(57)【要約】【課題】実際の使用時と同様の加圧状態における多孔体の酸素拡散係数を測定することができる拡散係数測定装置を提供する。【解決手段】測定対象となる多孔体１００の一端面及び他端面を挟んで加圧する一対の加圧部材１０と、多孔体１００の一端面及び他端面の少なくとも一部を気体に接しさせるように一対の加圧部材１０の各々に設けられた連通孔２１、２２と、多孔体１００の一端面に接する所定の酸素濃度の気体を多孔体１００の他端面へと到達させるように気流を生成する気流生成手段３０と、多孔体１００の他端面へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出手段４０と、検出手段４０で検出した酸素濃度に基づいて多孔体１００の酸素拡散係数を算出する算出手段５０と、を備える拡散係数測定装置１である、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２とを、多孔体１００を挟んで対向させないように配置する。【選択図】図１
2016048175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を挟んで加圧する一対の加圧部材と、
前記多孔体の前記一端面及び前記他端面の少なくとも一部を気体に接しさせるように前記一対の加圧部材の各々に設けられた連通孔と、
前記多孔体の前記一端面に接する所定の酸素濃度の気体を前記多孔体の前記他端面へと到達させるように気流を生成する気流生成手段と、
前記多孔体の前記他端面へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の酸素拡散係数を算出する算出手段と、を備え、
一方の前記連通孔と他方の前記連通孔とが前記多孔体を挟んで対向しないように配置されている、
拡散係数測定装置。
【請求項２】
前記加圧部材の少なくとも何れか一方は、前記加圧部材による加圧方向に対して平行に延在する所定の軸を中心に回転するように構成されている、請求項１に記載の拡散係数測定装置。
【請求項３】
測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を一対の加圧部材で挟んで加圧するとともに、前記一対の加圧部材の各々に設けられた連通孔を介して前記多孔体の前記一端面及び前記他端面の少なくとも一部を気体に接しさせる加圧工程と、
前記多孔体の前記一端面に接する所定の酸素濃度の気体を前記多孔体の前記他端面へと到達させるように気流を生成する気流生成工程と、
前記多孔体の前記他端面へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の酸素拡散係数を算出する算出工程と、を含み、
前記加圧工程において、一方の前記連通孔と他方の前記連通孔とを前記多孔体を挟んで対向させないように配置する、
拡散係数測定方法。
【請求項４】
前記加圧部材の少なくとも何れか一方は、前記加圧部材による加圧方向に対して平行に延在する所定の軸を中心に回転するように構成されている、請求項３に記載の拡散係数測定方法。
【請求項５】
一方の前記連通孔と他方の前記連通孔との間の距離を第一の値（Ｌ１）に設定した状態で前記加圧工程を実施し、前記気流生成工程及び前記検出工程を経た後、前記検出工程で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）を算出する第一抵抗算出工程と、
一方の前記連通孔と他方の前記連通孔との間の距離を第二の値（Ｌ２）に設定した状態で前記加圧工程を実施し、前記気流生成工程及び前記検出工程を経た後、前記検出工程で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）を測定する第二抵抗算出工程と、
前記第一抵抗算出工程で算出した第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）と前記第二抵抗算出工程で算出した第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）と前記第一の値（Ｌ１）と前記第二の値（Ｌ２）とに基づいて前記多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出する面直方向係数算出工程と、
をさらに含む、請求項３又は４に記載の拡散係数測定方法。
【請求項６】
一方の前記連通孔と他方の前記連通孔との間の距離を所定値に設定した状態で前記加圧状態を実施し、前記気流生成工程及び前記検出工程を経た後、前記検出工程で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の酸素拡散抵抗を測定する拡散抵抗算出工程と、
前記多孔体の面内方向における酸素拡散抵抗を測定する面内方向抵抗測定工程と、
前記拡散抵抗算出工程で算出した前記多孔体の酸素拡散抵抗から前記面内方向抵抗測定工程で測定した前記多孔体の面内方向における酸素拡散抵抗を減じることにより前記多孔体の面直方向における酸素拡散抵抗を算出し、この算出した酸素拡散抵抗に基づいて前記多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出する面直方向係数算出工程と、
をさらに含む、請求項３又は４に記載の拡散係数測定方法。
【請求項７】
測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を挟んで加圧する一対の加圧部材と、
前記多孔体の中央に設けられた少なくとも一つの貫通孔を外部に露出させるように前記一対の加圧部材の一方に設けられた連通孔と、
前記多孔体の前記一端面及び前記他端面の間に位置する側面に接する所定の酸素濃度の気体を、前記多孔体の面内方向に沿って透過させ前記多孔体の前記貫通孔を経由させて前記連通孔へと到達させるように気流を生成する気流生成手段と、
前記連通孔へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の酸素拡散係数を算出する算出手段と、を備える、
拡散係数測定装置。
【請求項８】
測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を一対の加圧部材で挟んで加圧するとともに、前記一対の加圧部材の一方に設けられた連通孔を介して前記多孔体の中央に設けられた少なくとも一つの貫通孔を外部に露出させる加圧工程と、
前記多孔体の前記一端面及び前記他端面の間に位置する側面に接する所定の酸素濃度の気体を、前記多孔体の面内方向に沿って透過させ前記多孔体の前記貫通孔を経由させて前記連通孔へと到達させるように気流を生成する気流生成工程と、
前記連通孔へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した酸素濃度に基づいて前記多孔体の酸素拡散係数を算出する算出工程と、を含む、
拡散係数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散係数測定装置及び拡散係数測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多孔体（多孔性材料）内の細孔径等を測定する方法として種々の技術が提案されている。例えば、近年においては、測定対象となる多孔体の一端面を含水状態で所定の酸素濃度の気体に接しさせ、この多孔体の他端面をガルバニ電池式の酸素センサの陰極側に対向させ、酸素センサの出力を用いて多孔体の酸素拡散係数を算出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池には、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜・電極接合体）やＧＤＬ（Gas Diffusion Layer：ガス拡散層）等の多孔体が採用されている。これらＭＥＡやＧＤＬ等の多孔体は、セパレータ等の部材によって挟まれ加圧された状態で燃料電池内に組み込まれて使用に供されるが、このような使用状態（加圧状態）では、多孔体を構成する繊維の密度が変化して、加圧されていない状態（無負荷状態）と比較すると拡散抵抗が変化する。
