(57)【要約】【課題】多孔体のガス拡散性を容易に測定する。【解決手段】多孔体のガス拡散性評価装置は、前記多孔体の第１の面に対向した位置に前記第１の面と流体連通して配置され、酸素を消費する酸素消費装置と、前記多孔体の前記第１の面の反対側の面である第２の面に対向して配置される透光性の遮蔽板であって、前記多孔体の前記第２の面に前記酸素を含むガスを供給可能であり、前記第２の面に前記酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤が塗布された遮蔽板と、前記酸素消光剤を励起する励起光を発光する光源と、前記酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する撮像機と、を備える。【選択図】図２
2016223941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔体のガス拡散性評価装置であって、
前記多孔体の第１の面に対向した位置に前記第１の面と流体連通して配置され、酸素を消費する酸素消費装置と、
前記多孔体の前記第１の面の反対側の面である第２の面に対向して配置される透光性の遮蔽板であって、前記多孔体の前記第２の面に前記酸素を含むガスを供給可能であり、前記第２の面に前記酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤が塗布された遮蔽板と、
前記酸素消光剤を励起する励起光を発光する光源と、
前記酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する撮像機と、
を備える、ガス拡散性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔体のガス拡散性を評価する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、多孔体のガス拡散性を評価する装置が記載されている。この装置は、評価対象である多孔体を収容する筐体を、酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネッセンス光）を透過可能な材質で形成している。筐体の内部空間に臨む面には、酸素消光剤が分散されている。酸素消光剤は、励起光を受けてルミネッセンス光を発光するが、酸素が存在すると酸素の濃度に応じてそのルミネッセンス光が消光する物質である。評価時には、筐体の内部空間に多孔体を収容し、次いで筐体に酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）を照射しつつ、筐体の内部空間に酸素を含む気体を供給するとともに、酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネッセンス光）を経時的に撮像して測定することにより、多孔体のガス拡散性を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９２４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、酸素消光剤を励起する波長帯の光（励起光）および酸素消光剤が励起されることにより発する光（ルミネッセンス光）を経時的に撮像するように、過渡的な応答を測定している。そのため、気体の導入と、撮像のタイミングの制御が複雑となる。その結果、測定が難しくなり、高精度を得ることが難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、多孔体のガス拡散性評価装置が提供される。このガス拡散性評価装置は、前記多孔体の第１の面に対向した位置に前記第１の面と流体連通して配置され、酸素を消費する酸素消費装置と、前記多孔体の前記第１の面の反対側の面である第２の面に対向して配置される透光性の遮蔽板であって、前記多孔体の前記第２の面に前記酸素を含むガスを供給可能であり、前記第２の面に前記酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤が塗布された遮蔽板と、前記酸素消光剤を励起する励起光を発光する光源と、前記酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する撮像機と、を備える。