２ａにバイパスさせうるようになっている。
【００２０】
この第１分岐ライン１２ａは、本発明の第１ガス供給手段の一部に相当し、第１ガス流の上流側から順に、バルブ３９ａ、加湿器４１ａおよびバルブ４３ａが設けられている。
【００２１】
バルブ３９ａは、第１分岐ライン１２ａの加湿器４１ａの上流側を開閉する。加湿器（バプラ）４１ａは、本発明の湿度制御手段に相当し、これを通過した第１ガスを所定の湿度に加湿する。バルブ４３ａは、第１分岐ライン１２ａの加湿器４１ａの下流側を開閉する。
【００２２】
バルブ３９ａは、電解質膜１１０の評価中は常時開放され、加湿器４１ａ内は加圧状態となっている。加湿器４１ａを通った第１ガスは、所定の湿度に調節される。バルブ４３ａは開度制御が可能であり、加湿器４１ａ内が常に加圧状態であるため、バルブ４３ａの開閉により第１供給ライン１０ａおよび第１分岐ライン１２ａの圧力変動を抑制し、圧力が安定した第１ガスを試料格納容器１００の第１空間１０６に供給することができる。
【００２３】
第１分岐ライン１２ａを通って加湿された第１ガスは、バルブ４２ａの下流側で第１供給ライン１０ａを流れる第１ガスと合流する。このように第１供給ライン１０ａから分岐した第１ガスを所定の湿度に加湿した後、第１供給ライン１０ａに合流させることにより、第１供給ライン１０ａと第１分岐ライン１２ａとの分岐点の上流側と、第１供給ライン１０ａと第１分岐ライン１２ａとの合流点の下流側とで配管抵抗を揃えることができるので、第１ガスの流量変動が抑制される。
【００２４】
本実施形態の第１ガスを扱う配管系では、湿度制御手段として、第１供給ライン１０ａに介設された加湿器４０ａと、第１分岐ライン１２ａに介設された加湿器４１ａと、が設けられており、上記加湿器４０ａの上流側にバルブ３８ａが介設され、上記加湿器４１ａの上流側にバルブ３９ａが介設されているので、湿度制御手段が切り替え制御可能である。したがって、加湿器４０ａおよび加湿器４１ａにてそれぞれ異なる湿度に加湿された第１ガスを混合することで、第１ガスの湿度を任意に調整することができ、任意の湿度差パターンを設定した耐久試験を実施することができる。
【００２５】
また、湿度制御手段としての加湿器４０ａまたは４１ａから、通過する第１ガスを加湿する為に導入してある水を完全に抜くことで、第１供給ライン１０ａまたは第１分岐ライン１２ａから供給ガスが加湿器で加湿されずに直接導入されるので、供給ガスとしてボンベガスを使用した場合に極力露点の低いガスを使った耐久試験を実施することができる。
【００２６】
圧力計３２ａおよび露点計３４ａは、バルブ３８ａの下流側における第１供給ライン１０ａ内の圧力および露点を測定する。
【００２７】
保温ヒータ３６ａは、第１供給ライン１０ａを所定の温度に保温し、試料格納容器１００の第１空間１０６に供給される第１ガスの温度および湿度を調節する。
【００２８】
第１排出ライン１４ａは、一端が試料格納容器１００の第１空間１０６の流出側に接続され、他端がたとえば実験棟の排気ポートに接続されている。排出ライン１４ａを経由して、試料格納容器１００の第１空間１０６からガスが排出される。
【００２９】
第１排出ライン１４ａには、ガス流の上流側から順に、保温ヒータ５０ａ、水分離器５２ａ、ガス濃度計５１およびバックプレッシャレギュレータ５４ａが設けられている。
【００３０】
保温ヒータ５０ａは、第１排出ライン１４ａを所定の温度に加熱する。これにより、第１排出ライン１４ａ内の結露が防止され、水詰まりを防止することができる。
【００３１】
水分離器５２ａは、第１排出ライン１４ａを流れるガスを冷却することにより、ガスに含まれる水分を除去する。
【００３２】
ガス濃度計５１ａは、本発明の電解質膜損傷検出手段に相当し、水分離器５２ａにより水分を除去したガス分において水素、酸素または不活性ガス等の中から試験で使用しているガス濃度を検出する。
【００３３】