【０００５】
これに対し、特許文献１に記載されたような従来の測定技術においては、実際の使用状態（加圧状態）とは異なる無負荷状態で多孔体の酸素拡散係数を測定していたが、このような無負荷状態で測定された酸素拡散係数は、実際の使用環境に即した正確なものではない。このため、実際の使用環境に即した正確な酸素拡散係数を測定するための手法が待望されていた。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、実際の使用時と同様の加圧状態における多孔体の酸素拡散係数を測定することができる拡散係数測定装置及び拡散係数測定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】
前記目的を達成するため、本発明に係る第一の拡散係数測定装置は、測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を挟んで加圧する一対の加圧部材と、多孔体の一端面及び他端面の少なくとも一部を気体に接しさせるように一対の加圧部材の各々に設けられた連通孔と、多孔体の一端面に接する所定の酸素濃度の気体を多孔体の他端面へと到達させるように気流を生成する気流生成手段と、多孔体の他端面へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出手段と、検出手段で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の酸素拡散係数を算出する算出手段と、を備え、一方の連通孔と他方の連通孔とが多孔体を挟んで対向しないように配置されているものである。
【０００８】
また、本発明に係る第一の拡散係数測定方法は、測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を一対の加圧部材で挟んで加圧するとともに、一対の加圧部材の各々に設けられた連通孔を介して多孔体の一端面及び他端面の少なくとも一部を気体に接しさせる加圧工程と、多孔体の一端面に接する所定の酸素濃度の気体を多孔体の他端面へと到達させるように気流を生成する気流生成工程と、多孔体の他端面へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出工程と、検出工程で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の酸素拡散係数を算出する算出工程と、を含み、加圧工程において、一方の連通孔と他方の連通孔とを多孔体を挟んで対向させないように配置するものである。
【０００９】
かかる構成及び方法を採用すると、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体の酸素拡散係数を測定することができる。一方の連通孔と他方の連通孔とが多孔体を挟んで対向していると、多孔体の測定対象となる部分（両連通孔に挟まれる部分）には連通孔により加圧部材と多孔体とが接触しないため面圧がかからないことになるが、本発明においては、一方の連通孔と他方の連通孔とが多孔体を挟んで対向しないように配置されているため、多孔体の測定対象となる部分（両連通孔の間に配置された多孔体の部分）に加圧部材を接触させて面圧を加えることができ、実際の使用時と同様の加圧状態を実現させることができる。
【００１０】
本発明に係る第一の拡散係数測定装置（方法）において、加圧部材の少なくとも何れか一方が、加圧部材による加圧方向に対して平行に延在する所定の軸を中心に回転するように構成することができる。
【００１１】
かかる構成及び方法を採用すると、一方の連通孔と他方の連通孔との間の距離（連通孔間距離）を、加圧部材の回転角度によって一義的に決めることができる。このため、加圧部材の回転角度を変更させて拡散係数を測定することにより、連通孔間距離と拡散係数との相関関係を容易に得ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る第一の拡散係数測定方法において、一方の連通孔と他方の連通孔との間の距離を第一の値（Ｌ１）に設定した状態で加圧工程を実施し、気流生成工程及び検出工程を経た後、検出工程で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）を算出する第一抵抗算出工程と、一方の連通孔と他方の連通孔との間の距離を第二の値（Ｌ２）に設定した状態で加圧工程を実施し、気流生成工程及び検出工程を経た後、検出工程で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）を測定する第二抵抗算出工程と、第一抵抗算出工程で算出した第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）と第二抵抗算出工程で算出した第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）と第一の値（Ｌ１）と第二の値（Ｌ２）とに基づいて多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出する面直方向係数算出工程と、をさらに含むことができる。
【００１３】
かかる方法を採用すると、一方の連通孔と他方の連通孔との間の距離を異ならせて測定した２つの酸素拡散抵抗（Ｒ１、Ｒ２）と、２つの連通孔間距離（Ｌ１、Ｌ２）と、に基づいて、多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出することができる。従って、一方の連通孔と他方の連通孔とが対向していない場合であっても、多孔体の面直方向における酸素拡散係数を得ることが可能となる。なお、本発明において「面直方向」とは、多孔体の一端面（他端面）に対して垂直な方向を意味し、「面内方向」とは、多孔体の一端面（他端面）に対して平行な方向を意味する。
【００１４】
また、本発明に係る第一の拡散係数測定方法において、一方の連通孔と他方の連通孔との間の距離を所定値に設定した状態で加圧状態を実施し、気流生成工程及び検出工程を経た後、検出工程で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の酸素拡散抵抗を測定する拡散抵抗算出工程と、多孔体の面内方向における酸素拡散抵抗を測定する面内方向抵抗測定工程と、拡散抵抗算出工程で算出した多孔体の酸素拡散抵抗から面内方向抵抗測定工程で測定した多孔体の面内方向における酸素拡散抵抗を減じることにより多孔体の面直方向における酸素拡散抵抗を算出し、この算出した酸素拡散抵抗に基づいて多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出する面直方向係数算出工程と、をさらに備えることもできる。
【００１５】
かかる方法を採用すると、多孔体全体（面直方向及び面内方向双方）の酸素拡散係数と、多孔体の面内方向における酸素拡散係数と、に基づいて、多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出することができる。従って、一方の連通孔と他方の連通孔とが対向していない場合であっても、多孔体の面直方向における酸素拡散係数を得ることが可能となる。
【００１６】