この形態によれば、平衡状態または定常状態に至った後で、撮像機により測定された酸素消光剤の励起による発光の光度を用いて多孔体の第２の面における酸素濃度の面内分布を取得し、酸素消費装置における所定の酸素消費量（消費速度）における酸素濃度の面内分布から多孔体のガス拡散性の面内分布（むら）を測定することが可能となる。したがって、酸素消光剤の発光を経時的に測定する必要がない。その結果、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの制御も不要である。すなわち測定が容易となり、高精度を得ることが可能となる。
【０００７】
（２）上記形態１のガス拡散性評価装置において、前記酸素消費装置は、前記酸素を活性物質として用いる電池であってもよい。この形態によれば、電池に流れる電流を測定することで、酸素の消費量を容易に測定できる。あるいは、電池から引く電流を制御することで、酸素の消費量を容易に制御できる。
【０００８】
（３）上記形態１または２のガス拡散性評価装置において、前記遮蔽板は、前記第２の面に酸素を供給するための孔または溝を備えていてもよい。この形態によれば、孔または溝を用いて多孔体の第２の面に酸素を供給できる。
【０００９】
（４）上記形態３のガス拡散性評価装置において、前記孔または前記溝に酸素または酸素を含むガスを供給するガス供給装置を備え、前記孔または前記溝は、大気から隔離されていてもよい。この形態によれば、孔または溝を介して、任意の酸素濃度のガスを多孔体の第２の面に供給できる。
【００１０】
（５）上記形態１〜４のいずれか１つのガス拡散性評価装置において、前記多孔体に液体を注入する液体注入装置を備えていてもよい。この形態によれば、多孔体に液体を含む場合のガス拡散性を測定できる。
【００１１】
（６）上記形態５のガス拡散性評価装置において、前記多孔体の前記第１の面に撥水性を有する多孔体シートを備え、前記液体注入装置は、前記多孔体シートに前記液体を注入してもよい。この形態によれば、多孔体に注入する液体を、多孔体シートを用いて拡散できる。
【００１２】
（７）上記形態１〜６のいずれか１つのガス拡散性評価装置において、さらに、前記多孔体と前記酸素消費装置との間に配置された透光部であって前記多孔体の前記第１の面と接する面に酸素の濃度により発光量が変化する第２の酸素消光剤が塗布された透明な透光部と、前記第２の酸素消光剤を励起する第２の励起光を発光する第２の光源と、前記第２の酸素消光剤の前記励起による発光を撮像する第２の撮像機と、を備えていてもよい。この形態によれば、多孔体の２つの面の酸素濃度の面内分布を測定できる。
【００１３】
（８）上記形態７のガス拡散性評価装置において、前記励起光を前記酸素消光剤の方に反射させるとともに前記酸素消光剤の前記励起による発光を前記撮像機に透過させる第１のハーフミラーと、前記第２の励起光を前記第２の酸素消光剤の方に反射させるとともに前記第２の酸素消光剤の前記励起による発光を前記第２の撮像機に透過させる第２のハーフミラーとの少なくとも一方を備えていてもよい。この形態によれば、励起光と酸素消光剤の励起による発光とを分離し、または、第２の励起光と第２の酸素消光剤の励起による発光とを分離できる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ガス拡散性評価装置の他、ガス拡散性評価方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】燃料電池（単セル）を模式的に示す説明図。
【図２】第１の実施形態のガス拡散性評価装置を示す説明図。
【図３】第１の実施形態のガス拡散性評価装置を用いて測定された多孔体の撮像機により撮像された撮像画像。
【図４】第２の実施形態のガス拡散性評価装置を示す説明図。
【図５】第２の実施形態のガス拡散性評価装置を用いて測定された多孔体の撮像機により撮像された撮像画像。
【図６】第２の実施形態のガス拡散性評価装置を用いて測定された多孔体の酸素濃度の面内分布を示す説明図。
【図７】第３の実施形態のガス拡散性評価装置を示す説明図。
