JP2006196414A - 燃料電池検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＡを具備し、液体燃料が供給されることで発電する燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムを提供する。
【解決手段】 膜電極接合体ＭＥＡ１１１を具備し、ＭＥＡ１１１のアノード１１１Ｂにメタノールを含むメタノール水溶液が供給されることで発電するＤＭＦＣ１００に対して、その特性を検査する燃料電池検査システム１Ａであって、内部にメタノール水溶液が貯溜されると共に密閉性を有するタンク１１と、タンク１１とＤＭＦＣ１００とを接続する配管１１ａ、１２ａ、１３ａとからなる液体燃料供給配管とを具備し、メタノール水溶液をＤＭＦＣ１００のアノード１１１Ｂ側に供給する液体燃料供給手段と、ＤＭＦＣ１００のアノード１１１Ｂ側から排出されたメタノール水溶液をタンク１１に戻す配管１１ｂと、液体燃料供給配管に設けられ、内部を流通するメタノール水溶液中のメタノール濃度を検出する屈折率計１３と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とする）を具備し、ＭＥＡのアノード側にメタノール（燃料成分）含むメタノール水溶液（液体燃料）が供給されることで発電する直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）とする）などの燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムに関する。

近年、電源として燃料電池の開発が急速に進められている。燃料電池の種類は様々であるが、ノートパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯電話などの携帯端末用としては、メタノール水溶液を燃料とするＤＭＦＣが着目されている（特許文献１参照）。

このようなＤＭＦＣは、ＭＥＡを内蔵し、ＭＥＡのアノード側にメタノール水溶液が供給されることで発電する。この発電によるＤＭＦＣの出力は、一般にＭＥＡの性能に依存する。そして、ＭＥＡの性能は、メタノール水溶液の消費量などに関係する。

特開２００３−６８３２５号公報（段落番号００１２〜００３５、図１）

したがって、ＤＭＦＣ、ＭＥＡの各種特性を検査することは、品質的に安定した高品質のＤＭＦＣを提供する観点から重要である。

そこで、本発明は、ＭＥＡを具備し、そのアノード側に燃料成分含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池の特性を容易に検査可能な燃料電池検査システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、膜電極接合体を具備し、当該膜電極接合体のアノードに燃料成分を含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池に対して、当該燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムであって、内部に液体燃料が貯溜されると共に密閉性を有するタンクと、当該タンクと前記燃料電池とを接続する液体燃料供給配管とを具備し、前記タンク内の液体燃料を前記液体燃料供給配管を介して前記燃料電池のアノード側に供給する液体燃料供給手段と、前記燃料電池のアノード側から排出された液体燃料を前記タンクに戻す液体燃料戻し配管と、前記液体燃料供給配管および前記液体燃料戻し配管の少なくとも一方の配管に設けられ、当該少なくとも一方の配管内を流通する液体燃料中の前記燃料成分濃度を検出する燃料成分濃度検出手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池検査システムである。

このような燃料電池検査システムによれば、液体燃料供給手段により、タンク内の液体燃料は、液体燃料供給配管を介して燃料電池のアノード側に供給される。液体燃料戻し配管により、燃料電池から排出された液体燃料は、タンクに戻される。そして、燃料濃度検出手段によって、液体燃料供給配管および液体燃料戻し配管の少なくとも一方の配管内を流通する液体燃料中の燃料成分濃度が検出される。なお、タンクは密閉性を有するため、液体燃料が外部に流出することが防止されている。

したがって、タンクから燃料供給配管を介して燃料電池のアノード側に液体燃料を供給しつつ、燃料電池から排出された液体燃料をタンクに戻しながら、すなわち、タンクと燃料電池との間で液体燃料を循環させながら、例えば、ＭＥＡおいてアノード側からカソード側への液体燃料の浸透・透過（以下クロスオーバーという）によって、液体燃料の燃料成分濃度の変化したことを、燃料成分検出手段で、連続的にリアルタイムで検出することができる。これにより、ＭＥＡの特性、つまり燃料電池の特性を検査することができる。
また、タンクを備えたことにより、液体燃料がカソード側に透過して、タンクに戻される液体燃料の量が少なくても、連続的に液体燃料を燃料電池に供給することができる。ただし、タンクの容量が大きすぎると、燃料成分濃度の変化を検出しにくくなるため、前記液体燃料のクロスオーバーを考慮しつつ、小さくすることが好ましい。

