特許 7457825 イオン分析装置及び燃料電池評価システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-19

(45)【発行日】2024-03-28

(54)【発明の名称】イオン分析装置及び燃料電池評価システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240321BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022550239

(86)(22)【出願日】2022-06-02

(86)【国際出願番号】 JP2022022465

(87)【国際公開番号】W WO2022255446

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】P 2021094607

(32)【優先日】2021-06-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】592187534

【氏名又は名称】株式会社 堀場アドバンスドテクノ

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】岡田 陽一

(72)【発明者】

【氏名】田中 義則

(72)【発明者】

【氏名】笹井 浩平

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 駿太

(72)【発明者】

【氏名】宮村 和宏

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０５９２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０９４３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池の排ガス流路を流れる排ガスの凝縮液の一部を前記排ガス流路の外にサンプリングするサンプリング部と、
前記排ガス流路の外に設けられて、前記サンプリング部によってサンプリングされた前記凝縮液のイオン濃度を測定するセンサ部とを備え、
前記サンプリング部は、前記排ガス流路に形成され、前記排ガスの凝縮液を貯留する第１貯留部から前記凝縮液の一部をサンプリングする、又は、前記排ガス流路から排ガスの一部を取得し、当該取得した排ガスの凝縮液を貯留する第２貯留部から前記凝縮液の一部をサンプリングするものであり、
前記サンプリング部は、前記第１貯留部又は前記第２貯留部から前記凝縮液を前記センサ部に導入する導入路を備えた、イオン分析装置。

【請求項2】

前記第１貯留部、または第２貯留部は、気液分離機能を有するものである、請求項１に記載のイオン分析装置。

【請求項3】

前記第１貯留部は、前記排ガス流路に設けられたＬ字状の配管の角部に形成されたものである、請求項１又は２に記載のイオン分析装置。

【請求項4】

前記第１貯留部又は前記第２貯留部の容量が０．０１ｍｌ以上１０ｍｌ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項5】

前記第１貯留部内又は前記第２貯留部内の液量を検知する液量センサと、
前記液量センサからの出力信号に基づいて前記第１貯留部又は前記第２貯留部に貯留される凝縮液の液量を制御する液量制御部とをさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項6】

前記液量制御部が、前記第１貯留部又は第２貯留部に貯留される凝縮液の液量が過剰であると判断した場合に、前記第１貯留部又は第２貯留部から前記凝縮液を排出するものである、請求項５に記載のイオン分析装置。

【請求項7】

前記排ガス流路と前記センサ部との間に配置されて、前記センサ部に供給される凝縮液中の気泡を除去する気液分離部をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項8】

前記気液分離部には、該気液分離部の内部から外部に向けて気体を排出する排気口が形成されている、請求項７に記載のイオン分析装置。

【請求項9】

燃料電池の排ガス流路を流れる排ガスの凝縮液の一部を前記排ガス流路の外にサンプリングするサンプリング部と、
前記排ガス流路の外に設けられて、前記サンプリング部によってサンプリングされた前記凝縮液のイオン濃度を測定するセンサ部とを備え、
前記サンプリング部は、前記排ガス流路に形成され、前記排ガスの凝縮液を貯留する第１貯留部から前記凝縮液の一部をサンプリングする、又は、前記排ガス流路から排ガスの一部を取得し、当該取得した排ガスの凝縮液を貯留する第２貯留部から前記凝縮液の一部をサンプリングするものであり、
前記排ガス流路と前記センサ部との間に配置されて、前記センサ部に供給される凝縮液中の気泡を除去する気液分離部をさらに備え、
前記気液分離部には、該気液分離部の内部から外部に向けて気体を排出する排気口が形成されており、
前記排気口と、前記排ガス流路における前記サンプリング部との接続部よりも下流側の前記排ガス流路と、を接続する還流路と、
前記還流路から前記排ガス流路に気体を送り込む還流ポンプと、を備える、イオン分析装置。

【請求項10】

前記排ガス流路と前記センサ部との間を流れる排ガス又は凝縮液の温度を調節する温度調節部をさらに備える、請求項１～９のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項11】

前記センサ部が、複数のイオン種の濃度を検出するものである、請求項１～１０のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項12】

前記第１貯留部又は前記第２貯留部から前記センサ部に凝縮液を導入する導入路の前記センサ部側の端が分岐して分岐端を形成しており、前記各分岐端に、それぞれ異なるイオン種の濃度を検出するセンサ部を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項13】