【図８】第４の実施形態のガス拡散性評価装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
燃料電池の構成：
図１は、燃料電池１０（単セル）を模式的に示す説明図である。燃料電池１０は、水素を酸素と用いて発電する装置である。燃料電池１０は、膜電極接合体１００と、カソードガス拡散層１４０と、アノードガス拡散層１５０と、カソードセパレータープレート１６０と、アノードセパレータープレート１７０と、を備える。膜電極接合体１００は、電解質膜１１０と、カソード触媒層１２０と、アノード触媒層１３０と、を備える。
【００１７】
電解質膜１１０は、プロトン伝導性のイオン交換膜により形成されている。イオン交換膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂を採用可能である。カソード触媒層１２０は、電解質膜１１０の第１の面に形成され、アノード触媒層１３０は、電解質膜１１０の第１の面と反対側である第２の面に形成されている。カソード触媒層１２０は、触媒担持粒子と電解質（アイオノマ）とを含んでいる。アノード触媒層１３０も同様である。触媒担持粒子は、例えばカーボン粒子のような担体に触媒を担持させたものである。本実施形態では、触媒としては、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒が用いられる。なお、担体や触媒の材料は一例であり、上記説明した材料に限られるものでははい。例えば、担体としてカーボンナノチューブを用い、カーボンナノチューブに触媒を担持させてもよい。
【００１８】
カソードガス拡散層１４０は、膜電極接合体１００のカソード触媒層１２０と接触するように配置され、アノードガス拡散層１５０は、膜電極接合体１００のアノード触媒層１３０と接触するように配置されている。カソードガス拡散層１４０とアノードガス拡散層１５０は、多数の孔を有する多孔体で形成されている。多孔体の材料としては、例えば、金属、セラミック、樹脂、導電性カーボンを用いることが出来る。本実施形態では、カソードガス拡散層１４０とアノードガス拡散層１５０として、撥水剤が塗布されたカーボンペーパーを用いている。
【００１９】
カソードセパレータープレート１６０は、カソードガス拡散層１４０に接するように配置されている板状部材であり、アノードセパレータープレート１７０は、アノードガス拡散層１５０に接するように配置されている板状部材である。カソードセパレータープレート１６０とアノードセパレータープレート１７０は、例えば、金属やカーボンなどの導電性の部材で形成されている。カソードセパレータープレート１６０のカソードガス拡散層１４０側には、カソードガス流路１６５が形成され、カソードセパレータープレート１６０のカソードガス拡散層１４０側には、カソードガス流路１６５が形成され、アノードセパレータープレート１７０のアノードガス拡散層１５０側には、アノードガス流路１７５が形成されている。なお、図１に示す構成では備えていないが、カソードガス拡散層１４０と、カソードセパレータープレート１６０との間に、エキスパンドメタルのような多孔性の部材を配置してもよい。酸素をより拡散させることが可能となる。本実施形態では、アノードガスとして水素を用いる。水素は、酸素に比べると拡散し易いので、アノード側については、アノードガス拡散層１５０と、アノードセパレータープレート１７０との間に、エキスパンドメタルのような多孔性の部材を設けることは、必要ではない。但し、アノード側についてもエキスパンドメタルのような多孔性の部材を設けてもよい。
【００２０】
第１の実施形態：
図２は、第１の実施形態のガス拡散性評価装置２００を示す説明図である。ガス拡散性評価装置２００は、酸素消費装置２１０と、電流測定／制御装置２１２と、制御装置２１４と、遮蔽板２２０と、酸素流路２３０と、光源２４０と、撮像機２５０と、を備える。測定対象の多孔体としてのカソードガス拡散層１４０の第１の面に対向した位置に第１の面と流体連通して酸素消費装置２１０が配置され、第１の面と反対側の第２の面に対向して遮蔽板２２０が配置されている。酸素流路２３０は、カソードガス拡散層１４０と、酸素消費装置２１０との間に形成されている。