本発明によれば、ＭＥＡを具備し、そのアノード側に燃料成分含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池の特性を容易に検査可能な燃料電池検査システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本実施形態に係る燃料電池検査システムの構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る燃料電池検査システムによって得られた電流密度−電圧曲線の一例である。

≪ＤＭＦＣ≫
まず、図１を参照して、燃料電池検査システム１Ａの説明に先立って、検査対象であるＤＭＦＣ１００について簡単に説明する。ＤＭＦＣ１００は、ノートパソコンなどの携帯端末に搭載され、電源として機能する燃料電池である。なお、携帯端末には、ＤＭＦＣ１００とは別途に、メタノール水溶液（液体燃料）が充填された燃料カートリッジ（図示しない）が装着される。

図１に示すように、ＤＭＦＣ１００は、ＭＥＡ１１１を有するＭＥＡモジュール１１０と、燃料タンク１２０とを主に具備している。そして、ボルト、ナットなとの適宜な締結手段によって、ＭＥＡモジュール１１０と燃料タンク１２０とが重ね合わせられた状態が維持され、組み付けられた状態のＤＭＦＣ１００が構成されている。そして、前記燃料カートリッジからの供給されたメタノール水溶液がＭＥＡ１１１のアノード１１１Ｂ側に供給され、一方、酸素を含む空気（酸化剤ガス）がＭＥＡ１１１のカソード１１１Ｃ側に供給されることで、ＤＭＦＣ１００は発電する。

＜ＭＥＡモジュール＞
ＭＥＡモジュール１１０は、ＭＥＡ１１１と、ＭＥＡ１１１を挟む挟持部材１１２および挟持部材１１３とを主に備えている。

［ＭＥＡ］
ＭＥＡ１１１は、パーフルオロスルホン酸系の一価の陽イオン交換膜などの電解質膜１１１Ａと、電解質膜１１１Ａを挟むアノード１１１Ｂ（燃料極）およびカソード１１１Ｃ（空気極）とを主に備えている。アノード１１１Ｂおよびカソード１１１Ｃは、例えば、白金などの触媒が担持されたカーボンペーパによって構成される。

［挟持部材］
挟持部材１１２、１１３は、ＭＥＡ１１１をその両面側から挟むことによって、電解質膜１１１Ａと、アノード１１１Ｂあるいはカソード１１１Ｃとの密着性を高める機能を有している。また、挟持部材１１２および挟持部材１１３のＭＥＡ１１１側には、フォトリソグラフィ法などで形成された集電板（図示しない）が、それぞれ形成されている。そして、アノード１１１Ｂ側の集電板にはＤＭＦＣ１００のマイナス端子１００Ｂが固定されており、カソード１１１Ｃ側の集電板にはプラス端子１００Ｃが固定されている。ただし、図１では、アノード１１１Ｂにマイナス端子１００Ｂが、カソード１１１Ｃにプラス端子１００Ｃが、それぞれ接続した模式的な状態で描いている。

アノード１１１Ｂ側の挟持部材１１２には、燃料流通孔１１２ａが適宜に形成されている。そして、燃料タンク１２０内のメタノール水溶液が、後記する燃料流通孔１２０ａと、燃料流通孔１１２ａを介して、アノード１１１Ｂに供給されるようになっている。
一方、カソード１１１Ｃ側の挟持部材１１３には、ＭＥＡ１１１側に開口した溝状の酸化剤ガス流路１１３ａが適宜に形成されている。そして、酸化剤ガス流路１１３ａには、ＤＭＦＣ１００が携帯端末に搭載された場合、携帯端末に別途搭載されるコンプレッサなどから、酸素を含む空気（酸化剤ガス）が供給され、カソード１１１Ｃに供給されるようになっている。