バックプレッシャレギュレータ５４ａは、これより上流側の配管全体の圧力を所定の圧力値に保つ。ガス圧は任意であるが、両供給ライン１０ａ、１０ｂの圧力が等しい状態で運転するだけでなく、たとえば、第１供給ライン１０ａに流れるガスの圧力を２００ｋＰａとし、第２供給ライン１０ｂに流れるガスの圧力を１００ｋＰａと差圧を複合した試験を実施することもできる。
【００３４】
第２供給ライン１０ｂは、本発明の第２ガス供給手段に相当し、上記第１供給ライン１０ａと同一の配管構成を有しており、ガス供給の上流側から順に、バルブ２０ｂ、レギュレータ２２ｂ、圧力計２３ｂ、マスフロー２４ｂ、流量計２６ｂ、加熱ヒータ２８ｂ、バルブ３８ｂ、加湿器４０ｂ、バルブ４２ｂ、圧力計３２ｂ、露点計３４ｂおよび保温ヒータ３６ｂが設けられている。この第２供給ライン１０ｂの下流端部は、電解質膜１１０によって仕切られた試料格納容器１００の第２空間（第２ガス室）１０８の流入側に接続されている。なお、第２供給ライン１０ｂに介設された各機器の機能は、上記第１供給ライン１０ａに介設された相当する機器と同一の機能を有するので、説明を省略する。
【００３５】
第２分岐ライン１２ｂは、上記第１分岐ライン１２ａと同一の配管構成を有し、その流入側接続部が上記バルブ３８ｂの上流側に分岐接続され、その流出側接続部が上記バルブ４２ｂの下流側に合流接続されており、第２供給ライン１０ｂを流れる第２ガスを第２分岐ライン１２ｂにバイパスさせうるようになっている。この第２分岐ライン１２ｂは、本発明の第２ガス供給手段の一部に相当し、第２ガス流の上流側から順に、バルブ３９ｂ、加湿器４１ｂおよびバルブ４３ｂが設けられている。なお、第２分岐ライン１２ｂに介設された各機器の機能は、上記第１分岐ライン１２ａに介設された相当する機器と同一の機能を有するので、説明を省略する。
【００３６】
第２排出ライン１４ｂは、上記第１排出ライン１４ａとはガス濃度計５１ａが設けられていない点で配管構成が異なり、一端が試料格納容器１００の第２空間１０８の流出側に接続され、他端がたとえば実験棟の排気ポートに接続されている。排出ライン１４ｂを経由して、試料格納容器１００の第１空間１０８からガスが排出される。この第２排出ライン１４ｂには、ガス流の上流側から順に、保温ヒータ５０ｂ、水分離器５２ｂおよびバックプレッシャレギュレータ５４ｂが設けられている。なお、第２排出ライン１４ｂに介設された各機器の機能は、上記第１排出ライン１４ａに介設された相当する機器（ガス濃度計５１ａを除く）と同一の機能を有するので、説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の第２ガスを扱う配管系では、湿度制御手段として、第２供給ライン１０ｂに介設された加湿器４０ｂと、第２分岐ライン１２ｂに介設された加湿器４１ｂと、が設けられており、上記加湿器４０ｂの上流側にバルブ３８ｂが介設され、上記加湿器４１ｂの上流側にバルブ３９ｂが介設されているので、湿度制御手段が切り替え制御可能である。したがって、加湿器４０ａおよび加湿器４１ａにてそれぞれ異なる湿度に加湿された第１ガスを混合することで、第１ガスの湿度を任意に調整することができ、任意の湿度差パターンを設定した耐久試験を実施することができる。
【００３８】
また、湿度制御手段としての加湿器４０ｂまたは４１ｂ、から、通過する第１ガスを加湿する為に導入してある水を完全に抜くことで、第２供給ライン１０ｂまたは第２分岐ライン１２ｂから供給ガスが加湿器で加湿されずに直接導入されるので、供給ガスとしてボンベガスを使用した場合に極力露点の低いガスを使った耐久試験を実施することができる。
【００３９】
このように本実施形態の電解質膜耐久性評価装置によれば、第１ガスまたは第２ガスのいずれか、もしくは双方の湿度制御手段が複数設けられているので、耐久試験において任意の湿度条件を設定することができる。
【００４０】
図２は試料格納容器１００を示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４１】