【００２１】
酸素消費装置２１０は、酸素を消費するものであればよく、例えば、酸素を活性物質として用いる電池や、酸素を化学的または物理的に吸着する物質を含む装置が用いられる。酸素消費装置２１０として電池を採用すれば、電池の電流から酸素の消費量を測定できる。あるいは、電池から引く電流により酸素の消費量を制御できる。酸素を吸着する物質であれば、酸素吸着前後の重さを測定することにより、酸素消費量を測定できる。なお、酸素を吸着する物質を用いる場合、酸素吸着前後の重さの変化はあまり大きくないなので、電流により酸素の消費量を測定または制御できる電池を用いることが好ましい。電池としては、例えば、空気亜鉛電池や燃料電池を用いることが可能である。本実施形態では、酸素消費装置２１０として、電池を使用している。電流測定／制御装置２１２は、酸素消費装置２１０に流れる電流を測定、あるいは、酸素消費装置２１０から引く電流を制御する。制御装置２１４は、酸素消費装置２１０に流れる電流または酸素消費装置２１０から引く電流を制御することで、酸素消費装置２１０における酸素消費量を測定する。また、制御装置２１４は、励起光源２４０及び撮像機２５０を制御し、カソード触媒層１４０の第２の面における酸素濃度の面内分布を取得する。
【００２２】
遮蔽板２２０は、透光性を有する部材であり、遮蔽板２２０のカソードガス拡散層１４０側の面には、酸素の濃度により発光量が変化する酸素消光剤２２４が塗布されている。酸素消光剤２２４は、励起光を受け、酸素の濃度に応じてルミネッセンス光（蛍光または燐光）を発光する発光種を含む組成物であり「感圧塗料」とも呼ばれている。酸素消光剤２２４は、（１）所定の波長の励起光が照射されると光子を吸収して基底状態から励起状態に遷移し、励起状態から基底状態に戻る際に固有の波長のルミネッセンス光を発する。また、（２）励起状態にあるときに酸素分子に触れると酸素分子にエネルギーが移動してルミネッセンス光を発することなく基底状態に戻る。したがって、酸素の濃度が大きいと（２）の割合が増加するため、ルミネッセンス光の光度は低くなる。ここで、酸素の濃度とルミネッセンス光の光度との関係は、以下に示すスターン・ボルマーの関係式（Sterm-Volmer equation）で記述される。
Ｉｏ／Ｉ＝１＋Ｋｓｖ×［Ｏ２］
ここで、［Ｏ２］は、酸素の濃度であり、Ｉｏは、酸素が存在しないとき（酸素の濃度がゼロのとき）のルミネッセンス光の光度であり、Ｉは、酸素の濃度が［Ｏ２］のときのルミネッセンス光の光度である。Ｋｓｖは、消光速度の指標であり、「スターン・ボルマー定数」と呼ばれる。スターン・ボルマー定数は、ガス拡散性評価装置２００を真空中に配置したとき、すなわち、酸素の濃度がゼロのときのルミネッセンス光の光度（Ｉｏ）と、ガス拡散性評価装置２００の酸素消光剤２２４を大気開放したとき（酸素の濃度は２１％）のときのルミネッセンス光の光度（Ｉ）と、を測定することにより容易に決定できる。
【００２３】
本実施形態では、酸素消光剤２２４は、発光種として白金ポルフィリン（白金とポルフィリンとの錯体）を含んでいる。一般に発光種は、所定の波長の光（励起光）を吸収し、所定の波長の光（ルミネッセンス光）を発光する。白金ポルフィリンの励起光の波長は、約４００ｎｍ〜５００ｎｍであり、ルミネッセンス光の波長は、約５６０〜７１０ｎｍである。遮蔽板２２０の材料は、白金ポルフィリンの励起光及びそのルミネッセンス光を透過可能な材料で構成されていることが好ましい。なお、酸素消光剤２２４は、白金ポルフィリンの代わりに、例えば、ポルフィリンやフタロシアニン等の複素環式芳香族化合物と、ルテニウムやオスミウム等の遷移金属との錯体や、ピレンやペリレンのような多環式芳香族炭化水素を、発光種として含んでいても良い。酸素消光剤２２４は、ジメチルポリシロキサン（「ポリジメチルシロキサン」とも呼ぶ。）や常温硬化型シリコンゴム等のバインダや、トルエン等の溶剤を含んでいてもよい。
【００２４】