前記第１貯留部又は前記第２貯留部から前記センサ部に凝縮液を導入する導入路の前記センサ部側の端が分岐して分岐端を形成しており、前記分岐端の少なくとも１つに他の分析装置に送液するための送液配管を接続することができる接続口を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のイオン分析装置。

【請求項14】

請求項１～１３に記載のイオン分析装置と、
前記イオン分析装置による分析結果に基づいて、前記燃料電池の状態を判断する判断部とをさらに備える燃料電池評価システム。

【請求項15】

燃料電池から排出される排ガスから生じて、該排ガスが流れる排ガス流路内に貯留された後にサンプリングされた凝縮液、又は、前記排ガス流路からサンプリングされた排ガスから生じて貯留された凝縮液のイオン濃度を請求項１又は９に記載されたイオン分析装置を用いて測定することを特徴とする、イオン分析方法。

【請求項16】

請求項１５に記載のイオン分析方法によって得られた分析結果に基づいて、前記燃料電池の状態を判断する、燃料電池評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池評価システム及び燃料電池評価システムに用いられるイオン分析装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池の状態を評価する方法として、燃料電池から排出される排ガスに含まれる成分のうち水に溶解しているイオンの濃度を分析することによって、燃料電池からどのようなイオン種が排出されているかを調べる方法がある。

【0003】

この評価方法においては、従来、特許文献１及び２に記載されているように、燃料電池から排出される排ガスから凝縮させた主に水からなる凝縮液を、排ガス流路上に設けた貯留部内に一定量貯留し、凝縮液中のイオン濃度を前記貯留部内の凝縮液に接するように配置したイオン濃度センサによって測定している。

【0004】

しかしながら、燃料電池からの排ガスに含まれる水分量は燃料電池の内部における反応及び温度分布等の様々な発電状況に応じて変化するために、排ガス流路上に設けられた貯留部に一定量貯留された凝縮液のイオン濃度からは燃料電池の劣化傾向などの大まかな状態の評価ができるにとどまる。

【0005】

また、排ガス流路を流れる排ガス全体から生じる凝縮液を測定するので、排ガスの流量変化や水分量の影響を大きく受けてしまうことが考えられる。例えば、水分量が少ない排ガスが排出されている場合に貯留部に十分な量の凝縮液が貯留されずイオン濃度を正確に測定できなかったり、一時的に水分量が多い排ガスが排出されている場合に貯留部内に貯留した凝縮液が薄まってしまい貯留部に貯留された凝縮液のイオン濃度に燃料電池の状態変化がすぐに反映されない状態となってしまったりする恐れもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－７８２２６号公報

【文献】特開２００６－４９１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、刻々と変化する燃料電池の状態をイオン濃度測定によってできるだけ応答良く評価でき、かつ燃料電池から排出される排出水のイオン濃度を測定する燃料電池の評価において、凝縮液が不足して測定精度が下がったり、凝縮液の量が一時的に増えたりすることによるイオン濃度測定への影響をできるだけ減らすことができる燃料電離評価システム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】

【0008】

すなわち、本発明に係るイオン分析装置は、燃料電池の排ガス流路を流れる排ガスの凝縮液をサンプリングするサンプリング部と、前記凝縮液のイオン濃度を測定するセンサ部とを備え、前記サンプリング部は、前記排ガス流路に形成され、前記排ガスの凝縮液を貯留する第１貯留部から前記凝縮液をサンプリングし、又は、前記排ガス流路から排ガスをサンプリングし、サンプリングした排ガスの凝縮液を第２貯留部に貯留することを特徴とするものである。

【0009】

このようなイオン分析装置によれば、前記排ガス流路に形成され、前記排ガスの凝縮液を貯留する第１貯留部から前記凝縮液をサンプリングし、又は、前記排ガス流路から排ガスをサンプリングし、サンプリングした排ガスの凝縮液を第２貯留部に貯留するものであるので、排ガス流路を流れる排ガスの一部から生じる少量の凝縮液をサンプリングしてセンサ部に供給することができる。その結果、排ガス流路を流れる排ガスの流量や水分量に影響を受けることなく、燃料電池の状態変化を従来よりも応答良く反映する凝縮液であって、かつイオン濃度の測定に十分な量の凝縮液をセンサ部に供給し続けることができる。