図２および図３を参照して、試料格納容器１００を説明する。試料格納容器１００は、ケース１０２およびケース１０４からなる。ケース１０２には第１供給ライン１０ａおよび第１排出ライン１４ａが接続され、ケース１０４には第２供給ライン１０ｂおよび第２排出ライン１４ｂが接続されている。ケース１０２および１０４は、それぞれ凹状の箱体に一つまたは複数のガスの流路を設置している。
【００４２】
電解質膜１１０は、シール部材１１２にその両面が挟まれた状態でケース１０２と１０４との間にこれらによって区画された空間を仕切るように配され、ケース１０２および１０４は複数の止着部材１１２により締結接合される。これにより、ケース１０２内部に電解質膜１１０で仕切られた第１空間（第１ガス室）１０６が、ケース１０４内部に電解質膜１１０で仕切られた第２空間（第２ガス室）１０８が区画形成される。なお、電解質膜１１０は、たとえば、フッ素系電解質膜、炭化水素系電解質膜などの周知組成のものに限られず、新規開発品であっても構わない。
【００４３】
電解質膜損傷の検出のための供給ガスと検出系の組合せ例としては、たとえば、第１供給ライン１０ａには不活性ガスを、第２供給ライン１０ｂには水素や酸素といった反応ガスをそれぞれ供給し、第１排出ライン１４ａに第２供給ライン１０ｂの反応ガスを検出可能なガス濃度計５１ａを設置することが挙げられる。このように第１ガスまたは第２ガスのいずれかを不活性ガスとすることにより、ガス種による電解質膜の化学劣化との複合化を防ぐことができる。
【００４４】
ガス濃度計（ガス濃度センサ）５１ａは数ｐｐｍオーダーの濃度を検出でき、より初期における電解質膜損傷の検出のためにはｐｐｂオーダーの濃度を検出できることが望ましい。電解質膜１１０のガス透過の初期状態をあらかじめガス濃度計５１ａで把握した上で、濃度の変化（増加）を検出することにより電解質膜１１０の損傷状態を判断する。このように電解質膜損傷検出手段として水素、酸素等の反応ガスや不活性ガスのガス濃度を検出するガス濃度センサを採用することにより、実際の固体高分子型燃料電池運転において使用するガスでの評価試験を行うことができる。
【００４５】
また、試料格納容器１００において、電解質膜１１０をはさんで湿度の異なるガスを流す場合には電解質膜損傷検出手段として水蒸気センサを使用し、電解質膜１１０を透過する水蒸気と電解質膜１１０の損傷による水蒸気増加とを区別することが可能となる。このように電解質膜損傷検出手段として水蒸気センサを採用すれば、ガス種に関係なく電解質膜間の設定湿度と実際の水蒸気測定値との差により電解質膜の劣化を検出することができる。
【００４６】
このように本実施形態の電解質膜耐久性評価装置によれば、試料格納容器１００に電解質膜１１０が収容され、該容器１００内が電解質膜１１０の一方の面に面する第１空間１０６と、電解質膜１１０の他方の面に面する第２空間１０８と、に区画され、第１空間１０６には第１供給ライン１０ａによって第１ガスが供給され、第２空間１０８には第２供給ライン１０ｂによって第２ガスが供給される。したがって、第１空間１０６もしくは第２空間１０８のいずれか、もしくは双方の排出ライン１４ａ、１４ｂに電解質膜損傷検出手段（ガス濃度計５１ａ）を設けることにより、密閉空間に所定のガス流れを実現して耐久試験をすることができる。
【００４７】
以上のように構成された第１の実施形態に係る電解質膜耐久性評価装置によれば、電解質膜１１０の両面に第１供給ライン１０ａと第２供給ライン１０ｂとにより組成の異なる第１ガスと第２ガスとを供給し、第１排出ライン１４ａに介設した電解質膜損傷検出手段（ガス濃度計５１ａ）が第１ガスのガス濃度変化により電解質膜１１０の損傷を検出するので、電解質膜１１０に応力を作用させることなく耐久性評価を行うことができる。
【００４８】