＜燃料タンク＞
燃料タンク１２０は、ＭＥＡモジュール１１０のアノード１１１Ｂ側に配置されており、アノード１１１Ｂに供給するメタノール水溶液が、一時的に貯溜されるタンク室１２０ｂを有する薄型の容器である。燃料タンク１２０のＭＥＡモジュール１１０側の壁（図１では上壁）には、燃料流通孔１２０ａが適宜に形成されており、燃料流通孔１２０ａと、前記燃料流通孔１１２ａを介して、メタノール水溶液がアノード１１１Ｂに供給されるようになっている。
また、燃料タンク１２０は、ＤＭＦＣ１００が携帯端末に搭載された場合、前記燃料カートリッジからのメタノール水溶液の取込口となる燃料取込パイプ１２０ｃと、使用済みのメタノール水溶液が前記燃料カートリッジに排出される燃料排出パイプ１２０ｄとを有している。すなわち、燃料取込パイプ１２０ｃおよび燃料排出パイプ１２０ｄは、前記燃料カートリッジに接続する部分であり、燃料取込パイプ１２０ｃを介して、燃料カートリッジからタンク室１２０ｂにメタノール水溶液が供給され、燃料排出パイプ１２０ｄを経由して、前記燃料カートリッジに戻るようになっている。つまり、ＤＭＦＣ１００と前記燃料カートリッジとの間で、メタノール水溶液が循環するようになっている。

≪燃料電池検査システムの構成≫
次に、このようなＤＭＦＣ１００の特性を検査する燃料電池検査システム１Ａの構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池検査システム１Ａは、ＤＭＦＣ１００のカソード１１１Ｃ側に接続するカソード系と、アノード１１１Ｂ側に接続するアノード系と、ＤＭＦＣ１００の出力端子（マイナス端子１００Ｂ、プラス端子１００Ｃ）に接続し電力を消費する電力消費系とを主に備えている。

＜アノード系＞
アノード系は、ＤＭＦＣ１００のアノード１１１Ｂ側に接続し、主に、タンク１１とＤＭＦＣ１００との間でメタノール水溶液（液体燃料）を循環させると共に、循環するメタノール水溶液中のメタノール（燃料成分）濃度を検出する系である。具体的に説明すると、アノード系は、最上流に位置するタンク１１と、プランジャポンプ１２と、屈折率計１３（燃料濃度検出手段）と、これらを接続する配管１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１３ａと、タンク１１に付随する電子天秤１４（タンク質量測定手段）およびレーザ水位計１５（体積検出手段、液面センサ）とを主に備えている。

［タンク］
タンク１１は、内部にメタノール水溶液が貯溜されると共に、密閉性を有する容器である。これにより、タンク１１内のメタノール水溶液が気化して、タンク１１の隙間などから外部に流出しないようになっている。そして、タンク１１は、配管１１ａを介して、下流側のプランジャポンプ１２に接続している。
タンク１１の容量は、ＭＥＡ１１１におけるメタノール水溶液のクロスオーバーを考慮しつつ、なるべく小さくする方が好ましい。また、タンク１１内に適宜な撹拌手段を設け、この撹拌手段によりタンク１１内を撹拌し、メタノール水溶液のメタノール濃度が均一となるようにしてもよい。

タンク１１は電子天秤１４の上に載置されている。そして、電子天秤１４により、メタノール水溶液が貯溜されたタンク１１の質量を計測可能となっている。したがって、タンク１１のみの質量を事前に求めておくことで、タンク１１内のメタノール水溶液の質量を計測可能となっている。
また、レーザ水位計１５はタンク１１の上部に設置されおり、このレーザ水位計１５からタンク１１内のメタノール水溶液の液面に向かってレーザを照射することで、タンク１１内のメタノール水溶液の水位を計測可能となっている。したがって、タンク１１内の水位とその容積とを事前に関連付けて求めておくことで、メタノール水溶液の水位から、その体積を算出可能となっている。

［プランジャポンプ］
プランジャポンプ１２は、タンク１１からＤＭＦＣ１００にメタノール水溶液を供給する動力源である。そして、プランジャポンプ１２は、配管１２ａを介して、下流側の屈折率計１３に接続している。ただし、動力源の種類はプランジャポンプに限定されず、その他のポンプであってもよい。

［屈折率計］
屈折率計１３は、ＤＭＦＣ１００に供給されるメタノール水溶液に、所定の光線を所定方向から照射することによって、メタノール水溶液の屈折率を計測する機器である。また、屈折率計１３は、計測された屈折率と、屈折率とメタノール濃度とが関連付けられ、記憶されたデータ（いわゆる検量線）とから、メタノール濃度を求める機器である。このような屈折率計１３としては、例えば、（株）日立ハイテクトレーディング社製の「濃度測定用プロセス屈折率計 ＰＲ−０３−Ｍ」などを使用することができる。そして、屈折率計１３は、配管１３ａを介して、ＤＭＦＣ１００の燃料取込パイプ１２０ｃに接続している。

