JP2006047220A

JP2006047220A - 燃料電池用温度センサー

Info

Publication number: JP2006047220A
Application number: JP2004231375A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Okazaki; 一英岡崎; Mitsuaki Mochizuki; 光明望月; Masabumi Terada; 正文寺田; Masaru Yamana; 勝山名
Original assignee: Okazaki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Okazaki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】このKタイプの熱電対は、水素などの還元雰囲気では、短時間で劣化する欠点があった。
【解決手段】固体高分子型燃料電池のガス改質装置や、固体酸化物燃料電池において燃料として用いられる、６００℃から１０００℃までの温度の水素を主成分とするガスの温度計測および制御に、熱電対のKP(正極)としては、従来と同じニッケルクロム合金を用いるが、KN（負極）として、銅が1.9％から2.2％を含むニッケル銅合金を用いた熱電対型温度センサーとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池用温度センサーに関する。

燃料電池においては、水素などの還元雰囲気中で６００℃から１０００℃の温度を測定する必要がある。

例えば、固体高分子型燃料電池では、天然ガス、LPG、メタノール、ナフサおよび灯油などの燃料を、高温で触媒反応させ分解して水素を主成分とするガスを発生させるガス改質装置が必要となることは、おおやけに良く知られている。あるいは、固体酸化物燃料電池では、電解質がセラミックスであり、約１０００℃と高温である作動温度を利用して、燃料の改質を電池の中で行わせることも、よく知られている。

ところで、固体高分子型燃料電池のガス改質装置や、固体酸化物燃料電池では、水素を主成分とするガスが６００℃から１０００℃の高温であるが、その温度を計測して制御するために、従来はKタイプの熱電対式温度センサーを用いた。図１に詳細を示す。

従来のKタイプ熱電対では、KP（正極）としてクロムが9.3%,シリコンが0.3％、鉄が0.27％、残りがニッケルのようなニッケルクロム合金を用いる。KN(負極)として、ニッケルが、例えば1.96％のアルミニウムを含むニッケルアルミ合金を用いていた。図１に詳細を示す。

図１に示されるように、耐熱合金であるシースの内部にマグネシアなどの無機絶縁物を充填して熱電対線を配置する。正極は従来から用いられるニッケルクロム合金（ＫＰ）が補償導線と接続されている。負極はアルミニッケル合金（ＫＮ）が補償導線と接続されている。

ニッケルクロム合金とアルミニッケル合金は、シース先端部で溶接結合される。
特開２００３−３４４１７８

このKタイプの熱電対は、水素などの還元雰囲気では、短時間で劣化する欠点があった。そのため、長時間の温度計測には不向きであった。

今回の発明は、従来のKタイプ熱電対に替わる、高温還元雰囲気でも劣化しない、異なる熱電対を用いた温度センサーを提供する。今回発明した熱電対型温度センサーでは、熱電対のKP(正極)としては、従来と同じニッケルクロム合金を用いるが、KN（負極）として、銅が1.9％、シリコンが2.5％から2.7％を含むニッケル銅合金を用いる。図３に詳細を示す。

この発明のように、KP（正極）としてニッケルクロム合金、KN（負極）としてニッケル銅合金を用いた熱電対型温度センサーは、固体高分子型燃料電池のガス改質装置や、固体酸化物燃料電池のように、水素を主成分とするガスが６００℃から１０００℃の高温である状態の中に挿入して温度計測するとき、長寿命を保つことができる。しかも、従来のKタイプ熱電対型温度センサーとほぼ同等の温度起電力特性を示す。

表１に実験結果を示す。

実験は、還元雰囲気として実験室での計測で広く使用されるアンモニア分解ガス（窒素と水素の１：３の混合）中の１０００℃雰囲気において、従来型および今回の発明による熱電対型温度センサーの劣化を調べたものである。
（４８０C-2K：4.8ミリ外径、SUS316シース
３００B―２K：３ミリ外径、インコネル６００シース）
試験の結果、従来のKタイプ熱電対型温度センサーは、１０００時間の試験で５℃から８℃の温度指示の低下がみられた。それに対して、今回発明の熱電対型温度センサーでは、１℃前後の温度指示の低下に留まっている。

図２示されるように、耐熱合金であるシースの内部にマグネシアなどの無機絶縁物を充填して熱電対線を配置する。正極は従来から用いられるニッケルクロム合金（ＫＰ）が補償導線と接続されている。負極は銅ニッケル合金（ＫＮ）が補償導線と接続されている。

ニッケルクロム合金と銅ニッケル合金は、シース先端部で溶接結合される。

上記ニッケル銅合金には、コバルトやシリコン、鉄などの微小成分は任意に含んでよい。熱電対型温度センサーのシース部分は、高ニッケル合金、ＮＣＦ６００、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱合金ならどのようなものでも構わない。

固体高分子型燃料電池のガス改質装置や、固体酸化物燃料電池において燃料として用いられる、６００℃から１０００℃までの温度の水素を主成分とするガスの温度計測および制御に、熱電対のKP(正極)としては、従来と同じニッケルクロム合金を用いるが、KN（負極）として、銅が1.9％から2.2％を含むニッケル銅合金を用いた熱電対型温度センサーを用いれば長期間にわたって、高精度の温度計測が可能となる。

従来の燃料電池用温度センサーである。本発明の燃料電池用温度センサーである。

Claims

固体高分子型燃料電池のガス改質装置や、固体酸化物燃料電池において燃料として用いられる、６００℃から１０００℃までの温度の水素を主成分とするガスの温度計測および制御に、熱電対のKP(正極)としては、従来と同じニッケルクロム合金を用いるが、KN（負極）として、銅が1.9％から2.2％を含むニッケル銅合金を用いた熱電対型温度センサー。