本発明に係る第二の拡散係数測定装置は、測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を挟んで加圧する一対の加圧部材と、多孔体の中央に設けられた少なくとも一つの貫通孔を外部に露出させるように一対の加圧部材の一方に設けられた連通孔と、多孔体の一端面及び他端面の間に位置する側面に接する所定の酸素濃度の気体を、多孔体の面内方向に沿って透過させ多孔体の貫通孔を経由させて連通孔へと到達させるように気流を生成する気流生成手段と、連通孔へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出手段と、検出手段で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の酸素拡散係数を算出する算出手段と、を備えるものである。
【００１７】
また、本発明に係る第二の拡散係数測定方法は、測定対象となる多孔体の一端面及び他端面を一対の加圧部材で挟んで加圧するとともに、一対の加圧部材の一方に設けられた連通孔を介して多孔体の中央に設けられた少なくとも一つの貫通孔を外部に露出させる加圧工程と、多孔体の一端面及び他端面の間に位置する側面に接する所定の酸素濃度の気体を、多孔体の面内方向に沿って透過させ多孔体の貫通孔を経由させて連通孔へと到達させるように気流を生成する気流生成工程と、連通孔へと到達した気体の酸素濃度を検出する検出工程と、検出工程で検出した酸素濃度に基づいて多孔体の酸素拡散係数を算出する算出工程と、を含むものである。
【００１８】
かかる構成及び方法を採用すると、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体の側面から中央へと多孔体の面内方向に沿って気体を透過させ、多孔体の中央に設けられた貫通孔を経由させて気体を連通孔へと到達させ、到達した気体の酸素濃度に基づいて多孔体の面内方向における酸素拡散係数を測定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、実際の使用時と同様の加圧状態における多孔体の酸素拡散係数を測定することができる拡散係数測定装置及び拡散係数測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る拡散係数測定装置の全体構成を説明するための構成図である。
【図２】図１に示す拡散係数測定装置の加圧部材付近の拡大図である。
【図３】図２に示す加圧部材の平面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る拡散係数測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示す拡散係数測定装置で測定された多孔体の酸素拡散抵抗と、燃料電池の発電電流の電流密度と、の相関関係を示すグラフである。
【図６】従来の拡散係数測定装置で測定された多孔体の酸素拡散抵抗と、燃料電池の発電電流の電流密度と、の相関関係を示すグラフである。
【図７】図１に示す拡散係数測定装置の加圧部材の連通孔間距離を変更した状態を説明するための説明図である。
【図８】図１に示す拡散係数測定装置で測定された多孔体の酸素拡散抵抗と、加圧部材の連通孔間距離と、の相関関係を示すグラフである。
【図９】図１に示す拡散係数測定装置の加圧部材の連通孔間距離を異ならせて酸素拡散抵抗を測定することにより多孔体の面直方向における酸素拡散係数を算出する方法を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る拡散係数測定装置の加圧部材の構成を説明するための平面図である。
【図１１】図１０に示す加圧部材の一方を回転させた状態を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の第三実施形態に係る拡散係数測定装置の上側加圧部材を内側（多孔体側）から見た状態を示す図である。
【図１３】本発明の第三実施形態に係る拡散係数測定装置の加圧部材の断面図である。
【図１４】本発明の第四実施形態に係る拡散係数測定装置の全体構成を説明するための構成図である。
【図１５】図１４に示す拡散係数測定装置の加圧部材付近の拡大図である。
【図１６】測定対象となる多孔体の平面図である。
【図１７】本発明の第四実施形態に係る拡散係数測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１４に示す拡散係数測定装置によって測定した多孔体の面内方向における酸素拡散係数と、面直方向における酸素拡散係数と、を比較するためのグラフである。
【図１９】本発明の第五実施形態に係る拡散係数測定装置の全体構成を説明するための構成図である。
【図２０】裏打ち材に塗布された多孔質材料を測定対象として採用した場合の説明図である。
【図２１】本発明の第五実施形態に係る拡散係数測定装置の変形例を説明するための構成図である。
【図２２】図２１に示す拡散係数測定装置の加圧部材により印加された荷重と、測定された酸素拡散係数と、の相関関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の第六実施形態に係る拡散係数測定装置の加圧部材付近の拡大図である。
【図２４】図２３に示す加圧部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、各図を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。
【００２２】
＜第一実施形態＞
最初に、図１〜図９を用いて、本発明の第一実施形態に係る拡散係数測定装置１及び拡散係数測定方法について説明する。
【００２３】
まず、図１〜図３を用いて、本実施形態に係る拡散係数測定装置１の構成について説明する。拡散係数測定装置１は、測定対象となる平坦な多孔体１００の酸素拡散係数を測定する装置であって、多孔体１００を挟んで加圧する一対の加圧部材１０、酸素消費手段３０、酸素センサ４０、演算装置５０等を備えている。
【００２４】
一対の加圧部材１０は、図１及び図２に示すように、測定対象となる多孔体１００の上側に配置される上側加圧部材１１と、多孔体１００の下側に配置される下側加圧部材１２と、から構成されている。本実施形態においては、図２及び図３に示すように、平面視で正方形状の平坦な一対の板状部材を加圧部材１０として採用している（図３には下側加圧部材１２のみを示している）。一対の加圧部材１０は、その間に多孔体１００を挟んだ状態で図２に示すように加圧部材設置部２に設置される。そして、上側加圧部材１１の上面に設置された加圧機構３（図１）によって加圧部材１０に所定の荷重が印加されることにより、多孔体１００の一端面（上端面）１０１及び他端面（下端面）１０２が一対の加圧部材１０によって挟まれて加圧されることになる。
【００２５】
上側加圧部材１１及び下側加圧部材１２には、各々、上面から下面にかけて貫通する連通孔（上側連通孔２１及び下側連通孔２２）が設けられている。これら連通孔２１、２２は、多孔体１００の一端面１０１及び他端面１０２の一部を気体に接しさせるためのものである。本実施形態においては、図３に示すように、長尺狭幅のスリット状の連通孔２１、２２を採用している（図３には下側連通孔２２のみを示している）。
【００２６】
上側連通孔２１と下側連通孔２２とは、図２に示すように、多孔体１００を挟んで対向しないように（加圧方向（上下方向）に沿って上下に並ばないように）配置されている。上側連通孔２１と下側連通孔２２とが多孔体１００を挟んで対向していると、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１、２２に挟まれる部分）には連通孔２１、２２により加圧部材１１、１２と多孔体１００とが接触しないため面圧がかからないことになるが、本実施形態においては、上側連通孔２１と下側連通孔２２とが多孔体１００を挟んで対向しないように配置されているため、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１、２２の間に配置された多孔体１００の部分）１１０に加圧部材１１、１２を接触させて面圧を加えることができ、実際の使用時と同様の加圧状態を実現させることができる。
【００２７】