ここで、本実施形態では、特許請求の範囲における「液体燃料供給配管」は、配管１１ａと、配管１２ａと、配管１３ａとで構成されており、これらから構成された液体燃料供給配管に、屈折率計１３（燃料濃度検出手段）が設けらている。また、特許請求の範囲における「液体燃料供給手段」は、タンク１１と、プランジャポンプ１２、配管１１ａ、１２ａ、１３ａとを備えて構成されている。

［その他］
そして、配管１１ｂ（液体燃料戻し配管）が、ＤＭＦＣ１００の燃料排出パイプ１２０ｄとタンク１１とを接続しており、ＤＭＦＣ１００から排出されたメタノール水溶液が配管１１ｂを介して、タンク１１に戻されるようになっている。

＜カソード系＞
カソード系は、ＤＭＦＣ１００のカソード１１１Ｃ側に接続し、主に、ＤＭＦＣ１００の酸化剤ガス流路１１３ａに、酸素を含む空気（酸化剤ガス）を供給する酸化剤ガス供給手段である。カソード系は、最上流に位置するコンプレッサ２１と、開閉弁２２と、流量計２３と、開閉弁２４と、リリーフ弁２５と、これらを接続する配管２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２４ｂ、２５ａを主に備えている。

コンプレッサ２１は、外気を取り込んで所定に圧縮し、圧縮空気として送る装置（酸化剤ガス供給装置）である。そして、コンプレッサ２１は、配管２１ａを介して、開閉弁２２に接続している。
開閉弁２２は、コンプレッサ２１からの圧縮空気の流通／非流通を適宜に切り換える弁である。そして、開閉弁２２は、配管２２ａを介して、流量計２３に接続している。
流量計２３は、酸化剤ガス流路１１３ａに供給される圧縮空気の流量を検出する機器である。そして、流量計２３は、配管２３ａを介して、挟持部材１１３の酸化剤ガス流路１１３ａの上流端に接続している。

酸化剤ガス流路１１３ａの下流端は、配管２４ａを介して、開閉弁２４に接続している。そして、開閉弁２４は、配管２４ｂを介して、配管２１ａの途中位置に接続している。これにより、ＤＭＦＣ１００から排出された圧縮空気（オフガス）が配管２１ａに戻され、循環するようになっている。

リリーフ弁２５は、配管２５ａを介して、配管２４ａの途中位置に接続している。なお、リリーフ弁２５は、通常時（ＤＭＦＣ１００の検査時）閉じられる。
一方、ＤＭＦＣ１００の発電の進行により、カソード１１１Ｃで生成する水によって、循環する圧縮空気中の水分量が多くなった場合などに、リリーフ弁２５は開かれる。これにより、含水量の高い圧縮空気が外気中に排出されるようになっている。また、リリーフ弁２５は、ＤＭＦＣ１００の検査後は開かれ、配管２４ａ内などの圧縮空気が外気中に開放されるようになっている。

また、ＤＭＦＣ１００の下流側の配管２４ａに露点計（水分検出手段）を設け、この露点計により、ＤＭＦＣ１００のカソード１１１Ｃ側から排出された圧縮空気中の水分量を検出するようにしてもよい。

＜電力消費系＞
電力消費系は、ＤＭＦＣ１００の出力端子（マイナス端子１００Ｂ、プラス端子１００Ｃ）に接続する系である。すなわち、電力消費系で電力を消費することによって、ＤＭＦＣ１００が発電する。電力消費系は、電流電圧検出器３１と、外部負荷３２とを主に備えており、外部負荷３２は、電流電圧検出器３１を介して、ＤＭＦＣ１００のマイナス端子１００Ｂ、プラス端子１００Ｃに接続している。外部負荷３２は、ＤＭＦＣ１００が携帯端末に搭載された場合において電力を消費する液晶モニタなどに相当する負荷である。電流電圧検出器３１は、ＤＭＦＣ１００の出力電流、出力電圧を検出する機器であり、外部負荷３２と直列に配置された電流計、外部負荷３２と並列に配置された電圧計などから構成される。