【0010】

また、前述したように排ガス流路を流れる排ガスから生じる凝縮液の一部を少量サンプリングして、又は排ガス流路を流れる排ガスの一部をサンプリングし、サンプリングした排ガスから生じる少量の凝縮液をセンサ部に供給することができるので、センサ部に安定した流量の凝縮液を供給することができる。その結果、センサ部に供給される凝縮液が不足して測定精度が下がったり、センサ部に供給される凝縮液の量が一時的に増えたりすることによるイオン濃度測定への影響をできるだけ減らすことができる。

【0011】

具体的な実施態様としては、前記サンプリング部が、前記第２貯留部から前記凝縮液を前記センサ部に導入する導入路を有しているものを挙げることができる。

【0012】

前記第２貯留部が、気液分離機能を有する気液分離部であるものであれば、イオン分析装置の構成をできるだけ簡単にすることができるので好ましい。

【0013】

前記第１貯留部の具体例としては、前記排ガス流路に設けられたＬ字状の配管の角部に形成されたものなどを挙げることができる。

【0014】

燃料電池の状態をできるだけ応答良く検出するには、前記第１貯留部又は前記第２貯留部の容量が０．０１ｍｌ以上１０ｍｌ以下であることが好ましい。

【0015】

水分量が少ない排ガスが排出されているために貯留部に十分な量の凝縮液が貯留されずイオン濃度を正確に測定できなかったり、一時的に水分量が多い排ガスが排出されて貯留部内に貯留した凝縮液が薄まってしまったりすることを避けるためには、前記第１貯留部内又は前記第２貯留部内の液量を検知する液量センサと、前記液量センサからの出力信号に基づいて前記第１貯留部又は前記第２貯留部に貯留される凝縮液の液量を制御する液量制御部とをさらに備えるものとすることが好ましい。

【0016】

前記液量制御部が、前記第１貯留部又は第２貯留部に貯留される凝縮液の液量が過剰であると判断した場合に、前記第１貯留部又は第２貯留部から前記凝縮液を排出するものとすれば、一時的に排ガス中の水分が多くなった場合などであっても、前記第１貯留部又は第２貯留部に貯留される凝縮液の量が過剰になることを抑えることができる。その結果、前記第１貯留部又は第２貯留部に貯留された凝縮液が薄まってしまい凝縮液のイオン濃度に燃料電池の状態変化が反映されない状態となることをできるだけ避けることができる。

【0017】

前記排ガス流路と前記センサ部との間に配置されて、前記センサ部に供給される凝縮液中の気泡を除去する気液分離部をさらに備えるものとすれば、前記センサ部に気泡が入りにくいので気泡によるイオン濃度測定への影響をできるだけ小さく抑えることができる。

【0018】

例えば、前記排ガス流路の下流側に別途ガス分析装置などを備え、排ガス分析を行う場合等には、サンプリング部によってサンプリングされた凝縮液又は排ガス中に含まれるガスをできるだけ含めて分析できることが好ましい。そこで、前記気液分離部に、該気液分離部の内部から外部に向けて気体を排出する排気口が形成されており、前記排気口と、前記排ガス流路における前記サンプリング部との接続部よりも下流側であって前記ガス分析装置よりも上流側の前記排ガス流路と、を接続する還流路と、前記還流路から前記排ガス流路に気体を送り込む還流ポンプと、を備えるものとしてもよい。

【0019】

前記排ガス流路と前記センサ部との間を流れる排ガス又は凝縮液の温度を調節する温度調節部をさらに備えるものとすれば、前記排ガス流路から前記センサ部までの流路などにおける排ガスや排ガスの凝縮液の温度変化を小さく抑えて、前記センサ部に導入される凝縮液中の気泡をできるだけ抑えることができる。

【0020】

前記センサ部が、複数のイオン種の濃度を検出するものであることが好ましい。

【0021】

前述したように複数のイオン種の濃度を検出する具体的な構成としては、例えば、前記第１貯留部又は前記第２貯留部から前記センサ部に凝縮液を導入する導入路の前記センサ部側の端が分岐して分岐端を形成しており、前記各分岐端に、それぞれ異なるイオン種の濃度を検出するセンサ部を有するものを挙げることができる。