次に、上記の如く構成された電解質膜耐久性評価装置を用いて実施する本発明に係る電解質膜耐久性評価方法を説明する。すなわち、本発明に係る電解質膜耐久性評価方法は、試料格納容器１００内に収容された電解質膜１１０の一方の面に面した第１空間（第１ガス室）１０６に、湿度制御手段としての加湿器４０ａ、４１ａにより湿度を制御した第１ガスを第１供給ライン１０ａを通じて供給するとともに、電解質膜１１０の他方の面に面した第２空間（第２ガス室）１０８に、湿度制御手段としての加湿器４０ｂ、４１ｂにより湿度を制御した第２ガスを第２供給ライン１０ｂを通じて供給し、電解質膜１１０の損傷を第１ガスまたは第２ガスの少なくともいずれか一方のガス濃度変化により検出する。本実施形態では、上述したように第１ガスのガス濃度の変化を電解質膜損傷検出手段としてのガス濃度計５１ａにより検出している。
【００４９】
また、本発明に係る電解質膜耐久性評価方法におけるバルブ４２ａ、４３ａ、４２ｂおよび４３ｂの開度制御について具体的に説明する。
【００５０】
図４はバルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度制御の様子を示す説明図である。
【００５１】
図１および図４を参照して、バルブ４２ｂおよびバルブ４３ｂはそれぞれバルブ４２ａおよびバルブ４３ａと同期して、またはバルブ４２ｂおよびバルブ４３ｂはそれぞれバルブ４３ａおよびバルブ４２ａと同期して制御される。したがって、バルブ４２ｂおよびバルブ４３ｂについての開度の説明を省略し、バルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度について説明する。同期するバルブを変えることにより、運転中に起こりうる電解質膜１１０の両面における湿潤状態を任意に制御でき、例えば両面湿潤や片面乾燥片面湿潤といった条件でも評価試験することができる。ここでは、加湿器４０ａへは水は導入されておらず、加湿器４０ａを通過する第１ガスは加湿されずに導入される場合を説明する。
【００５２】
まず、初期状態ｔ０（測定開始時刻）においては、バルブ４２ａが開放され、バルブ４３ａが閉成されている。
【００５３】
時刻ｔ１においては、バルブ４２ａを開放したまま、バルブ４３ａを開放する。これにより、バルブ４２ａの上流側の第１供給ライン１０ａに加湿ガスが合流し、試料格納容器１００に供給されるガスの湿度が上昇する。
【００５４】
時刻ｔ２においては、バルブ４２ａを閉成する。これにより、試料格納容器１００に供給されるガスは加湿ガスのみとなる。
【００５５】
時刻ｔ３においては、バルブ４３ａを開放にしたまま、バルブ４２ａを開放する。これにより、バルブ４２ａの第１供給ライン１０ａに乾燥ガスが送られ、試料格納容器１００に供給されるガスの湿度が減少する。
【００５６】
時刻ｔ４においては、バルブ４３ａを閉成する。これにより、試料格納容器１００に供給されるガスは乾燥ガスのみとなる。
【００５７】
ｔ５以降においては、ｔ１〜ｔ４までの動作を繰り返すことにより、乾燥−加湿のサイクルが生じる。これにより、バルブ切り替え時の衝撃が低減され、試料格納容器１００に供給されるガスの流量または圧力の脈動変化を抑制することができる。
【００５８】
図５はバルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度を比例制御する場合の様子を示す説明図である。
【００５９】
図１および図５を参照して、乾燥状態から加湿状態へ移行する場合（ｔ１〜ｔ２）には、バルブ４３ａがｔ１〜ｔ１’の間において徐々に開放され、バルブ４２ａがｔ１’〜ｔ２の間において徐々に閉成される。
【００６０】
逆に、加湿状態から乾燥状態へ移行する場合（ｔ３〜ｔ４）には、バルブ４２ａがｔ３〜ｔ３’の間において徐々に開放され、バルブ４３ａがｔ１’〜ｔ２の間において徐々に閉成される。乾燥状態または加湿状態の継続時間は任意であるが、燃料電池の稼動状態を想定すると、数分〜６時間が好適である。これにより、バルブ切り替え時の衝撃がより効果的に低減され、試料格納容器１００に供給されるガスの流量または圧力の脈動変化を抑制することができる。
【００６１】