≪燃料電池検査システムによる一検査方法≫
次に、燃料電池検査システム１ＡによるＤＭＦＣ１００の一検査方法について説明する。
ここでは、（１）外部負荷３２で電力を消費せず、つまり、ＤＭＦＣ１００を発電させずに、タンク１１とＤＭＦＣ１００との間でメタノール水溶液を循環させて、ＭＥＡ１１１でのクロスオーバーによるメタノール濃度変化を測定する場合と、（２）外部負荷３２で電力を消費して、つまり、ＤＭＦＣ１００を発電させて、この発電によるメタノール濃度変化を測定する場合について説明する。

＜（１）クロスオーバーによるメタノール濃度変化の測定＞
まず、ＤＭＦＣ１００を発電させず、ＭＥＡ１１１におけるクロスオーバーによるメタノール濃度変化を測定する場合について説明する。
燃料タンク１２０の燃料取込パイプ１２０ｃに配管１３ａの下流端を、燃料排出パイプ１２０ｄに配管１１ｂの上流端を、それぞれ接続する。このとき、配管１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１３ａ内のエア抜きをする。
そして、プランジャポンプ１２を適宜な作動条件で作動させる。そうすると、タンク１１内のメタノール水溶液が、タンク１１から、配管１１ａ、プランジャポンプ１２、配管１２ａ、屈折率計１３、配管１３ａ、燃料取込パイプ１２０ｃ、タンク室１２０ｂ、燃料排出パイプ１２０ｄ、配管１１ｂを経由し、タンク１１に戻るルートで循環する。
また、カソード系のコンプレッサ２１の上流側に、窒素が充填された窒素タンクなどの窒素供給源を取り付け、コンプレッサ２１を作動すると共に、開閉弁２２、開閉弁２４を開き、酸化剤ガス流路１１３ａに窒素を流通させる。
なお、外部負荷３２による電力の消費は行わず、ＤＭＦＣ１００を発電させない。

このようにメタノール水溶液が循環すると、ＤＭＦＣ１００では、僅かながらもメタノール水溶液が、電解質膜１１１Ａに浸透・透過し、カソード１１１Ｃ側にクロスオーバー（クロスリーク）する。詳細には、電解質膜１１１Ａにおけるメタノール水溶液を形成するメタノールの拡散速度と、水の拡散速度とが異なり、これら拡散速度に従って、メタノール、水が電解質膜１１１Ａをカソード１１１Ｃ側にクロスオーバーする。

このようにメタノール、水がクロスオーバーすると、ＤＭＦＣ１００から配管１１ｂに排出されたメタノール水溶液のメタノール濃度が、配管１３ａからＤＭＦＣ１００に供給されるメタノール水溶液のメタノール濃度と異なることになる。なお、一般に、電解質膜１１１Ａにおけるメタノールの拡散速度は、水の拡散速度より高いため、ＤＭＦＣ１００から排出されたメタノール水溶液のメタノール濃度は低下すると考えられる。

そして、このメタノール濃度が低下したメタノール水溶液が、配管１１ｂを経由して、タンク１１に戻される。ここで、前記したように、タンク１１の容量を、メタノール水溶液のクロスオーバーを考慮しつつ、小さくすることによって、タンク１１内のメタノール水溶液のメタノール濃度が低下する。次いで、このメタノール濃度が低下したメタノール水溶液が、タンク１１から配管１１ａを介してプランジャポンプ１２に向かって流れる。

［メタノール水溶液の密度変化からの算出］
そして、電子天秤１４でタンク１１内のメタノール水溶液の質量を連続的に求める。これと共に、レーザ水位計１５でタンク１１内のメタノール水溶液の水位を計測し、この水位に基づいて、メタノール水溶液の体積を連続的に求める。
このようにして求めたメタノール水溶液の質量と体積とから、タンク１１内のメタノール水溶液の密度を連続的に算出する。次いで、タンク１１内のメタノール水溶液の密度と、予め求めておいたメタノール水溶液の密度とメタノール水溶液の濃度との関係、つまり検量線とに基づいて、タンク１１内のメタノール水溶液の濃度および濃度変化を連続的にリアルタイムで求めることができる。