【0022】

さらに言えば、前記第１貯留部又は前記第２貯留部から前記センサ部に凝縮液を導入する導入路の前記センサ部側の端が分岐して分岐端を形成しており、前記分岐端の少なくとも１つに他の分析装置に送液するための送液配管を接続することができる接続口を有するものとしてもよい。

【0023】

本発明は、前記イオン分析装置による分析結果に基づいて、前記燃料電池の状態を判断する判断部をさらに備える燃料電池評価システムをも含むものである。

【発明の効果】

【0024】

以上に説明したように、本発明によれば、排ガス流路上に設けられた貯留部に一定量貯留された凝縮液のイオン濃度を測定する場合に比べて燃料電池の状態変化を応答良く評価することができる。
また、排ガス流路上に設けられた貯留部にたまった凝縮液を直接イオン濃度センサで測定する場合に比べて、イオン濃度センサに一定量の凝縮液を供給しやすい。その結果、凝縮液が不足して測定精度が下がったり、凝縮液の量が一時的に増えたりすることによるイオン濃度測定への影響をできるだけ減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態に係る燃料電池評価システムの全体模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るイオン分析装置の全体模式図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係るイオン分析装置の第１貯留部を表す模式図である。

【図4】本発明の第２実施形態にイオン分析装置の全体模式図である。

【図5】本発明の第３実施形態にイオン分析装置の全体模式図である。

【図6】本発明の第４実施形態にイオン分析装置の全体模式図である。

【図7】本発明の第５実施形態にイオン分析装置の全体模式図である。

【図8】本発明の第６実施形態にイオン分析装置の全体模式図である。

【図9】本発明の他の実施形態に係る燃料電池評価システムの全体模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0027】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００は、例えば図１に示すように、少なくとも燃料電池ＦＣから排出されるガスに含まれるイオンを分析するイオン分析装置１と、イオン分析装置１による分析結果に基づいて、燃料電池ＦＣの状態を評価する判断部２とを備えるものである。

【0028】

イオン分析装置１は、例えば、図２に示すように、燃料電池ＦＣから排出される排ガスの凝縮液Ｓをサンプリングするサンプリング部１１と、サンプリング部１１によって採取された凝縮液Ｓのイオン濃度を測定するセンサ部１２とを備えるものである。

【0029】

サンプリング部１１は、本実施形態においては、図２に示すように、燃料電池ＦＣのアノード側及び／又はカソード側の排ガス流路Ｌ１上に形成された第１貯留部１１１に貯留した凝縮液Ｓをサンプリングしてセンサ部１２に供給するものであり、第１貯留部に貯留した凝縮液をセンサ部に導入する導入路１１２を備えるものである。

【0030】

第１貯留部１１１は、本実施形態では図３に示すように、排ガス流路Ｌ１の一部を形成するＬ字状の配管の角部に形成されているものである。第１貯留部１１１の位置や形状は特に限定されるものではないが、例えば、凝縮液Ｓを重力によって第１貯留部１１１の最も低い（下側の）位置に集めることができるようにテーパー状の底面を備えていることが好ましい。第１貯留部１１１の容量は特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｌ以上１０ｍｌ以下であることがより好ましい。

【0031】

導入路１１２は、例えば、排ガス流路Ｌ１から分岐するように設けられたものであり、例えば、第１貯留部１１１のテーパー状の底面の最も低い位置から下方に向けて形成された採取口１１２ａとセンサ部１２とを接続するキャピラリー状の配管によって形成されたものである。

【0032】

センサ部１２は、例えば、導入路１１２に接続された測定流路と、この測定流路を流れる凝縮液のイオン濃度を測定するための測定電極及び比較電極を備える電極ユニット１２１を少なくとも備えるものである。

【0033】

測定流路は、例えば、キャピラリー状のものであり、この測定流路を流れる凝縮液Ｓの流量が、例えば、０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以上０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下のものであることが好ましい。

【0034】

測定電極及び比較電極としては、例えば、ｐＨを測定するものを挙げることができるが、これに限られない。測定対象となるイオンは、燃料電池ＦＣの種類によって適宜変更可能であるが、例えば、ｐＨ、フッ素イオン、炭酸イオンなどからなる群より選ばれる１種以上を測定するものとしてもよい。

【0035】

できるだけ少量の凝縮液Ｓで測定が可能なように、測定電極は、測定流路に接続され、内部に凝縮液Ｓを流通させることができるキャピラリー状の電極や測定流路を妨げないフラット状の電極を備えるものであることが好ましい。