遮蔽板２２０は、複数の孔２２２を有する。孔２２２は、大気中の空気をカソードガス拡散層１４０に供給するために用いられる。遮蔽板２２０が酸素透過性を有する場合には、空気中の酸素がカソードガス拡散層１４０に供給可能なため、孔２２２が設けられていなくても良い。ただし、遮蔽板２２０が酸素の透過性を有していても、透過抵抗が存在するため、遮蔽板２２０に孔２２２が設けられている方が設けられていないよりもカソードガス拡散層１４０に酸素を供給し易く、好ましい。なお、遮蔽板２２０の酸素透過性にかかわらず、カソード触媒層１４０の第２の面における酸素濃度の面内分布は、ルミネッセンス光の光度を用いて取得可能である。
【００２５】
酸素流路２３０は、カソードガス拡散層１４０を透過した酸素を酸素消費装置２１０に供給するための流路である。酸素流路２３０の外縁には流路形成壁２３２が設けられ、酸素流路２３０を大気から隔離している。流路形成壁２３２により、カソードガス拡散層１４０を透過しない酸素が酸素消費装置２１０に供給されることを抑制できる。
【００２６】
光源２４０は、酸素消光剤２２４中の発光種を励起する励起光を発光する。励起光は、遮蔽板２２０を透過して、酸素消光剤２２４中の発光種を励起する。その後、発光種は、ルミネッセンス光を発光する。撮像機２５０は、発光種が発光するルミネッセンス光を撮像する。なお、励起光と、ルミネッセンス光とを分離するためのハーフミラーを備えていても良い。また、撮像機２５０の前に、ルミネッセンス光を透過するが、励起光を透過しないフィルターを備えても良い。プリズムにより、励起光とルミネッセンス光を分離しても良い。
【００２７】
本実施形態では、例えば、酸素の消費が平衡状態あるいは定常状態となった後で、撮像機２５０で、酸素消光剤２２４からの発光（ルミネッセンス光）画像を測定する。ルミネッセンス光を用いて、カソードガス拡散層１４０の遮蔽板２２０側の第１の酸素濃度の面内分布を取得できる。そして、第１の酸素濃度の面内分布から、カソードガス拡散層１４０の面内のガス拡散性のムラ（分布）を評価できる。以上のように、本実施形態では、酸素の消費が平衡状態あるいは定常状態となった後で酸素消光剤２２４からの発光（ルミネッセンス光）を測定するので、酸素消光剤の発光を経時的に測定する必要がなく、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの制御も不要である。その結果、測定が容易となる。また、酸素を含むガスの供給と、撮像のタイミングの不一致による測定の精度の低下が無く、高精度の測定が可能となる。
【００２８】
図３は、第１の実施形態のガス拡散性評価装置２００を用いて測定されたカソードガス拡散層１４０の撮像機２５０により撮像された撮像画像である。白い四角で囲った部分のカソードガス拡散層１４０の奥に酸素消費装置２１０が存在し、酸素を消費しているため酸素濃度の勾配が生じ、酸素が酸素流路２３０からカソードガス拡散層１４０を通って酸素消費装置２１０に拡散しているため酸素濃度が低くなった領域が観察されている。このように、カソードガス拡散層１４０の酸素拡散性（ガス拡散性）について、面内分布があった場合、カソードガス拡散層１４０の酸素濃度の面内分布から容易に測定できる。
【００２９】
第２の実施形態：
図４は、第２の実施形態のガス拡散性評価装置２０１を示す説明図である。なお、第２の実施形態以降の説明図（図４、図７、図８）では、電流測定／制御装置２１２と、制御装置２１４の図示を省略している。ガス拡散性評価装置２０１は、以下の点で第１の実施形態のガス拡散性評価装置２００と異なる。ガス拡散性評価装置２０１では、遮蔽板２２０は、孔２２２の代わりに溝２２６を備える。溝２２６は、酸素を含むガスの流路を形成する。溝２２６は、大気中の空気から隔離されている。この溝２２６は、図１に示すカソードガス流路１６５と同じ形状で構成されていることが好ましい。実際の燃料電池１０を模擬して、カソードガス拡散層１４０のガス拡散性を評価できる。図４では、２つの溝２２６を図示しており、２つの溝２２６の間及び溝２２６の両側はリブ部２２７となっている。なお、２つの溝２２６は、連通されており酸素を含むガスが移動可能である。溝２２６の数は、２以上であっても良い。
【００３０】