酸素消費手段３０（図１）は、多孔体１００の他端面１０２側の酸素を消費することにより、多孔体１００の一端面１０１に接する所定の酸素濃度の気体を、多孔体１００の他端面１０２へと到達させるように気流を生成するものであり、本発明における気流生成手段として機能する。本実施形態においては、酸素消費手段３０として酸素消費型電池を採用している。酸素消費型電池の個数は１個であっても足りるが、酸素消費量をより増やすという観点から、複数の酸素消費型電池を用いることが好ましい。酸素消費手段３０として酸素消費型電池を複数用いる場合、直列配置も並列配置も可能であるが、図１に示すように、酸素センサ４０を中心にして対称に配置することが好ましい。こうした場合、酸素消費量を増加させるばかりでなく、片側にのみ配置した場合に生じ得る気流の偏りを解消することが可能となる。酸素消費手段３０の動作は、演算装置５０によって駆動制御される。
【００２８】
酸素センサ４０は、多孔体１００の他端面１０２へと到達した気体の酸素濃度を検出するものであり、本発明における検出手段として機能する。ここで用いられる酸素センサ４０自体は、公知のものであって構わない。酸素センサ４０２による検出結果は、演算装置５０に送信される。
【００２９】
演算装置５０は、酸素センサ４０で検出した酸素濃度に基づいて多孔体１００の酸素拡散係数を算出するものであり、本発明における算出手段として機能する。酸素消費手段３０（酸素消費型電池）として例えば空気亜鉛電池等を用いた場合には、以下の反応式（数式１）に従って酸素が消費される。
【００３０】
【数１】
2016048175.tif 000003
【００３１】
よって、酸素拡散量Ｑは以下の数式２で表される。
【数２】
2016048175.tif 000004
【００３２】
そして、多孔体１００の一端面側及び他端面側での気体の酸素濃度をそれぞれρ１、ρ２とすれば、酸素拡散抵抗Ｒは以下の数式３で表される。
【数３】
2016048175.tif 000005
【００３３】
また、一般に、酸素拡散係数Ｄは多孔体１００の厚さｔを用いて以下の数式４で表される。
【数４】
2016048175.tif 000006
【００３４】
よって、数式３と数式４から、以下の数式５が導かれる。
【数５】
2016048175.tif 000007
【００３５】
酸素消費手段３０（酸素消費型電池）の電流から算出される酸素拡散量Ｑと、酸素センサ４０で検出した酸素濃度ρ２と、の測定結果を演算装置５０で処理することにより、酸素拡散係数Ｄを算出することができる。
【００３６】
次に、図４のフローチャートを用いて、本実施形態に係る拡散係数測定装置１を用いた拡散係数測定方法について説明する。
【００３７】
まず、測定対象となる多孔体１００の一端面１０１及び他端面１０２を一対の加圧部材１０（上側加圧部材１１及び下側加圧部材１２）で挟んで加圧するとともに、一対の加圧部材１０（上側加圧部材１１及び下側加圧部材１２）の各々に設けられた連通孔（上側連通孔２１及び下側連通孔２２）を介して多孔体１００の一端面１０１及び他端面１０２の少なくとも一部を気体に接しさせる（加圧工程：Ｓ１）。加圧工程Ｓ１においては、上側連通孔２１と下側連通孔２２とを、図２に示すように多孔体１００を挟んで対向させないように配置する。加圧工程Ｓ１において多孔体１００に印加される荷重（加圧力）は、加圧機構３（図１）によって調整することができる。
【００３８】
次いで、演算装置５０（図１）によって酸素消費手段３０を作動させて多孔体１００（図２）の他端面１０２側の酸素を消費することにより、多孔体１００の一端面１０１に接する所定の酸素濃度の気体を、多孔体１００の他端面１０２へと到達させるように気流を生成する（気流生成工程：Ｓ２）。酸素消費手段３０による酸素消費量は、多孔体１００の厚さや素材、多孔体１００に印加される荷重の大きさ、上側連通孔２１と下側連通孔２２との間の距離、等に応じて適宜設定することができる。
【００３９】
次いで、気流生成工程Ｓ２によって多孔体１００の他端面１０２へと到達した気体の酸素濃度を酸素センサ４０で検出する（検出工程：Ｓ３）。そして、酸素消費手段３０（酸素消費型電池）の電流から算出される酸素拡散量Ｑと、酸素センサ４０で検出した酸素濃度ρ２と、各種定数（多孔体１００の厚さｔ、多孔体１００の気体拡散部の面積Ａ、多孔体１００の一端面１０１に接する気体の酸素濃度ρ１等）と、上述した数式５と、を用いて、演算装置５０で酸素拡散係数Ｄを算出する（算出工程：Ｓ４）。
【００４０】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置１においては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体１００の酸素拡散係数を測定することができる。一方の連通孔２１と他方の連通孔２２とが多孔体１００を挟んで対向していると、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１、２２に挟まれる部分）には連通孔２１、２２により加圧部材１１、１２と多孔体１００とが接触しないため面圧がかからないことになるが、本実施形態においては、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２とが多孔体１００を挟んで対向しないように配置されているため、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１、２２の間に配置された多孔体１００の部分）１１０に加圧部材１１、１２を接触させて面圧を加えることができ、実際の使用時と同様の加圧状態を実現させることができる。
【００４１】
ここで、多孔体の例として、以下の表１に示す異なる４種類のガス拡散層（ＧＤＬ）Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用意し、これら４種類のガス拡散層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに実際の使用時と同様の加圧力を付与した状態で各々の酸素拡散抵抗を測定し、さらにそのときの発電電流の電流密度を測定した。なお、以下の表１においては、ガス拡散層Ｂ〜Ｄの厚さ及び空隙率を、ガス拡散層Ａの厚さ及び空隙率に対する比で表している。
【００４２】
【表１】
2016048175.tif 000008
【００４３】
図５は、測定した酸素拡散抵抗と、電流密度と、をガス拡散層毎にプロットしたグラフである。図５においては、縦軸に酸素拡散抵抗を、横軸に電流密度を、各々採用しており、ガス拡散層Ｂ〜Ｄの酸素拡散抵抗及び電流密度を、ガス拡散層Ａの酸素拡散係数及び電流密度に対する比で表している。図５から明らかなように、実際の使用時と同様の加圧力を付与した状態で測定した酸素拡散抵抗と、発電電流の電流密度と、の相関係数Ｒの自乗値は０．９００５となり、両者は高い相関関係を有していることがわかった。
【００４４】
一方、図６は、上記４種類のガス拡散層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに加圧力を付与しない状態で各々の酸素拡散抵抗を測定し、さらにそのときの発電電流の電流密度を測定した結果をプロットしたものである。図６に示されるように、加圧力を付与しない状態で測定した酸素拡散抵抗と、発電電流の電流密度と、の相関係数Ｒの自乗値は０．２５４４となり、両者の相関関係は比較的低いものとなった。
【００４５】
なお、以上の実施形態においては、上側連通孔２１の中心と、下側連通孔２２の中心と、の間の距離（連通孔間距離）を固定して多孔体１００の酸素拡散係数を測定した例を示したが、図７に示すように連通孔間距離Ｌを変化させて多孔体１００の酸素拡散抵抗を測定し、図８に示すように両者の相関関係をマップ化することもできる。図８に示すように、連通孔間距離Ｌが大きくなると酸素拡散抵抗もそれにほぼ比例して増大することが明らかとなっている。また、図８に示すように、多孔体１００に付与する加圧力を上昇させると、同一の連通孔間距離Ｌでも酸素拡散抵抗が増大することが明らかになっている。