したがって、メタノール水溶液を循環させながら、ＭＥＡ１１１においてクロスオーバーしたメタノールの量を連続的に求めることができる。すなわち、ＭＥＡ１１１の一特性であるメタノールのクロスオーバー量を求めることができる。ここで、メタノール濃度を検出する他の方法としては、循環するメタノール水溶液を適宜にサンプリングし、ガスクロマトグラフィなどによって、定性・定量分析することが可能であるが、本実施形態に係る燃料電池検査システム１Ａによれば、前記サンプリングをせず、つまり、循環するメタノール水溶液量を減少させずに、メタノール濃度を検出することができる。
また、単に、電子天秤１４によって、タンク１１内のメタノール水溶液の減少量を測定することもできる。

［メタノール水溶液の屈折率の変化からの算出］
また、屈折率計１３で、その内部を流通するメタノール水溶液の屈折率を測定する。次いで、測定した屈折率と、予め求めておいたメタノール濃度と屈折率との関係、つまり検量線とから、メタノール濃度および濃度変化を連続的に求めることができる。
したがって、メタノール水溶液を循環させながら、ＭＥＡ１１１においてクロスオーバーしたメタノールの量を求めることができる。つまり、ＭＥＡ１１１の一特性であるメタノールのクロスオーバー量を求めることができる。

このように、本実施形態に係る燃料電池検査システム１Ａによれば、電子天秤１４によるメタノール水溶液の密度の変化と、屈折率計１３によるメタノール水溶液の屈折率の変化との両方から、メタノール水溶液のメタノール濃度および濃度変化を測定し、ＤＭＦＣ１００の一特性であると共に、ＭＥＡ１１１の一特性であるメタノールのクロスオーバー量を求めることができる。

＜（２）発電によるメタノール濃度変化の測定など＞
次に、外部負荷３２で電力を消費して、ＤＭＦＣ１００を発電させた場合において、発電によるメタノール濃度変化の測定などについて説明する。なお、プランジャポンプ１２などアノード系の操作については、ＤＭＦＣ１００を発電させない場合と同様であるため、ここでは省略する。

コンプレッサ２１を所定に作動し、開閉弁２２および開閉弁２４を開き、流量計２３を監視しながら、所定流量の圧縮空気をＤＭＦＣ１００の酸化剤ガス流路１１３ａに供給する。次いで、外部負荷３２を所定に動作させて、ＤＭＦＣ１００から電力を取り出し、その電力を消費する。そうすると、ＤＭＦＣ１００が発電する。

ＤＭＦＣ１００が発電すると、ＭＥＡ１１１のアノード１１１Ｂにおいて、メタノール水溶液中のメタノールが連続的に消費される。そうすると、ＤＭＦＣ１００から配管１１ｂに排出されたメタノール水溶液中のメタノール濃度は、ＤＭＦＣ１００が発電しない場合と比較して低くなる。

［メタノール水溶液の密度変化、屈折率変化からの算出］
次いで、電子天秤１４、レーザ水位計１５により、タンク１１内のメタノール水溶液の密度を求め、この密度と前記検量線とに基づいて、メタノール濃度および濃度変化を求めることができる。また、屈折率計１３により、その内部を流通するメタノール水溶液の屈折率を測定し、この屈折率と前記検量線とに基づいて、メタノール濃度および濃度変化を求めることができる。

このように求めたＤＭＦＣ１００の発電時におけるメタノール濃度および濃度変化から、ＤＭＦＣ１００の非発電時におけるメタノールのクロスオーバー量とを差し引くことによって、ＤＭＦＣ１００の発電時にＭＥＡ１１１で消費されるメタノール量（以下、メタノール消費量とする）を求めることができる。また、外部負荷３２による消費電力を適宜に変更して、ＤＭＦＣ１００の出力電流、出力電圧を変更することで、種々の出力条件でのメタノール消費量を求めることもできる。
そして、これらに基づいて、例えば、ＤＭＦＣ１００とは別に携帯端末に搭載される燃料カートリッジ内のメタノール水溶液のメタノール濃度を、好適に設定することもできる。その他、単に、電子天秤１４によって測定されたタンク１１内のメタノール水溶液の減少量から、ＤＭＦＣ１００の発電継続時間に関係する燃料カートリッジの容量を設定することもできる。