ガス拡散性評価装置２０１は、ガス供給装置２６０を備える。ガス供給装置２６０は、酸素タンク２６１と、窒素タンク２６２と、酸素流量調整部２６３と窒素流量調整部２６４とガス供給管２６５とを備える。ガス供給管２６５は、溝２２６に接続されている。酸素流量調整部２６３と窒素流量調整部２６４とを用いて、溝２２６に供給する酸素を含むガスにおける酸素の濃度を、０％から１００％まで任意に調整可能である。なお、酸素の濃度が０％の場合には、酸素を含むガスとは言えないので、酸素の濃度が０％の場合を含むガスを「酸素を含み得るガス」と呼ぶ。また、本実施形態では、溝２２６に供給する酸素を含み得るガスにおける酸素の濃度への影響を避けるため、遮蔽板２２０が酸素を透過させない材料で構成されていることが好ましい。但し、カソード触媒層１４０の第２の面における酸素濃度の面内分布は、ルミネッセンス光の光度画像を用いて取得可能であるので、遮蔽板２２０が酸素を透過させる材料で構成されていてもよい。
【００３１】
図５は、第２の実施形態のガス拡散性評価装置２０１を用いて測定されたカソードガス拡散層１４０の撮像機２５０により撮像された撮像画像である。溝２２６には、酸素を含むガスが供給されるので、酸素の濃度が大きく、ルミネッセンス光の光度が小さい。一方、リブ部２２７では、酸素を含むガスが供給され難いので、酸素の濃度が低く、ルミネッセンス光の光度が大きい。
【００３２】
図６は、第２の実施形態のガス拡散性評価装置２０１を用いて測定されたカソードガス拡散層１４０の酸素濃度の面内分布を示す説明図である。リブ部２２７において酸素の濃度が低く、溝２２６において酸素の濃度が高いことが分かる。
【００３３】
以上、第２の実施形態によれば、実際の燃料電池１０を模擬した状態で、カソードガス拡散層１４０のガス拡散性を測定できる。また、ガス供給装置２６０を備えているので、任意の濃度の酸素を含むガスを溝２２６に供給可能である。
【００３４】
第３の実施形態：
図７は、第３の実施形態におけるガス拡散性評価装置２０２を示す説明図である。ガス拡散性評価装置２０２は、第２の実施形態のガス拡散性評価装置２０１の構成に加えて、液体注入装置２７０と、液体注入管２７２と、圧力計２７４と、液体注入ブロック２８０と、多孔体シート２９０とを備える。液体注入装置２７０は、液体注入管２７２を用いて、多孔体シート２９０に液体を注入する。この液体は、例えば水である。酸素と水素を反応させる燃料電池では、カソード側に水が生成する。この水は、カソードガス拡散層１４０に滞留し、カソードガス拡散層１４０のガス拡散性に影響を与える場合がある。本実施形態では、多孔体シート２９０を介して水をカソードガス拡散層１４０に供給することで、実際の燃料電池１０の発電状態を模擬しながらカソードガス拡散層１４０のガス拡散性を測定できる。圧力計２７４は、液体注入管２７２に設けられており、液体の注入圧力を測定する。多孔体シート２９０は、撥水性を有する多孔性のシートであり、カソードガス拡散層１４０の遮蔽板２２０と反対側の面に配置される。多孔体シート２９０は、供給された水をカソードガス拡散層１４０に拡散する。なお、多孔体シート２９０が無くても、水をカソードガス拡散層１４０に拡散できるので、多孔体シート２９０は無くても良いが、多孔体シート２９０が有る方が水をカソードガス拡散層１４０により拡散し易くなる。液体注入ブロック２８０は、多孔体シート２９０と、酸素流路２３０と、の間に配置される。液体注入ブロック２８０は、多孔体シート２９０と酸素流路２３０とを連通する連通路２８２を備える。多孔体シート２９０の酸素は、連通路２８２を通って酸素流路２３０に流れる。
【００３５】
以上、第３の実施形態によれば、実際の燃料電池１０の発電状態を模擬して、カソードガス拡散層１４０のガス拡散性を測定できる。
【００３６】
第４の実施形態：
図８は、第４の実施形態におけるガス拡散性評価装置２０３を示す説明図である。第４の実施形態のガス拡散性評価装置２０３は、第３の実施形態のガス拡散性評価装置２０２の構成に加えて、第１のハーフミラー３００と、第２の光源２４２と、第２の撮像機２５２と、第２のハーフミラー３０２と、透光部３１０と、を備える。
【００３７】
第１のハーフミラー３００は、光源２４０（第２の光源２４２と区別するため「第１の光源２４０」と呼ぶ。）から発光された光のうち、酸素消光剤２２４（第２の酸素消光剤２２５と区別するために「第１の酸素消光剤２２４」と呼ぶ。）が励起する波長の光を第１の酸素消光剤２２４の方に反射する。また、第１のハーフミラー３００は、第１の酸素消光剤２２４からのルミネッセンス光を撮像機２５０（第２の撮像機２５２と区別するために「第１の撮像機２５０」と呼ぶ。）の方に透過する。