【００４６】
また、以上の実施形態においては、多孔体１００の測定対象となる部分の全体（「面内方向」及び「面直方向」双方）の酸素拡散係数を測定した例を示したが、多孔体１００の測定対象となる部分の「面直方向」のみの酸素拡散係数を測定することもできる。以下、図９を用いて、「面直方向」のみの酸素拡散係数を測定する方法について説明する。
【００４７】
まず、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２との間の距離を図９（Ａ）に示すように第一の値（Ｌ１）に設定した状態で加圧工程Ｓ１を実施し、気流生成工程Ｓ２及び検出工程Ｓ３を経た後、検出工程Ｓ３で検出した酸素濃度や上述した数式４を用いて、演算装置５０で多孔体１００の第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）を算出する（第一抵抗算出工程）。第一抵抗算出工程で算出した第一の酸素拡散抵抗Ｒ１は、面内方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１Hと、面直方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１Vと、の和で表される。すなわち、以下の数式６が成り立つ。ここで、「面直方向」とは、図９に示すように、多孔体１００の一端面１０１（他端面１０２）に対して垂直な方向を意味し、「面内方向」とは、多孔体１００の一端面１０１（他端面１０２）に対して平行な方向を意味する。
Ｒ１＝Ｒ１H＋Ｒ１V  ……  （６）
【００４８】
次いで、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２との間の距離を図９（Ｂ）に示すように第二の値（Ｌ２）に設定した状態で加圧工程Ｓ１を実施し、気流生成工程Ｓ２及び検出工程Ｓ３を経た後、検出工程Ｓ３で検出した酸素濃度や上述した数式４を用いて、演算装置５０で多孔体１００の第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）を算出する（第二抵抗算出工程）。第二抵抗算出工程で算出した第二の酸素拡散抵抗Ｒ２は、面内方向の第二の酸素拡散抵抗Ｒ２Hと、面直方向の第二の酸素拡散抵抗Ｒ２Vと、の和で表される。すなわち、以下の数式７が成り立つ。
Ｒ２＝Ｒ２H＋Ｒ２V  ……  （７）
【００４９】
面直方向の第二の酸素拡散抵抗Ｒ２Vは、面直方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１Vに等しい（Ｒ２V＝Ｒ１V）ことを考慮すると、数式６及び数式７により以下の数式８が導かれる。
Ｒ２−Ｒ１＝Ｒ２H−Ｒ１H  ……（８）
【００５０】
ここで、数式８の両辺を連通孔間距離の差（Ｌ２−Ｌ１）で割り、（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｌ２−Ｌ１）の値をｋとすると、以下の数式９が導かれる。
ｋ＝（Ｒ２H−Ｒ１H）／（Ｌ２−Ｌ１）……（９）
数式９より、面内方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１Hは、以下のように表される。
Ｒ１H＝ｋ×Ｌ１＝｛（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｌ２−Ｌ１）｝×Ｌ１  ……（１０）
【００５１】
そして、数式６及び数式１０により、多孔体１００の面直方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１V（＝第二の酸素拡散抵抗Ｒ２V）は以下のように表されることとなる。
Ｒ１V＝Ｒ１−Ｒ１H＝（Ｒ１Ｌ２−Ｒ２Ｌ１）／（Ｌ２−Ｌ１）  ……（１１）
【００５２】
上記数式１１と、第一抵抗算出工程で測定した第一の酸素拡散抵抗（Ｒ１）と、第二抵抗算出工程で測定した第二の酸素拡散抵抗（Ｒ２）と、第一の連通孔間距離（Ｌ１）と、第二の連通孔間距離（Ｌ２）と、に基づいて、面直方向の第一の酸素拡散抵抗Ｒ１Vを算出し、この酸素拡散抵抗Ｒ１Vと、数式４（Ｄ＝ｔ／Ｒ）と、を用いて面直方向の酸素拡散係数ＤVを算出する（面直方向係数算出工程）。
【００５３】
このような方法を採用すると、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２との間の距離を異ならせて測定した２つの酸素拡散抵抗（Ｒ１、Ｒ２）と、２つの連通孔間距離（Ｌ１、Ｌ２）と、に基づいて、多孔体１００の面直方向における酸素拡散係数ＤVを算出することができる。従って、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２とが対向していない場合であっても、多孔体１００の面直方向における酸素拡散係数ＤVを得ることが可能となる。
【００５４】
また、以下の方法を用いて、多孔体１００の測定対象となる部分の「面直方向」のみの酸素拡散係数を測定することもできる。
【００５５】
まず、一方の連通孔２１と他方の連通孔２２との間の距離を所定値Ｌに設定した状態で加圧工程Ｓ１を実施し、気流生成工程Ｓ２及び検出工程Ｓ３を経た後、検出工程Ｓ３で検出された酸素濃度や数式４を用いて、演算装置５０で酸素拡散抵抗Ｒを算出する（拡散抵抗算出工程）。拡散抵抗算出工程で算出した酸素拡散抵抗Ｒは、面内方向の酸素拡散抵抗ＲHと、面直方向の酸素拡散抵抗ＲVと、の和で表されることは既に述べたとおりである（Ｒ＝ＲH＋ＲV）。
【００５６】
次いで、後述する第四実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃ等を使用することにより、多孔体１００の面内方向における酸素拡散抵抗ＲHを測定する（面内方向抵抗測定工程）。面内方向抵抗測定工程においては、多孔体１００の測定対象となる部分の面内方向における距離を、拡散抵抗算出工程で採用した連通孔間距離（所定値Ｌ）と同一に設定することとする。
【００５７】
続いて、拡散抵抗算出工程で算出した多孔体１００の酸素拡散抵抗Ｒから、面内方向抵抗測定工程で測定した多孔体１００の面内方向における酸素拡散抵抗ＲHを減じることにより、多孔体１００の面直方向における酸素拡散抵抗ＲVを算出し、この酸素拡散抵抗ＲVと、数式４（Ｄ＝ｔ／Ｒ）と、を用いて面直方向の酸素拡散係数ＤVを算出する（面直方向係数算出工程）。以上の方法を用いても、多孔体１００の面直方向における酸素拡散係数ＤVを算出することができる。
【００５８】
＜第二実施形態＞
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態に係る拡散係数測定装置は、第一実施形態に係る拡散係数測定装置の加圧部材の構成を変更したものであり、その他の構成については第一実施形態と実質的に同一である。従って、第一実施形態と共通する構成については詳細な説明を省略することとする。
【００５９】
本実施形態に係る拡散係数測定装置は、多孔体を挟んで加圧する一対の加圧部材１０Ａ、酸素消費手段、酸素センサ、演算装置等を備えている。酸素消費手段、酸素センサ及び演算装置については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００６０】
本実施形態における加圧部材１０Ａは、図１０及び図１１に示すように、測定対象となる多孔体の上側に配置される上側加圧部材１１Ａと、多孔体の下側に配置される下側加圧部材１２Ａと、から構成されている。本実施形態においては、図１０及び図１１に示すように、平面視で正八角形状の平坦な一対の板状部材を加圧部材１０Ａとして採用している。なお、加圧部材１０Ａの平面形状は円形状でもよく、他の多角形（例えば六角形）状でもよい。
【００６１】
