JP2010244846A

JP2010244846A - 燃料電池セルケース

Info

Publication number: JP2010244846A
Application number: JP2009092223A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kinoshita; 克彦木下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】中性子ラジオグラフィによる燃料電池セル２の水分測定において、中性子を燃料電池セル２に照射している間も燃料電池セル２の温度調整を行えるようにする。
【解決手段】燃料電池セルケース１のリブ４に設けられた冷却水の循環路１２を中性子線の通過経路２４外に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池セル内の水分測定を行う際に燃料電池セルを固定する燃料電池セルケースに関する。

従来から燃料電池セル内の水分と発電効率との関係を調べるために燃料電池セル内の水分測定が行われている。

燃料電池セル内の水分測定方法の一つに、特許文献１に記載されている中性子ラジオグラフィと呼ばれる測定方法がある。この測定方法は、中性子線が水分子を通過する際に中性子線の線量が著しく減少する特性を利用したものであり、具体的には、燃料電池セルに中性子線を照射し、燃料電池セルを通過した中性子線の線量を測定することにより、燃料電池セル内の水分量を算出している。

中性子ラジオグラフィによる水分測定の際には中性子線の照射源に対して燃料電池セルを固定する必要があり、中性子ラジオグラフィを行う実験施設には燃料電池セルを固定する燃料電池セルケースが設けられている。

ここで、燃料電池セルケースには冷却水の循環路が設けられている。これは、燃料電池セルの温度によって発電効率が変化することを考慮したものであり、燃料電池セルの温度が変化する条件下で燃料電池セル内の水分測定を行っても燃料電池セル内の水分と発電効率との関係を正確に把握することができないことから、燃料電池セルの温度を最適温度に保つために燃料電池セルケースに冷却水の循環路を設けている。

特開２００７−１４９４０７号公報

従来の燃料電池セルケースの循環路は、通常使用される燃料電池の循環路をモデルにして形成されている。通常使用される燃料電池においては燃料電池セルの冷却効率が最大となるように循環路が形成されており、例えば燃料電池セルのカソード（空気極）の面全体を覆うように複数の循環路が形成されている。このような循環路に基づいて燃料電池セルケースの循環路を形成した場合、通常は中性子線が通過する経路上に循環路が形成される。そうなると、中性子線が冷却水を通過することにより線量が減少し、燃料電池セル内の水分測定を正確に行うことが困難になる。このため、従来は燃料電池セルの温度調整と中性子線の照射とを交互に行うなど煩雑な操作が必要であった。

本発明に係る燃料電池セルケースは、燃料電池セルを収容するフレームと、フレームに設けられ、冷却水循環路が形成されたリブと、を備え、燃料電池セルに中性子線を照射し、燃料電池セルを通過した中性子線を測定することにより燃料電池セル内の水分測定を行う際に燃料電池セルを固定する燃料電池セルケースであって、冷却水循環路は、中性子線が通過する経路外に形成されていることを特徴とする。

中性子線の通過経路を避けるように冷却水循環路を設けることにより、燃料電池セルの温度調整を行っている間でも燃料電池セル内の水分測定ができる。

本発明に係る燃料電池セルケースを示す図である。中性子ラジオグラフィによる水分測定を行う測定装置を示す図である。冷却水の循環路と中性子線の通過経路との位置関係を示す図である。

本発明に係る燃料電池セルケース１の構成について、図１を用いて説明する。燃料電池セルケース１は燃料極、空気極、電解質、セパレータを備えた燃料電池セル２を収容するフレーム３と、フレーム３の側面に設けられたリブ４と、フレーム３及びリブ４を支持する支持台５を備えている。ここで、図１ではフレーム３とリブ４とを別体としているが、両者を一体にしても良い。フレーム３とリブ４の構成について、以下に説明する。