【0036】

このように構成したイオン分析装置１によって、排ガスに含まれるイオンを分析する方法としては、例えば、以下のようなものを挙げることができる。
第１貯留部１１１に貯留された凝縮液Ｓは、サンプリング部によって例えば、その一部がサンプリングされてセンサ部１２に送られ、イオン濃度が測定された後、センサ部に接続された排出路１１４から外部に排出されるように構成されている。センサ部１２によって測定されたイオン濃度の情報が判断部２に送られ、判断部２はセンサ部１２から受け取ったイオン濃度の情報から燃料電池ＦＣの状態を判断する。例えば、センサ部１２によって測定されるｐＨ値などの各種イオン濃度について、あらかじめ燃料電池ＦＣの状態を判断するための閾値などを前記判断部又は該判断部とは別に設けられた記憶部などに記憶させておいて、判断部２が各イオン濃度について閾値を超えているか否かによって燃料電池ＦＣの劣化状態等を判断するようにしてもよい。

【0037】

このように構成したイオン分析装置１及び燃料電池評価システム１００によれば、以下のような効果を奏することができる。
イオン分析装置１が第１貯留部１１１から凝縮液Ｓをサンプリングするサンプリング部１１を備えているので、燃料電池ＦＣから排出される排ガス中の流量や水分量が少ない場合や多い場合であっても、センサ部１２に安定して凝縮液Ｓを供給することができる。
本実施形態の場合には、サンプリング部が備える導入路１１２がキャピラリー状のものであるので、キャピラリーの内径に応じた量の凝縮液Ｓを排ガス流路Ｌ１内部の圧力又は凝縮液Ｓ自体の自重によってセンサ部１２の測定流路に０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以上０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下の範囲の流量で導入することができる。

【0038】

また、センサ部１２が０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以上０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下などの微小流量の凝縮液Ｓのイオン濃度測定が可能なものであるので、燃料電池ＦＣの単セルごとに排ガス中に含まれるイオン分析を行うことも可能である。

【0039】

また、第１貯留部１１１の底面の最も低い地位から下方に向けて形成された採取口１１２ａから凝縮液Ｓをサンプリングするので、第１貯留部１１１に直接センサ部１２を配置する場合に比べて、イオン濃度測定における気泡の影響を抑えることができる。

【0040】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0041】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００が備えるイオン分析装置１ａは、図４に示すように燃料電池ＦＣのアノード側及び／又はカソード側の排ガス流路Ｌ１から排ガスをサンプリングし、サンプリングした排ガスの凝縮液Ｓを第２貯留部１１１ａに貯留するものである。
なお、本明細書において、第１実施形態における凝縮液の貯留部を第１貯留部、第２実施形態における貯留部を第２貯留部としているが、この場合の第１、第２という文言は、あくまでこれらを見分けるために便宜上付されたものであり、これら第１、第２という文言に順序等の特定の意味はない。

【0042】

このイオン分析装置１ａが備えるサンプリング部１１’は、例えば、排ガス流路Ｌ１から排ガスをサンプリングするサンプリング流路１１７と、サンプリング流路１１７によってサンプリングされた排ガスの凝縮液Ｓを貯留する第２貯留部１１１ａと、第２貯留部１１１ａに貯留された凝縮液Ｓをセンサ部１２に導入する導入路１１２’とを備えるものである。

【0043】

本実施形態におけるサンプリング流路１１７は、燃料電池ＦＣからの排ガスが流れる排ガス流路Ｌ１から分岐するように設けられたものであり、第２貯留部１１１ａは、本実施形態においては、サンプリング流路１１７に設けられて、センサ部１２に供給される凝縮液Ｓ中から気泡を分離して除去する気液分離部１３がその役割を果たすように構成されている。
気液分離部１３は、内部に凝縮液Ｓととともに気体を収容するスペースを備えたものである。このスペースの上部には気体をその天井部から排出する排気口１３ａを備え凝縮液から分離した気泡を外部に排出するものである。この気液分離部１３は、その内部に収容できる凝縮液Ｓの量が、０．０１ｍｌ以上４ｍｌ以下であることが好ましい。