［出力電流、出力電圧の検出］
また、電流電圧検出器３１により、発電するＤＭＦＣ１００の出力電流、出力電圧を検出することができる。具体的には、外部負荷３２での電力消費の程度を変化させて、図２に示すような、ＤＭＦＣ１００の電流密度−電圧に係るグラフ、いわゆるＤＭＦＣ１００の電流−電圧特性を得ることもできる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記一実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のように変更することができる。

前記した実施形態では、ＤＭＦＣ１００の燃料排出パイプ１２０ｄに接続する配管１１ｂの下流端をタンク１１接続し、ＤＭＦＣ１００から排出されたメタノール水溶液をタンク１１に戻す構成としたが、その他に例えば、図３に示す燃料電池検査システム１Ｂのように、タンク１６（第２タンク）をさらに備え、配管１１ｂの下流端をタンク１６に接続する構成としてもよい。すなわち、燃料電池検査システム１Ｂにおいて、ＤＭＦＣ１００から排出されたメタノール水溶液は、配管１１ｂを経由して、タンク１６内に貯溜されるようになっている。タンク１６は、タンク１１と同様に、密閉性を有する容器であり、メタノール水溶液がタンク１６の外部に流出しないようになっている。

また、燃料電池検査システム１Ｂは、電子天秤１７（第２タンク質量測定手段）をさらに備えており、タンク１６は電子天秤１７の上に載置されている。そして、メタノール水溶液が貯溜されたタンク１６の質量を測定可能となっている。すなわち、タンク１６のみの質量を事前に求めておくことで、タンク１６に貯溜されたメタノール水溶液の質量を測定可能となっている。
さらに、燃料電池検査システム１Ｂは、レーザ水位計１８（体積測定手段）を備えており、このレーザ水位計１８により、タンク１６内のメタノール水溶液の水位を計測し、前記実施形態と同様に、メタノール水溶液の体積を測定可能となっている。
したがって、タンク１６内のメタノール水溶液の質量と、タンク１６内のメタノール水溶液の体積とから、タンク１６内のメタノール水溶液の密度を求め、この密度と検量線とに基づいて、メタノール濃度および濃度変化を測定可能となっている。
なお、図３に示す燃料電池検査システム１Ｂにおいて、タンク１１は特許請求の範囲の「第１タンク」に、タンク１６は「第２タンク」に、電子天秤１４は「第１タンク質量測定手段」に、電子天秤１７は「第２タンク質量測定手段」にそれぞれ相当する。

前記した実施形態では、屈折率計１３が、配管１１ａと配管１２ａと配管１３ａとで構成された「液体燃料供給配管」に設けられた場合、つまり、ＤＭＦＣ１００の上流側に配置する場合について説明したが、屈折率計１３の位置はこれに限定されず、ＤＭＦＣ１００の下流側の配管１１ｂ（液体燃料戻し配管）に設けられた場合や、前記「液体燃料供給配管」と配管１１ｂとの両方に設けられた場合であってもよい。

前記した実施形態では、メタノール水溶液（液体燃料）中のメタノール（燃料成分）濃度を検出する燃料成分濃度検出手段は、メタノール水溶液の屈折率を検出する屈折率計１３を備えた場合について説明したが、その他に例えば、メタノール水溶液に赤外線などを照射し、その吸光度を検出する吸収光度計を備える場合であってもよい。この場合、メタノール濃度と吸光度との関係について予め検量線を求めておくことで、メタノール水溶液中のメタノール濃度を求めることができる。

前記した実施形態では、検査対象であるＤＭＦＣ１００は、アノード１１１Ｂ側にタンク室１２０ｂを有する燃料タンク１２０と、カソード１１１Ｃ側に酸化剤ガス流路１１３ａを有する挟持部材１１３とを備えたものとしたが、ＤＭＦＣ１００はこれに限定されず、例えば、カソード１１１Ｃ側の挟持部材１１３には空気取込孔が形成されており、コンプレッサ２１などの酸化剤ガス供給手段を使用せず、前記空気取込孔を介して、カソード１１１Ｃに空気が供給されるＤＭＦＣであってもよい。
また、アノード１１１Ｂ側に燃料タンク１２０を備えず、アノード１１１Ｂ側の挟持部材に、ＭＥＡ１１１側に開口した溝状の燃料ガス流路が形成され、この燃料ガス流路にメタノール水溶液が流通するＤＭＦＣであってもよい。
さらに、ＤＭＦＣはその出力を高めるために、複数のＭＥＡ１１１が面状で配列したＤＭＦＣであってもよいし、複数のＭＥＡがセパレータを介して重ねられたスタック状のＤＭＦＣなどであってもよいことは言うまでもない。