上側加圧部材１１Ａ及び下側加圧部材１２Ａには、各々、上面から下面にかけて貫通する連通孔（上側連通孔２１Ａ及び下側連通孔２２Ａ）が設けられている。これら連通孔２１Ａ、２２Ａは、多孔体の一端面及び他端面の一部を気体に接しさせるためのものである。本実施形態においては、図１０及び図１１に示すように、平面視円形状の連通孔２１Ａ、２２Ａを採用している。
【００６２】
本実施形態においては、上側加圧部材１１Ａが、加圧方向に対して平行に延在する所定の中心軸Ｏを中心に、下側加圧部材１２Ａに対して回転するように構成されている。このように上側加圧部材１１Ａのみを回転させることにより、図１１に示すように、上側加圧部材１１Ａに設けられた上側連通孔２１Ａと、下側加圧部材１２Ａに設けられた下側連通孔２２Ａと、を対向させないように配置することができる。ここで、図１０に示すように、連通孔２１Ａ（２２Ａ）の中心位置と中心軸Ｏとの間の距離ｌは、連通孔２１Ａ（２２Ａ）の半径ｒよりも大きくなるように設定されている。
【００６３】
図１１（Ａ）は、上側加圧部材１１Ａを図１０の状態から時計回りに４５°回転させた状態を示すものであり、図１１（Ｂ）は、上側加圧部材１１Ａを図１０の状態から時計回りに９０°回転させた状態を示すものであり、図１１（Ｃ）は、上側加圧部材１１Ａを図１０の状態から時計回りに１８０°回転させた状態を示すものである。図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、上側加圧部材１１Ａの回転角度と、上側連通孔２１Ａと下側連通孔２１Ａとの間の距離（連通孔間距離）Ｌ３と、は一対一に対応している。このため、連通孔間距離Ｌ３を、上側加圧部材１１Ａの回転角度によって一義的に決めることができる。
【００６４】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置においては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体の酸素拡散係数を測定することができる。一方の連通孔２１Ａと他方の連通孔２２Ａとが多孔体を挟んで対向していると、多孔体の測定対象となる部分（両連通孔２１Ａ、２２Ａに挟まれる部分）には連通孔２１Ａ、２２Ａにより加圧部材１１Ａ、１２Ａと多孔体とが接触しないため面圧がかからないことになるが、本実施形態においては、一方の連通孔２１Ａと他方の連通孔２２Ａとが多孔体を挟んで対向しないように配置されているため、多孔体の測定対象となる部分（両連通孔２１Ａ、２２Ａの間に配置された多孔体の部分）に加圧部材１１Ａ、１２Ａを接触させて面圧を加えることができ、実際の使用時と同様の加圧状態を実現させることができる。
【００６５】
また、以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置においては、一方の連通孔２１Ａと他方の連通孔２２Ａとの間の距離（連通孔間距離Ｌ３）を、上側加圧部材１１Ａの回転角度によって一義的に決めることができる。このため、上側加圧部材１１Ａの回転角度を変更させて拡散係数を測定することにより、連通孔間距離Ｌ３と酸素拡散係数との相関関係を容易に得ることができる。連通孔間距離Ｌ３と拡散係数との相関関係は、例えば図８に示すようにマップ化することができる。
【００６６】
＜第三実施形態＞
次に、図１２及び図１３を用いて、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態に係る拡散係数測定装置は、第一実施形態に係る拡散係数測定装置の加圧部材の構成を変更したものであり、その他の構成については第一実施形態と実質的に同一である。従って、第一実施形態と共通する構成については詳細な説明を省略することとする。
【００６７】
本実施形態に係る拡散係数測定装置は、多孔体１００を挟んで加圧する一対の加圧部材１０Ｂ、酸素消費手段、酸素センサ、演算装置等を備えている。酸素消費手段、酸素センサ及び演算装置については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００６８】
本実施形態における加圧部材１０Ｂは、図１２及び図１３に示すように、測定対象となる多孔体１００の上側に配置される上側加圧部材１１Ｂと、多孔体１００の下側に配置される下側加圧部材１２Ｂと、から構成されている。本実施形態においては、図１２及び図１３に示すように、平面視で正方形状の一対の板状部材を加圧部材１０Ｂとして採用している。上側加圧部材１１Ｂ及び下側加圧部材１２Ｂの各々の内側（多孔体１００に対向する側）の面には、燃料電池のセパレータのような長尺狭幅の溝部（凹部）１３が設けられている。
【００６９】
上側加圧部材１１Ｂ及び下側加圧部材１２Ｂには、各々、上面から下面にかけて貫通する連通孔（上側連通孔２１Ｂ及び下側連通孔２２Ｂ）が設けられている。これら連通孔２１Ｂ、２２Ｂは、多孔体１００の一端面１０１及び他端面１０２の一部を気体に接しさせるためのものである。本実施形態においては、図１２に示すように、長尺狭幅のスリット状の連通孔２１Ｂ、２２Ｂを採用している。上側連通孔２１Ｂと下側連通孔２２Ｂとは、図１３に示すように、多孔体１００を挟んで対向しないように（加圧方向（上下方向）に沿って上下に並ばないように）配置されている。
【００７０】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置においては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体１００の酸素拡散係数を測定することができる。一方の連通孔２１Ｂと他方の連通孔２２Ｂとが多孔体１００を挟んで対向していると、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１Ｂ、２２Ｂに挟まれる部分）には連通孔２１Ｂ、２２Ｂにより加圧部材１１Ｂ、１２Ｂと多孔体１００とが接触しないため面圧がかからないことになるが、本実施形態においては、一方の連通孔２１Ｂと他方の連通孔２２Ｂとが多孔体１００を挟んで対向しないように配置されているため、多孔体１００の測定対象となる部分（両連通孔２１Ｂ、２２Ｂの間に配置された多孔体１００の部分）１１０に加圧部材１１Ｂ、１２Ｂを接触させて面圧を加えることができ、実際の使用時と同様の加圧状態を実現させることができる。また、本実施形態に係る拡散係数測定装置では、燃料電池のセパレータのような溝部１３が設けられた一対の加圧部材１０Ｂを採用しているため、実際の燃料電池内部により近い環境で酸素拡散係数を測定することが可能となる。
【００７１】
＜第四実施形態＞
次に、図１４〜図１８を用いて、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃは、第一実施形態に係る拡散係数測定装置１の加圧部材の構成を変更したものであり、その他の構成については第一実施形態と実質的に同一である。従って、第一実施形態と共通する構成については、同一の符号を用いて詳細な説明を省略することとする。
【００７２】
本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃは、測定対象となる円板型の多孔体１００Ｃ（図１６）の酸素拡散係数を測定する装置であって、多孔体１００Ｃを挟んで加圧する一対の加圧部材１０Ｃ、酸素消費手段３０、酸素センサ４０、演算装置５０等を備えている。
【００７３】
一対の加圧部材１０Ｃは、図１５及び図１６に示すように、測定対象となる多孔体１００Ｃの上側に配置される上側加圧部材１１Ｃと、多孔体１００Ｃの下側に配置される下側加圧部材１２Ｃと、から構成されている。本実施形態における上側加圧部材１１Ｃは、多孔体１００Ｃの面積とほぼ同じか若干大きい面積を有する底面を備えた円柱部材であり、下側加圧部材１２Ｃは、多孔体１００Ｃよりも広い面積を有し多孔体１００Ｃを載置させる載置台である。下側加圧部材１２Ｃの上に多孔体１００Ｃを載置し、その多孔体１００Ｃの上に上側加圧部材１１Ｃを載置することにより、上側加圧部材１１Ｃの自重で多孔体１００Ｃに所定の荷重を印加することができるようになっている。下側加圧部材１２Ｃには、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃと同一径の連通孔１３Ｃが形成されており、この連通孔１３Ｃを介して多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃを外部に露出させることができるようになっている。