【0044】

導入路１１２’は、前記気液分離部１３の底面に形成された採取口１１２ａとセンサ部１２とを接続するキャピラリー状の配管によって形成されている。

【0045】

このように構成したイオン分析装置１ａによれば、気液分離部１３を第２貯留部１１１ａとして使用しているので、別途第２貯留部１１１ａを形成する必要がなく、イオン分析装置１ａをできるだけ簡単な構成のものとすることができる。

【0046】

＜第３実施形態＞
以下に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0047】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００が備えるイオン分析装置１ｂは、図５に示すように、前述した第１実施形態に係るイオン分析装置１の構成に加えて、導入路１１２に凝縮液Ｓを流通させる流通機構１１３と、第１貯留部１１１に貯留されている液量を検知する液量検知手段１１５と、液量検知手段１１５によって検知された凝縮液Ｓの液量に基づいて、第１貯留部１１１に貯留されている凝縮液Ｓの液量を制御する液量制御部１１６とをさらに備えるものである。

【0048】

流通機構１１３は、例えば、導入路１１２又は排出路１１４上に配置されたポンプＰ１と、このポンプＰ１の動作を制御するサンプリング制御部１１３ａとを備えるものである。サンプリング制御部１１３ａは、例えば導入路１１２を流れる凝縮液Ｓの流量が、例えば、０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以上０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下となるようにポンプＰ１を連続的又は間欠的に動作させるものであることが好ましい。
サンプリング制御部１１３ａは、たとえば、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えた情報処理装置がその機能を担うものであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することによりサンプリング制御部１１３ａとしての機能を発揮するように構成されている。

【0049】

液量検知手段１１５は、例えば、第１貯留部１１１内に配置された汎用の液量センサである。
液量制御部１１６は、例えば、液量検知手段１１５によって検知された第１貯留部１１１の液量があらかじめ設定された液量よりも多い場合に、前述したサンプリング制御部１１３ａに指令を出し、ポンプＰ１を駆動させて第１貯留部１１１から導入路１１２及び排出路１１４を経由して凝縮液Ｓを排出させるものであり、前述した情報処理回路がその機能を担うものである。

【0050】

センサ部１２は、例えば、導入路１１２に接続された測定流路と、この測定流路を流れる凝縮液のイオン濃度を測定するための測定電極及び比較電極を備える電極ユニット１２１と、イオン濃度算出部１２２などを備えるものである。

【0051】

イオン濃度算出部１２２は、電極ユニット１２１からの出力値に基づいて、イオン濃度やｐHなどを算出するものであり、前述した情報処理回路がその機能を担うものである。

【0052】

本実施形態に係るイオン分析装置１は、サンプリング部１１によってサンプリングされた凝縮液Ｓの温度を調節する温度調節部１４をさらに備える。
温度調節部１４は、例えば、前述した導入路１１２を覆うように配置された保温部材であり、導入路１１２を流れる凝縮液Ｓの温度が第１貯留部１１１内の温度から大きく変化しないようにするものである。

【0053】

このように構成したイオン分析装置１ｂを備えた燃料電池評価システム１００によれば、以下のような効果を奏することができる。
第１貯留部１１１からポンプＰ１を用いて凝縮液Ｓをサンプリングするので、第１貯留部１１１に貯留される凝縮液Ｓを常に新しいものに置き換えることができる。その結果、第１貯留部１１１に貯留されサンプリングされる凝縮液Ｓをできるだけ燃料電池ＦＣの状態を反映するものとすることができる。イオン分析装置１ｂにおいて算出されるイオン濃度の値には、センサ部１２に供給される凝縮液の温度が影響を与えることが考えられる。そこで、温度調整部１４を備えることによって、センサ部に供給される凝縮液の温度が変動しにくくなれば、イオン分析装置１ｂによるイオン濃度の測定結果の精度をさらに向上させることができる。

【0054】

第１貯留部１１１内の液量を検出する液量センサ１１５を備えているので、液量があらかじめ決められた液量よりも少ない場合には、サンプリングを停止することができる。また、第１貯留部１１１内の液量があらかじめ決められた液量よりも多い場合には、第１貯留部１１１から凝縮液Ｓを排出することによって、第１貯留部１１１に貯留される凝縮液Ｓが燃料電池ＦＣの状態変化をできるだけ応答良く反映するものとなるようにすることができる。