【００３８】
透光部３１０は、カソードガス拡散層１４０の酸素消費装置２１０側に配置される透明な部材であり、透光部３１０のカソードガス拡散層１４０側には、第２の酸素消光剤２２５が塗布されている。第２の酸素消光剤２２５は、酸素消光剤２２４と同じ成分としても良い。ここで、透明とは、第２の酸素消光剤２２５を励起するための励起光（第１の酸素消光剤２２４を励起するための励起光と区別するために「第２の励起光」とも呼ぶ。）の波長と、第２の酸素消光剤２２５のルミネッセンス光（第１の酸素消光剤２２４のルミネッセンス光と区別するために「第２のルミネッセンス光」とも呼ぶ。）の波長において、例えば透過率が９０％以上であることを意味する。第２の光源２４２は、第２の酸素消光剤２２５を励起する波長の光を発光する。第２の撮像機２５２は、第２の酸素消光剤２２５からの第２のルミネッセンス光を撮像する。第２のハーフミラー３０２は、第２の光源２４２から発光された光のうち、第２の酸素消光剤２２５が励起する波長の光を第２の酸素消光剤２２５の方に反射する。また、第２のハーフミラー３０２は、第２の酸素消光剤２２５からの第２のルミネッセンス光を第２の撮像機２５２の方に透過する。
【００３９】
本実施形態によれば、撮像機２５０で、第１の酸素消光剤２２４からのルミネッセンス光を測定することで、カソードガス拡散層１４０の遮蔽板２２０側の第１の酸素濃度の面内分布を取得できる。また、第２の撮像機２５２で、第２の酸素消光剤２２５からのルミネッセンス光を測定することで、カソードガス拡散層１４０の透光部３１０側の第２の酸素濃度の面内分布を取得できる。この第１の酸素濃度の面内分布と第２の酸素濃度の面内分布とを用いて、カソードガス拡散層のガス拡散性を測定できる。また、ガス拡散性の面内分布を測定することも容易である。なお、カソードガス拡散層１４０は、撥水剤が塗布されたカーボンペーパーであり、不透明である。第１の光源２４０の励起光や第１の酸素消光剤２２４のルミネッセンス光が第２の撮像機２５２で撮像されることは無く、逆に、第２の光源２４２の励起光や第２の酸素消光剤２２５のルミネッセンス光が第１の撮像機２５０で撮像されることは無い。
【００４０】
また、本実施形態によれば、第１のハーフミラー３０２と第２のハーフミラー３０２を用いて、励起光とルミネッセンス光を分離できるので、第１の撮像機２５０、第２の撮像機２５２における測定誤差を低減出来る。なお、第１のハーフミラー３０２と第２のハーフミラー３０２の一方又は両方を備えない構成であっても良い。
【００４１】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４２】
１０…燃料電池
１００…膜電極接合体
１１０…電解質膜
１２０…カソード触媒層
１３０…アノード触媒層
１４０…カソードガス拡散層
１５０…アノードガス拡散層
１６０…カソードセパレータープレート
１６５…カソードガス流路
１７０…アノードセパレータープレート
１７５…アノードガス流路
２００、２０１、２０２、２０３…ガス拡散性評価装置
２１０…酸素消費装置
２１２…電流測定／制御装置
２１４…制御装置
２２０…遮蔽板
２２２…孔
２２４…酸素消光剤（第１の酸素消光剤）
２２５…第２の酸素消光剤
２２６…溝
２２７…リブ部
２３０…酸素流路
２３２…流路形成壁
２４０…光源（第１の光源）
２４２…第２の光源
２５０…撮像機（第１の撮像機）
２５２…第２の撮像機
２６０…ガス供給装置
２６１…酸素タンク
２６２…窒素タンク
２６３…酸素流量調整部
２６４…窒素流量調整部
２６５…ガス供給管
２７０…液体注入装置
２７２…液体注入管
２７４…圧力計
２８０…液体注入ブロック
２８２…連通路
２９０…多孔体シート
３００…第１のハーフミラー
３０２…第２のハーフミラー
３１０…透光部
【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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