【００７４】
酸素消費手段３０は、多孔体１００Ｃの他端面１０２Ｃ側の酸素を消費することにより、多孔体１００Ｃの側面（一端面１０１Ｃ及び他端面１０２Ｃの間に位置する面）１０３Ｃに接する所定の酸素濃度の気体を、多孔体１００Ｃの面内方向に沿って透過させ多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃを経由させて、下側加圧部材１２Ｃに形成された連通孔１３Ｃへと到達させるように気流を生成するものであり、本発明における気流生成手段として機能する。酸素消費手段３０としては、第一実施形態と同様に、酸素センサ４０（図１４）を中心にして対称に配置される複数の酸素消費型電池を採用することができる。酸素消費手段３０の動作は、演算装置５０（図１４）によって駆動制御される。
【００７５】
酸素センサ４０（図１４）は、下側加圧部材１２Ｃに形成された連通孔１３Ｃへと到達した気体の酸素濃度を検出するものであり、本発明における検出手段として機能する。酸素センサ４０による検出結果は、演算装置５０に送信される。演算装置５０は、酸素センサ４０で検出した酸素濃度に基づいて多孔体１００Ｃの酸素拡散係数を算出するものであり、本発明における算出手段として機能する。酸素センサ４０及び演算装置５０としては、第一実施形態と同様のものを採用することができる。
【００７６】
次に、図１７のフローチャートを用いて、本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃを用いた拡散係数測定方法について説明する。
【００７７】
まず、測定対象となる多孔体１００Ｃの一端面１０１Ｃ及び他端面１０２Ｃを一対の加圧部材１０Ｃ（上側加圧部材１１Ｃ及び下側加圧部材１２Ｃ）で挟んで加圧するとともに、下側加圧部材１２Ｃに設けられた連通孔１３Ｃを介して多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃを外部に露出させる（加圧工程：Ｓ１１）。加圧工程Ｓ１１においては、上側加圧部材１１Ｃの重量を調整することにより、多孔体１００Ｃに印加される荷重（加圧力）を調整することができる。
【００７８】
次いで、演算装置５０によって酸素消費手段３０を作動させて多孔体１００Ｃの他端面１０２Ｃ側の酸素を消費することにより、多孔体１００Ｃの側面１０３Ｃに接する所定の酸素濃度の気体を多孔体１００Ｃの面内方向に沿って透過させ、多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃを経由させて、下側加圧部材１２Ｃに形成された連通孔１３Ｃへと到達させるように気流を生成する（気流生成工程：Ｓ１２）。酸素消費手段３０による酸素消費量は、多孔体１００Ｃの厚さや素材、多孔体１００Ｃに印加される荷重の大きさ、等に応じて適宜設定することができる。
【００７９】
次いで、気流生成工程Ｓ１２によって連通孔１３Ｃへと到達した気体の酸素濃度を酸素センサ４０で検出する（検出工程：Ｓ１３）。そして、以下の数式１２を用いて、演算装置５０で酸素拡散係数Ｄを算出する（算出工程：Ｓ１４）。
Ｄ＝｛ｌｎ（ｒ２／ｒ１）／（２π×ｔ×ΔＣ）｝×Ｑ  ……（１２）
【００８０】
数式１２において、「ｒ１」及び「ｒ２」は測定対象となる多孔体１００Ｃの内径及び外径であり、「ｔ」は多孔体１００Ｃの厚さであり、「Ｑ」は酸素消費手段３０で消費する酸素の消費速度（酸素消費手段３０の電流から算出される酸素拡散量）であり、「ΔＣ」は多孔体１００Ｃの内径と外径における酸素濃度差（多孔体１００Ｃの側面１０３Ｃに接する気体の酸素濃度と、多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃに接する気体の酸素濃度と、の差）である。
【００８１】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃにおいては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体１００Ｃの側面１０３Ｃから中央へと多孔体１００Ｃの面内方向に沿って気体を透過させ、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃを経由させて気体を連通孔１３Ｃへと到達させ、到達した気体の酸素濃度に基づいて多孔体１００Ｃの面内方向における酸素拡散係数を測定することができる。
【００８２】
ここで、特定のカーボンペーパ（厚さ０．１９ｍｍ、空隙率７８％、東レ社製）を用意し、このカーボンペーパに実際の使用時と同様の加圧力を付与した状態で本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃを用いて面内方向における酸素拡散係数を測定した。また、第一実施形態に係る拡散係数測定装置１を用いて面直方向における酸素拡散係数を測定した。図１８は、測定した面直方向及び面内方向における酸素拡散係数を表したグラフである。図１８から明らかなように、面内方向における酸素拡散係数は、面直方向における酸素拡散係数の約２倍になることが確認された。
【００８３】
＜第五実施形態＞
次に、図１９を用いて、本発明の第五実施形態について説明する。本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄは、第四実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃに追加的な構成を付加したものであり、その他の構成については第四実施形態と実質的に同一である。従って、第四実施形態と共通する構成については詳細な説明を省略することとする。
【００８４】
本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄは、第四実施形態で測定対象となったものと同様の円板型の多孔体１００Ｃの酸素拡散係数を測定する装置であって、多孔体１００Ｃを挟んで加圧する一対の加圧部材１０Ｄ、酸素消費手段３０、酸素センサ４０、演算装置５０Ｄ等を備えている。酸素消費手段３０及び酸素センサ４０については、第四実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００８５】
本実施形態における一対の加圧部材１０Ｄは、測定対象となる多孔体１００Ｃの上側に配置される上側加圧部材１１Ｄと、多孔体１００Ｃの下側に配置される下側加圧部材１２Ｄと、から構成されている。本実施形態における上側加圧部材１１Ｄは、多孔体１００Ｃの面積とほぼ同じか若干大きい面積を有する底面を備えた円柱部材であり、下側加圧部材１２Ｄは、多孔体１００Ｃよりも広い面積を有し多孔体１００Ｃを載置させる載置台である。
【００８６】
本実施形態においては、上側加圧部材１１Ｄとして、第四実施形態における上側加圧部材１１Ｃよりも軽量のものを採用している。後述する荷重印加手段３Ｄにより多孔体１００Ｃに荷重を印加することができることから、上側加圧部材１１Ｄの自重を大きくする必要がないためである。一方、下側加圧部材１２Ｄとしては、第四実施形態における下側加圧部材１２Ｃと同一のものを採用している。すなわち、下側加圧部材１２Ｄには、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃと同一径の連通孔１３Ｄが形成されており、この連通孔１３Ｄを介して多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃを外部に露出することができるようになっている。