【0055】

＜第４実施形態＞
以下に、本発明の第４実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0056】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００が備えるイオン分析装置１ｃは、図６に示すように、前述した第２実施形態に係るイオン分析装置１ａに加えて、導入路１１２’を流れる凝縮液Ｓの流れを制御する流通機構１１３をさらに備えるものである。

【0057】

前記流通機構１１３は、導入路１１２’又は導入路１１２’の下流に接続されてセンサ部１２で測定した後の凝縮液Ｓを外部に排出する排出路１１４上に配置されたポンプＰ１と、このポンプＰ１の動作を制御するサンプリング制御部１１３ａとを備えるものである。
サンプリング制御部１１３ａは、例えば導入路１１２’を流れる凝縮液Ｓの流量が、例えば、０．０１ｍｌ／ｍｉｎ以上０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下となるようにポンプＰ１を連続的又は間欠的に動作させるものであることが好ましい。

【0058】

本実施形態に係るイオン分析装置１ｃは、前述した以外にも例えば、前述した第３実施形態において説明した、液量検出手段１１５、液量制御部１１６、イオン濃度算出部１２２、温度調節部１４などをさらに備えるものとしても良い。

【0059】

このように構成したイオン分析装置１ｃを備えた燃料電池評価システム１００によれば、以下のような効果を奏することができる。
第２貯留部１１１ａからポンプＰ１を用いて凝縮液Ｓをサンプリングするので、第２貯留部１１１ａに貯留される凝縮液Ｓを常に新しいものに置き換えることができる。その結果、第２貯留部１１１ａに貯留されサンプリングされる凝縮液Ｓをできるだけ燃料電池ＦＣの状態を反映するものとすることができる。

【0060】

＜第５実施形態＞
以下に、本発明の第５実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0061】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００が備えるイオン分析装置１ｄは、図７に示すように、前述した第２実施形態又は第４実施形態に係るイオン分析装置１ａ，１ｃの構成に加えて、前記気液分離部１３の排気口１３ａと、前記排ガス流路Ｌ１における前記サンプリング部１１との接続部よりも下流側の前記排ガス流路Ｌ１と、を接続する還流路１５と、前記還流路１５から前記排ガス流路Ｌ１に気体を送り込む還流ポンプＰ２と、を備えるものである。この還流ポンプＰ２は、例えば、前述した情報処理回路がその役割を担うリターンガス制御部１６によって制御されるものとしてもよい。

【0062】

このようなイオン分析装置１ｄによれば、例えば、前記排ガス流路Ｌ１の下流側に別途ガス分析装置などを備え、排ガス分析を行う場合等に、サンプリング部１１によってサンプリングされた凝縮液Ｓ又は排ガス中に含まれるガスをできるだけ含めた、排ガスの全量をガス分析装置などによって分析することができる。

【0063】

＜第６実施形態＞
以下に、本発明の第６実施形態に係る燃料電池評価システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において重複する構成については、同じ符号を付して、説明を省略するものとする。

【0064】

本実施形態に係る燃料電池評価システム１００が備えるイオン分析装置１ｅは、図７に示すように、前述した第１～第５実施形態に係るイオン分析装置１、１ａ、１ｂ、１ｃ又は１ｄの構成に加えて、導入路１１２、１１２’のセンサ部１２側の端が分岐して複数の分岐端を形成しており、前記各分岐端に、それぞれ異なるイオン種の濃度を検出する電極ユニット１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ等を有するものである。

【0065】

このように構成したイオン分析装置１ｅを備えた燃料電池評価システム１００によれば、凝縮液Ｓ中に含まれる複数のイオン種の濃度変化を同時に並行して検出することができるので、燃料電池ＦＣの状態変化をより詳細に評価することができる。

【0066】

＜その他の実施形態＞
本発明は前述した実子形態に限定されるものではない。
例えば、前述した第６実施形態のように、導入路１１２、１１２’のセンサ部１２側の端が分岐して複数の分岐端を形成しており、この分岐端の少なくとも１つに他の分析装置に送液するための送液配管を接続することができる接続口を有するものとしてもよい。