前記した実施形態では、タンク１１内のメタノール水溶液の体積（水位）を測定する体積測定手段をレーザ水位計１５とした場合について説明したが、その他に例えば、フロートであってもよい。

前記した実施形態では、燃料成分をメタノール、液体燃料をメタノール水溶液とした場合について説明したが、燃料成分、液体燃料の種類はこれに限定されず、その他に例えば、燃料成分をエタノール、液体燃料をエタノール水溶液とした場合であってもよい。

本実施形態に係る燃料電池検査システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る燃料電池検査システムによって得られた電流密度−電圧曲線の一例である。 変形例に係る燃料電池検査システムの構成を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 燃料電池検査システム
１１ タンク（第１タンク）
１３ 屈折率計（燃料成分濃度検出手段）
１４ 電子天秤（タンク質量検出手段、第１タンク質量検出手段）
１５、１８ レーザ水位計（体積測定手段）
１６ タンク（第２タンク）
１７ 電子天秤（第２タンク質量検出手段）
３１ 電流電圧検出器
３２ 外部負荷

Claims (10)

1. 膜電極接合体を具備し、当該膜電極接合体のアノードに燃料成分を含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池に対して、当該燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムであって、
   内部に液体燃料が貯溜されると共に密閉性を有するタンクと、当該タンクと前記燃料電池とを接続する液体燃料供給配管とを具備し、前記タンク内の液体燃料を前記液体燃料供給配管を介して前記燃料電池のアノード側に供給する液体燃料供給手段と、
   前記燃料電池のアノード側から排出された液体燃料を前記タンクに戻す液体燃料戻し配管と、
   前記液体燃料供給配管および前記液体燃料戻し配管の少なくとも一方の配管に設けられ、当該少なくとも一方の配管内を流通する液体燃料中の前記燃料成分濃度を検出する燃料成分濃度検出手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池検査システム。
2. 前記燃料成分濃度検出手段は、屈折率計を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池検査システム。
3. 膜電極接合体を具備し、当該膜電極接合体のアノードに燃料成分を含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池に対して、当該燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムであって、
   内部に液体燃料が貯溜されると共に密閉性を有するタンクを具備し、当該タンク内の液体燃料を前記燃料電池のアノード側に供給する液体燃料供給手段と
   前記燃料電池のアノード側から排出された液体燃料を前記タンクに戻す液体燃料戻し配管と、
   液体燃料が貯溜された前記タンクの質量を測定するタンク質量測定手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池検査システム。
4. 膜電極接合体を具備し、当該膜電極接合体のアノードに燃料成分を含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池に対して、当該燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムであって、
   内部に液体燃料が貯溜されると共に密閉性を有する第１タンクを具備し、当該第１タンク内の液体燃料を前記燃料電池のアノード側に供給する液体燃料供給手段と
   前記燃料電池のアノード側から排出された液体燃料が貯溜されると共に密閉性を有する第２タンクと、
   液体燃料が貯溜された前記第１タンクの質量を測定する第１タンク質量測定手段と、
   液体燃料が貯溜された前記第２タンクの質量を測定する第２タンク質量測定手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池検査システム。
5. 前記各タンク内に貯溜された液体燃料の体積を検出する体積検出手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料電池検査システム。
6. 前記燃料電池の出力端子に接続する外部負荷を、さらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池検査システム。
7. 膜電極接合体を具備し、当該膜電極接合体のアノードに燃料成分を含む液体燃料が供給されることで発電する燃料電池に対して、当該燃料電池の特性を検査する燃料電池検査システムであって、
   前記燃料電池のアノード側に前記液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
   前記燃料電池から排出された液体燃料が流通する配管に設けられ、当該配管内を流通する液体燃料中の燃料成分濃度を検出する燃料成分濃度検出手段と、
   前記燃料電池の出力端子に接続する外部負荷と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池検査システム。
8. 前記燃料成分濃度検出手段は、屈折率計を備えたことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池検査システム。
9. 前記燃料電池の出力電流および出力電圧を検出する電流電圧検出器を、さらに備えたことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池検査システム。
10. 前記燃料電池のカソード側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池検査システム。

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