ジャプス部の「売りの技術」
1.2 燃料電池評価装置の仕組み

近年、地球温暖化ガスや大気汚染物質の発生を抑制するため、自動車業界でも環境規制が厳しく、燃料電池の評価試験において、燃料ガスとなる低濃度化が進んでいる。その対応として電気自動水素ガスおよび空気を燃料電池のアノード極、カ車や水素を燃料にして走行する燃料電池自動車がソード極にそれぞれ独立して供給する。これらのある。また、自動車排気ガスには各種大気汚染物

ガスは流量制御された後、加熱により温度制御さ質が含まれており、排気ガス規制、エバポ（EVAPO：れ、さらに加湿により露点制御され、各極へ供給燃料蒸散ガス）規制が世界的に厳しくなり各自動される。また、燃料電池から出たガスが背圧制御車メーカや部品メーカでは規制に対応した新たな弁を通過することにより圧力制御を行っている。

対策や部品開発が行われている。

この排出ガスから電池内部での反応により発生し当部では、これらの環境負荷低減の開発の一助をた水分を取り除き（気液分離）、最終的には大気へ担う試験装置、計測装置や各種試験に使用される標と放出している。一方で、燃料電池を稼動（発電）

準ガス供給設備などを、自動車メーカや部品メーカさせると熱が発生する。この熱を取り去り、稼動に納めている。その試験装置などを紹介する。

温度条件を調整するために冷却水を供給している。この冷却水は、ヒータや工業用水にて温度制

1. 燃料電池評価装置

御し、さらにポンプ吐出流量や制御弁にて流量を1.1 概要制御した後、燃料電池へ供給している。図 1 には燃料電池（FC：Fuel Cell）は、水素と酸素を反燃料電池へ供給する系統、燃料電池から排出され応させることにより電力を取り出すことができるる系統および冷却水の系統を示し、燃料電池評価発電装置である。その種類として、固体高分子形装置が持つ制御機能とその関連を示す。

（PEFC）、溶融炭酸塩形（MCFC）、りん酸形（PAFC）、上述の機能を持つ評価装置は、供試品となる燃料固体酸化物形（SOFC）などがある。その中で、PEFC電池の出力容量に合わせて装置仕様を設定していは運転温度が 80 ～ 100℃と他の形式と比較し低温る。例えば、200kW 級の自動車搭載型の燃料電池型であり、燃料電池自動車への搭載型として自動や、その半分程度の出力容量のもの、基礎研究用の車メーカなどで開発が進められている。

数百 W 程度の燃料電池まで、装置開発が可能であ開発担当されているお客様は、FC の発電性能をる。表 1にはこれらの装置仕様を代表例として示す。

評価するため、供給するガスの温度、圧力、流量、この装置は、各種容量の差により、装置のサイ湿度などさまざまな条件を変えて試験をしている。

ズはさまざまであるが、どの容量であっても、自これらの要望を応えるため、小型の 100W 級から動車のアクセルワークに相当する、アイドリング200kW 級の大型までさまざまなサイズ（容量）の状態からフルスロットル状態に相当するガス供給装置を開発してきた。その中でも近年大型化が進量の制御が必要である。当部の装置は、それに合んでおり、その製品を代表に、燃料電池評価装置わせた温度調整、露点調整、背圧制御が要となっの仕組みを紹介する。ている。
—92—200kW 級燃料電池評価装置の製作例として図 2× 高さ）程度の大きさである。に外観を示す。設置面積は 4m × 5m × 2m（縦 × 横

図1

燃料電池評価装置が持つ制御機能と燃料電池との関連
表1

図2

燃料電池評価装置主仕様（代表例）

200kW 級燃料電池評価装置—93—

外観（製作実績例）
IIC REVIEW/2018/10. No.60

組み込まれている。また供試体内にはガソリン封入

2. VT-SHED 設備されており、槽内に HC が漏れ出た量を計測するた

2.1 概要め、槽内は防爆構造にしている。さらに装置自身かガソリンを燃料として使用する自動車はさまざら HC を発生させないため、また気密性を維持するまな環境下において使用される。ガソリンは揮発ためシール溶接構造にしている。

ふく性が高く、走行時の発熱、路面等からの輻射熱、炎当部では、部品用 SHED（内容積 1.6m3）から実天下での駐車、保管などにおいて燃料ホースや燃車用 SHED（内容積 79m3）、お客様の要求に合わせ料タンクなどで気化し、ガソリン蒸気が発生する。

た SHED を製作している。また当部は図 3 に示す

このガソリン蒸気に含まれる炭化水素（HC：ハイ部品用 SHED 設備を所有しており、SHED 設備をドロカーボン）が大気中の酸素や窒素化合物と結所持されていないお客様に代わって計測業務を受合して有害物質に変化し、環境や人体に悪影響を託している。