【0067】

燃料電池評価システム１００’が、イオン分析装置１以外に、例えば、図９に示すように、燃料電池ＦＣにおける水素消費量を測定する水素消費量測定装置３や燃料電池からのリーク水素量を測定するリーク水素測定装置４等をさらに備えていてもよく、これら各種測定装置、分析装置の動作を制御する制御部５や、これら各種測定装置及び分析装置から出力される測定データを記憶する記憶部６、前記判断部２が測定データに基づいて燃料電池ＦＣに異常が発生したことを判断した場合に、警報を発する警報発出部７などを備えるものとしてもよい。
この場合には、前記判断部２が、イオン分析装置１だけでなく、水素消費量測定装置３やリーク水素測定装置４等からの情報を統合して、燃料電池ＦＣの稼働状況や劣化状態などを判断することにより、燃料電池ＦＣを評価するものとしてもよい。

【0068】

第２実施形態と同様に、燃料電池からの排ガスが流れる排ガス流路から排ガスをサンプリングしサンプリングした排ガスの凝縮液を第２貯留部に貯留するイオン分析装置において、第２貯留部内に差し込んで使用される形状の測定電極及び比較電極を備えるものとしてもよい。
この場合、第２貯留部には、測定電極及び比較電極をその内部に差し込むための挿入口が形成されており、この挿入口を介して第２貯留部の内部に挿入された測定電極及び比較電極が第２貯留部内に貯留された凝縮液と触れるように配置されることによって、イオン濃度が測定できる。

【0069】

この場合の第２貯留部についても、燃料電池の状態変化をイオン濃度変化として応答良く検出するために、内部に収容する凝縮液の容量としては０．０１ｍｌ以上１０ｍｌ以下であることが好ましい。

【0070】

このように構成したイオン分析装置によれば、第２貯留部に直接電極を挿入して使用するので、測定電極や比較電極を第２貯留部から取り外してメンテナンスすることなども可能である。

【0071】

第１貯留部は、貯留部として人工的に形成したものに限られず、単に排ガス中の凝縮液が溜まっている部分を第１貯留部として使用するようにしてもよい。そのため、イオン分析装置がその構成要件として第１貯留部を必ずしも備えるものでなくてもよい。

【0072】

第１実施形態のように第１貯留部から凝縮液をサンプリングするイオン分析装置においても、導入路上に、気液分離部がさらに配置されているものとしてもよい。

【0073】

第２貯留部は、気液分離部とは別に設けられたものであってもよく、イオン分析装置が第２貯留部と気液分離部とを両方備えるものとしてもよい。

【0074】

前述したように第１貯留部と気液分離部を両方備えている場合や、第２貯留部と気液分離部とを別々に設けている場合には、これら複数の貯留部に貯留されている凝縮液の総量が１０ｍｌ以下であることが好ましい。

【0075】

前記センサ部は、１種類のイオンについてその濃度を測定するものであってもよいし、複数種類のイオン濃度を測定するものであってもよい。センサ部を複数種類のイオン濃度を測定するものとする場合には、前記第１貯留部又は第２貯留部とセンサ部とを接続するサンプリング流路又は導入路を複数備える、又はセンサ部の前段で複数に分岐するようにしてもよい。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明によれば、刻々と変化する燃料電池の状態をイオン濃度測定によってできるだけ応答良く評価でき、かつ燃料電池から排出される排出水のイオン濃度を測定する燃料電池の評価において、凝縮液が不足して測定精度が下がったり、凝縮液の量が一時的に増えたりすることによるイオン濃度測定への影響をできるだけ減らすことができる燃料電離評価システムを提供することができる。

【符号の説明】

【0077】

ＦＣ ・・・燃料電池
Ｌ１ ・・・排ガス流路
Ｓ ・・・凝縮液
１００、１００’ ・・・燃料電池評価システム
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ ・・・イオン分析装置
１１、１１’ ・・・サンプリング部
１１１ ・・・第１貯留部
１１１ａ・・・第２貯留部
１１２、１１２’ ・・・導入路
１１２ａ・・・採取口
１１３ ・・・流通機構
１１３ａ・・・サンプリング制御部
１１４ ・・・排出路
１１５ ・・・液量センサ
１１６ ・・・液量制御部
１１７ ・・・サンプリング流路
１２ ・・・センサ部
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ ・・・電極ユニット
１２２ ・・・イオン濃度算出部
１３ ・・・気液分離部
１３ａ ・・・排気口
１４ ・・・温度調節部
１５ ・・・還流路
１６ ・・・リターンガス制御部
２ ・・・判断部
３ ・・・水素消費量測定装置
４ ・・・リーク水素測定装置
５ ・・・記憶部
６ ・・・警報発出部
Ｐ１，Ｐ２・・・ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】