図４および図５に示したバルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度制御は、たとえば、それぞれ専用のシーケンシャルコントローラにより予め定められたサイクルで動作させることができる。また、本実施形態の電解質膜耐久性評価装置には、バルブ４２ａ、４３ａ、４２ｂおよび４３ｂの開閉動作を統括的に制御する制御部を別途設けてもよい。
【００６２】
図６は第２の実施形態の電解質膜耐久性評価装置のガス供給および排出の配管系の構成例を示す概略図である。
【００６３】
図６を参照して、第２の実施形態を説明する。第１供給ライン１０ａおよび第１分岐ライン１２ａと、第２供給ライン１０ｂ、第２分岐ライン１２ｂおよび第２排出ライン１２ｂの構成は第１の実施形態と同じであるが、試料格納容器１００および第１排出ライン１４ａにおいてガス濃度計５１の配置が異なっている。
【００６４】
第２の実施形態では、試料格納容器１００の第１空間１０６側において、ガス流れ方向に並列配置した複数のガス流路（検出ポート）にそれぞれ電解質膜損傷検出手段としてガス濃度計（ガス濃度センサ）５１ａを設置している。このように第１空間１０６もしくは第２空間１０８のいずれか、もしくは双方に電解質膜損傷検出手段を設けることにより、密閉空間に所定のガス流れを実現して耐久試験をすることができる。
【００６５】
第２の実施形態の電解質膜耐久性評価装置は、基本的には第１の実施形態の電解質膜耐久性評価装置と同一の作用効果を奏するが、第２の実施形態では、複数のガス濃度計５１をガス流れ方向に並列設置することにより、ガス流れ方向における電解質膜１１０の損傷場所を特定して把握することが可能となる。
【００６６】
あるいは、並列配置したガス流路（検出ポート）に一つのセンサを設置した場合にも、ガス流路毎の電解質膜１１０の損傷を検出することができる。このように単一のセンサに対して複数の検出ポートからガスをサンプルする場合には、センサの簡略化による効率化を図ることができる。このような構成において、電解質膜損傷検出手段が電解質膜１１０の損傷を検出した場合には、サンプル順序を変更することが好ましい。これにより、センサの使用タイミングを効率化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、例えば燃料電池の耐久性を試験する装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施形態に係る電解質膜耐久性評価装置のガス供給および排出の配管系の構成例を示す概略図である。
【図２】試料格納容器の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】バルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度制御の様子を示す説明図である。
【図５】バルブ４２ａおよびバルブ４３ａの開度を比例制御する場合の様子を示す説明図である。
【図６】第２の実施形態に係る電解質膜耐久性評価装置のガス供給および排出の配管系の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ａ    第１ガス供給手段（第１供給ライン）、
１０ｂ    第２ガス供給手段（第２供給ライン）、
１２ａ    第１分岐ライン、
１２ｂ    第２分岐ライン、
１４ａ    第１排出ライン、
１４ｂ    第２排出ライン、
３８ａ、３９ａ、４２ａ、４３ａ    バルブ、
３８ｂ、３９ｂ、４２ｂ、４３ｂ    バルブ、
４０ａ、４１ａ    第１湿度制御手段（加湿器）、
４０ｂ、４１ｂ    第２湿度制御手段（加湿器）、
５１ａ    電解質膜損傷検出手段、
１００    格納容器、
１０６    第１空間
１０８    第２空間
１１０    電解質膜。
【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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