【００８７】
本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄは、上側加圧部材１１Ｄを介して多孔体１００Ｃに荷重を印加するための荷重印加手段３Ｄをさらに備えている。下側加圧部材１２Ｄの上に多孔体１００Ｃを載置し、その多孔体１００Ｃの上に上側加圧部材１１Ｄを載置し、荷重印加手段３Ｄで上側加圧部材１１Ｄの上側に所定の荷重を印加することにより、上側加圧部材１１Ｄを介して多孔体１００Ｃに所定の荷重を印加することができるようになっている。荷重印加手段３Ｄで印加された荷重は、演算装置５０Ｄに送られて記録されるようになっている。
【００８８】
演算装置５０Ｄは、第四実施形態と同様に、酸素センサ４０で検出した酸素濃度に基づいて多孔体１００Ｃの酸素拡散係数を算出する。また、本実施形態における演算装置５０Ｄは、荷重印加手段３Ｄで印加された荷重と、その荷重が印加されたときに測定した酸素拡散係数と、を記録するように構成されている。
【００８９】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄにおいては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体１００Ｃの側面１０３Ｃから中央へと多孔体１００Ｃの面内方向に沿って気体を透過させ、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃを経由させて気体を連通孔１３Ｄへと到達させ、到達した気体の酸素濃度に基づいて多孔体１００Ｃの面内方向における酸素拡散係数を測定することができる。
【００９０】
また、以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄにおいては、荷重印加手段３Ｄで印加された荷重と、その荷重が印加されたときに測定した酸素拡散係数と、を記録することができるので、両者の相関関係を把握することができる。
【００９１】
なお、本実施形態においては、カーボンペーパのように自立可能な円板型の多孔体１００Ｃの酸素拡散係数を測定した例を示したが、例えば図２０に示すように、拡散性を有しない部材（裏打ち材）１１０Ｄに塗布された多孔質材料１００Ｄを測定対象とする（多孔質材料１００Ｄの酸素拡散係数を測定する）こともできる。
【００９２】
また、本実施形態においては、荷重印加手段３Ｄを採用した例を示したが、図２１に示すような荷重印加手段３Ｄの上下方向の変位を測定するための変位測定手段４Ｄを設け、印加した荷重と変位との相関関係を記録しておくこともできる。このようにすると、変位測定手段４Ｄで測定した変位に基づいて、印加した荷重を特定することができる。また、荷重を印加していない状態における多孔体１００Ｃの厚さｔと、変位測定手段４Ｄで測定した変位と、に基づいて、荷重印加後の多孔体１００Ｃの厚さｔ´を算出し、この算出した厚さｔ´と、既に述べた数式１２と、に基づいて酸素拡散係数Ｄを算出することができる。このようにすると、変位測定手段４Ｄで測定した変位に対応する印加荷重と、酸素拡散係数と、の相関関係（酸素拡散係数の圧力依存性）を把握することができる。
【００９３】
ここで、特定のカーボンペーパ（厚さ０．１９ｍｍ、空隙率７８％、東レ社製）を用意し、このカーボンペーパに印加する荷重を変更しつつ、本実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｄを用いてその荷重に対応する酸素拡散係数を測定した。図２２は、縦軸に酸素拡散係数を、横軸に印加荷重を、各々とったグラフである。図２２から明らかなように、酸素拡散係数は、印加荷重が増大するに従って小さくなることが確認された。
【００９４】
＜第六実施形態＞
次に、図２３及び図２４を用いて、本発明の第六実施形態について説明する。本実施形態に係る拡散係数測定装置は、第四実施形態に係る拡散係数測定装置１Ｃの加圧部材の構成を変更したものであり、その他の構成については第四実施形態と実質的に同一である。従って、第四実施形態と共通する構成については詳細な説明を省略することとする。
【００９５】
本実施形態に係る拡散係数測定装置は、第四実施形態で測定対象となったものと同様の円板型の多孔体１００Ｃの酸素拡散係数を測定する装置であって、多孔体１００Ｃを挟んで加圧する一対の加圧部材１０Ｅ、酸素消費手段、酸素センサ、演算装置等を備えている。酸素消費手段、酸素センサ及び演算装置については、第四実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００９６】
本実施形態における一対の加圧部材１０Ｅは、測定対象となる多孔体１００Ｃの上側に配置される上側加圧部材１１Ｅと、多孔体１００Ｃの下側に配置される下側加圧部材１２Ｅと、から構成されている。本実施形態における上側加圧部材１１Ｅは、多孔体１００Ｃの面積とほぼ同じか若干大きい面積を有する底面を備えた円柱部材であり、下側加圧部材１２Ｅは、多孔体１００Ｃよりも広い面積を有し多孔体１００Ｃを載置させる載置台である。
【００９７】
本実施形態においては、上側加圧部材１１Ｅの内側（多孔体１００Ｃに対向する側）に、平面視円形の所定幅の溝部（凹部）１４Ｅを設けている。この溝部１４Ｅにより、多孔体１００Ｃに荷重を印加したときに面圧分布が生じることとなる。一方、下側加圧部材１２Ｅとしては、第四実施形態における下側加圧部材１２Ｃと同一のものを採用している。すなわち、下側加圧部材１２Ｅには、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃと同一径の連通孔１３Ｅが形成されており、この連通孔１３Ｅを介して多孔体１００Ｃの貫通孔１１０Ｃを外部に露出させることができるようになっている。
【００９８】
以上説明した実施形態に係る拡散係数測定装置においては、実際の使用時と同様の加圧状態で、多孔体１００Ｃの側面１０３Ｃから中央へと多孔体１００Ｃの面内方向に沿って気体を透過させ、多孔体１００Ｃの中央に設けられた貫通孔１１０Ｃを経由させて気体を連通孔１３Ｅへと到達させ、到達した気体の酸素濃度に基づいて多孔体１００Ｃの面内方向における酸素拡散係数を測定することができる。また、本実施形態に係る拡散係数測定装置では、溝部１４Ｅが設けられた上側加圧部材１１Ｅを採用しているため、面圧分布が生じる環境で酸素拡散係数を測定することが可能となる。
【００９９】
本発明は、以上の各実施形態に限定されるものではなく、これら実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１００】
１・１Ｃ・１Ｄ…拡散係数測定装置
１０・１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ・１０Ｄ・１０Ｅ…一対の加圧部材
１１・１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ・１１Ｄ・１１Ｅ…上側加圧部材
１２・１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃ・１２Ｄ・１２Ｅ…下側加圧部材
１３Ｃ・１３Ｄ・１３Ｅ…連通孔
２１・２１Ａ・２１Ｂ…上側連通孔
２２・２２Ａ・２２Ｂ…下側連通孔
３０…酸素消費手段（気流生成手段）
４０…酸素センサ（検出手段）
５０…演算装置（算出手段）
１００・１００Ｃ…多孔体
１０１・１０１Ｃ…（多孔体の）一端面
１０２・１０２Ｃ…（多孔体の）他端面
１０３Ｃ…（多孔体の）側面
１１０Ｃ…貫通孔
Ｏ…軸
Ｓ１・Ｓ１１…加圧工程
Ｓ２・Ｓ１２…気流生成工程
Ｓ３・Ｓ１３…検出工程
Ｓ４・Ｓ１４…算出工程
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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