JP2007311191A - Device and method for evaluating durability of electrolyte membrane - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an electrolyte membrane durability evaluation apparatus and an electrolyte membrane durability evaluation method for evaluating the durability of an electrolyte membrane used in a fuel cell or the like.
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)。 A conventional electrolyte membrane durability evaluation apparatus supplies gas with a pressure difference applied to both surfaces of the electrolyte membrane, and detects damage to the electrolyte membrane due to a pressure drop on the high-pressure side (see Patent Document 1).
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。 That is, a first gas having a predetermined pressure is supplied to one surface of the electrolyte membrane by a supply line, and a second gas having a predetermined pressure lower than the pressure of the first gas is supplied to the other surface of the electrolyte membrane by another supply line. Supply. The first gas and the second gas passing through the branch line are each humidified to a predetermined humidity by a bubbler.
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。
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。 The conventional electrolyte membrane durability evaluation apparatus is subject to bending stress on the electrolyte membrane due to the pressure difference on both sides of the electrolyte membrane, and as a result, the damage is accelerated and the degradation factor is combined and evaluated. was there.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electrolyte membrane durability evaluation apparatus and an electrolyte membrane durability evaluation method capable of performing durability evaluation without applying stress to the electrolyte membrane. For the purpose.
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。 An electrolyte membrane durability evaluation device according to the present invention for achieving the above object is an electrolyte membrane durability evaluation device for evaluating the durability of an electrolyte membrane, wherein a first gas is applied to one surface of the electrolyte membrane. A first gas supply means for supplying; a second gas supply means for supplying a second gas having a composition different from that of the first gas to the other surface of the electrolyte membrane; and a first for controlling the humidity of the first gas. Humidity control means, second humidity control means for controlling the humidity of the second gas, and electrolyte membrane damage detection means for detecting damage of the electrolyte membrane by a change in the gas concentration of the first gas or the second gas. It is characterized by.
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。 According to the electrolyte membrane durability evaluation apparatus according to the present invention configured as described above, the first gas and the second gas having different compositions by the first gas supply means and the second gas supply means are provided on both surfaces of the electrolyte membrane. , And the electrolyte membrane damage detection means detects damage to the electrolyte membrane based on the gas concentration change of the first gas or the second gas, so that durability evaluation can be performed without applying stress to the electrolyte membrane.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a gas supply and discharge piping system of the electrolyte membrane durability evaluation apparatus according to the first embodiment.
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。
Referring to FIG. 1, the piping system of the electrolyte membrane durability evaluation apparatus according to the first embodiment includes a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The first gas humidified through the
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。
In the piping system for handling the first gas of the present embodiment, a
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。
Further, by completely removing water introduced to humidify the first gas passing through the
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。
The
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。
The
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。
One end of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In the piping system handling the second gas of the present embodiment, a
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。
Further, the water supplied from the
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。 Thus, according to the electrolyte membrane durability evaluation apparatus of the present embodiment, a plurality of humidity control means are provided for either the first gas or the second gas, or both. Can be set.
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。
FIG. 2 is a perspective view showing the
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。
The
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。
The
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。
As an example of a combination of a supply gas and a detection system for detecting electrolyte membrane damage, for example, an inert gas is supplied to the
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。
It is desirable that the gas concentration meter (gas concentration sensor) 51a can detect a concentration on the order of several ppm, and can detect a concentration on the order of ppb for detection of electrolyte membrane damage at an earlier stage. The initial state of gas permeation of the
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。
Further, in the
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。
Thus, according to the electrolyte membrane durability evaluation apparatus of the present embodiment, the
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。
According to the electrolyte membrane durability evaluation apparatus according to the first embodiment configured as described above, the first gas having a different composition between the
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。
Next, an electrolyte membrane durability evaluation method according to the present invention, which is performed using the electrolyte membrane durability evaluation apparatus configured as described above, will be described. That is, the method for evaluating the durability of an electrolyte membrane according to the present invention provides a first space (first gas chamber) 106 facing one surface of the
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。
Further, the opening control of the
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。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of opening control of the
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。
1 and 4,
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。
First, in the initial state t0 (measurement start time), the
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。
At time t1, the
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。
At time t2, the
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。
At time t3, the
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。
At time t4, the
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。
After t5, a cycle of drying and humidification occurs by repeating the operation from t1 to t4. Thereby, the impact at the time of valve | bulb switching is reduced, and the pulsation change of the flow volume or pressure of the gas supplied to the
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。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the opening degree of the
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。
Referring to FIG. 1 and FIG. 5, in the case of transition from the dry state to the humidified state (t1 to t2), the
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。
Conversely, when the humidified state is shifted to the dry state (t3 to t4), the
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。
The opening degree control of the
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。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a gas supply and discharge piping system of the electrolyte membrane durability evaluation apparatus of the second embodiment.
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。
The second embodiment will be described with reference to FIG. The configurations of the
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。
In the second embodiment, on the
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。
The electrolyte membrane durability evaluation apparatus of the second embodiment has basically the same operational effects as the electrolyte membrane durability evaluation apparatus of the first embodiment, but in the second embodiment, a plurality of gas concentrations are provided. By installing the total 51 in parallel in the gas flow direction, it is possible to identify and grasp the damaged location of the
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。
Alternatively, even when one sensor is installed in a gas flow path (detection port) arranged in parallel, damage to the
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。 The present invention can be used, for example, as an apparatus for testing the durability of a fuel cell.
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。
10a 1st gas supply means (1st supply line),
10b Second gas supply means (second supply line),
12a first branch line,
12b second branch line,
14a first discharge line,
14b second discharge line,
38a, 39a, 42a, 43a valve,
38b, 39b, 42b, 43b valve,
40a, 41a first humidity control means (humidifier),
40b, 41b second humidity control means (humidifier),
51a Electrolyte membrane damage detection means,
100 containment vessel,
106
Claims (12)
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。 An electrolyte membrane durability evaluation apparatus for evaluating the durability of an electrolyte membrane,
A first gas supply means for supplying a first gas to one surface of the electrolyte membrane;
A second gas supply means for supplying a second gas having a composition different from that of the first gas to the other surface of the electrolyte membrane;
First humidity control means for controlling the humidity of the first gas;
Second humidity control means for controlling the humidity of the second gas;
An electrolyte membrane damage detecting means for detecting damage of the electrolyte membrane by a change in gas concentration of at least one of the first gas and the second gas;
An electrolyte membrane durability evaluation apparatus comprising:
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。 The electrolyte membrane is accommodated in a storage container, and in the container, a space facing one surface of the electrolyte membrane and a space facing the other surface of the electrolyte membrane are partitioned and formed.
6. The first gas is supplied to one space by the first gas supply means, and the second gas is supplied to the other space by the second gas supply means. The electrolyte membrane durability evaluation apparatus according to any one of the above.
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。 An electrolyte membrane durability evaluation method for evaluating the durability of an electrolyte membrane,
While supplying a first gas with controlled humidity to one surface of the electrolyte membrane,
A second gas having a different composition from the first gas whose humidity is controlled is supplied to the other surface of the electrolyte membrane;
An electrolyte membrane durability evaluation method, wherein damage to the electrolyte membrane is detected by a change in gas concentration of at least one of the first gas and the second gas.
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- 2006-05-18 JP JP2006139203A patent/JP2007311191A/en active Pending
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