及ぼす。そこで、エバポ規制において、アメリカ、ヨーロッパ、中国などで定める法規（規制値）に適合させなければならない。この HC の放出量を測定する装置が SHED（Sealed Housing for EvaporativeDetermination）である。規制は自動車以外に、二輪車、汎用機、農機具など対象が広がってきている。
自動車の状態（走行中、駐停車中、給油中、高温環境、低温環境など）で試験方法が変わり、それに合わせた構造や供試体のサイズに合わせたさまざまな容積の SHED がある。その一つに種類に図3なる VT（Variable Temperature）-SHED を例に SHEDの仕組みを紹介する。

部品用 SHED（社内設備：内容積 1.6m3）
3. キャニスターローディング装置

3.1 概要

2.2 SHED の仕組み
自動車にはガソリンに接触する部品が多数あり、前記の SHED は、HC 発生量を計測する装置であ各部品から発生（透過）する HC を抑制し、さらにるが、HC を大気に放出させないため、自動車など自動車全体から発生する HC 量を低減させる工夫がにはキャニスターと呼ばれる HC を大気へ放出させされている。規制による測定方法は多少変わるが、ない部品が組み込まれている。キャニスターは内部温度変化によりガソリンの蒸気圧が変わることかに活性炭のような多孔物質が封入されている。炎天

ら、日中の温度変化を模擬して HC 発生量を計測す

下などで駐車している車の燃料タンク内などからる VT-SHED がある。供試体は、気密性が高い槽発生したガソリン蒸気は、このキャニスターを通し（Sealed Housing）の中に入れ、槽内の温度を変化さ多孔物質に HC を吸着させて大気へ放出している。

せるが、槽内の圧力は大気圧と同等に維持させなけ

走行中はキャニスターを通して外気を吸入し多孔ればならないため、温度変化による槽内空気の膨張物質に付着した HC は空気によって剥がされエンジを吸収する風船のような容積が可変できる構造がン内で燃焼する。この吸着と離脱の繰り返しでキャ—94—

ニスターは半永久的に使用できる部品である。このキャニスターの性能や耐久を試験する装置が、キャニスターローディング装置である。HC はブタンガスを使用して試験する BWC（Butane Working Capacity）
タイプと、ガソリンを加熱し実際にガソリン蒸気を発生させて試験するGWC（Gasoline Working Capacity）タイプがある。
3.2 キャニスターローディング装置の仕組み
搭載する車種によりさまざまな形状、容量のキャ

図5ニスターがある。キャニスターの性能試験は、前BWC/GWC キャニスターローディング装置（外観）

記 SHED と同様に各国のエバポ規制により試験要領が定められている。この規制も年々厳しくなり、

4. マイクロフローリアクタ実験装置試験方法や試験時間の増加傾向になっている。試4.1 概要

験装置の概略フローを図 4 に示す。ガソリン蒸気
びんをキャニスターに送気し、2 式の電子天秤上のキャエンジンなど可燃性物体を燃焼させてエネルニスターの重量を監視、計測し、キャニスターのギーを得る機械は、その燃料が最適に燃焼する条HC 許容吸着量を一定基準にする試験要領、繰り返件を見つけだすことで、燃焼の高効率化が求めらし回数、試験時間など色々なパターンの試験を繰れている。

り返す制御システムを装置に組み込んでいる。

マイクロフローリアクタは、燃料の自己着火過

当部では BWC、GWC の個別および両方搭載し程を把握できるもので、燃焼特性の基礎研究、製た試験装置を製作しており、その一例として図 5品開発を行ううえで重要な装置と考えている。当に BWC/GWC キャニスターローディング装置の外部は、温度分布制御型加熱器（特許出願中）の開観を示す。

発で、大気圧から高圧環境下での燃焼状態を観察

図4

GWC キャニスター試験フロー—95—

IIC REVIEW/2018/10. No.60

できる装置を研究開発したので紹介する。図 6 にリアクタへの加熱は最大 1200℃まで可能で、リアクタ入口から出口までの温度差（勾配）は、600℃装置の外観を示す。

である。さらに大気圧から高圧（2.8MPa）での環境条件を整えることができることからエンジンの燃焼行程を段階的に再現可能である。

図6

装置外観

図7

配管系統イメージ図

図8

カメラ観察状態（例）

文責

4.2 マイクロフローリアクタ実験装置の仕組み

制御システム事業部 ジャプス部

対象とする燃料を気化させたガスに燃焼条件を作り出すために N2、O2 などのガスと混合し、加熱課長したリアクタ（細管）へ送気する（図 7 参照）。送泉哲男

佐浦毅

制御システム事業部 ジャプス部

気量は燃焼するための最小限の流量に抑え、ガス課長がリアクタ内で自己着火（燃焼）した際に発する制御システム事業部 ジャプス部

尾木 一馬

微弱光を観察（図 8 参照）する。

制御システム事業部 副事業部長

穂積 清介—96—