まず、フレーム３について説明する。フレーム３は内部が中空の枠構造になっている。また、フレーム３の上面には燃料電池セル２を挿入するための挿入口６が設けられている。フレーム３の内側には燃料電池セル２の厚さとほぼ等しい幅の溝７が設けられ、挿入口６から挿入された燃料電池セル２はこの溝７に嵌め込まれることによって固定される。

さらに、フレーム３の側面には燃料電池セル２のアノード（燃料極）に燃料ガスを供給する燃料ガス供給口８と、未反応の燃料ガスを回収する燃料ガス回収口９、ならびに、燃料電池セル２のカソード（空気極）に空気を供給する空気供給口１０と、カソードで生成された水や未反応の空気を回収する水・空気回収口１１が設けられている。

次に、リブ４について説明する。リブ４はフレーム３の両側に設けられており、フレーム３と同様に内部を中空にした枠構造になっている。リブ４の内部には燃料電池セル２の温度調整手段として冷却水が流れる循環路１２が形成されている。ここで、この循環路１２は、中性子ラジオグラフィにおいて中性子線が通過する経路外に設けられている。したがって、中性子線照射中に循環路１２に冷却水が流れていても中性子線が冷却水を通過することは無い。このような構成を採ることにより、中性子線を照射している間であっても燃料電池セル２の温度調整を行うことができる。

リブ４の側面には冷却水を循環路１２へ供給する冷却水供給口１３と冷却水を排出する冷却水排出口１４が設けられており、冷却水供給口１３から供給された冷却水を循環させるため、循環路１２内にはポンプ１５が設けられている。また、ポンプ１５は燃料電池セル２の温度を計測する温度計１６と接続し、後述するように温度計１６から送られる燃料電池セル２の温度情報に基づいて運転状態を変更している。ここで、図1にはポンプ１５が循環路１２内に設けられているが、燃料電池セルケース１外から冷却水供給口１３に冷却水を送る供給路（図示せず）にポンプ１５を設けても良い。

次に、中性子ラジオグラフィによる燃料電池セル２内の水分測定を行う測定装置１７の構成について、図２を用いて説明する。図２には測定装置１７の構成として、燃料電池セル２を固定した燃料電池セルケース１と、燃料電池セル２に中性子線を照射する中性子線源１８と、燃料電池セル２を通過した中性子線の線量を測定する中性子線測定器１９と、燃料電池セル２の電流又は電圧を測定する電流／電圧計２０と、中性子線測定器１９および電流／電圧計２０から信号を受け取る情報処理器２１とが示されている。これらの構成のうち、中性子線源１８と中性子線測定器１９について以下に説明する。

まず中性子線源１８について説明する。中性子線源１８は種々のエネルギー状態の中性子線を照射できるようにするため、様々な種類の線源が使用される。例えば熱中性子線を照射する場合は中性子線源１８として２５２Ｃｆ線源または２４１Ａｍ−Ｂｅ線源が使用される。また、燃料電池セル２の予め定めた被照射領域に中性子線を走査するため、中性子線源１８は図示しない走査機構により走査可能になっている。

また、中性子線測定器１９は、中性子線が通過したときに光が発生するシンチレータ２２と、シンチレータ２２で発生した光の光量に基づいて中性子線の線量を求める線量算出器２３とを備えている。

次に、測定装置１７によって行われる水分測定について説明する。燃料電池セルケース１に固定された燃料電池セル２に燃料ガス供給口８から燃料ガスが、空気供給口１０から空気が供給され、これにより燃料電池セル２内で発電が行われる。中性子線源１８は中性子線を照射し、中性子線は通過経路２４に示すように直進して発電中の燃料電池セル２を通過した後、中性子線測定器１９を通過する。中性子線測定器１９は中性子線の線量を算出し、算出結果を情報処理器２１に送信する。情報処理器２１は中性子線測定器１９から送られた中性子線の線量に基づいて水分量を算出する。

水分測定中は燃料電池セル２の被照射領域を中性子線が走査する。中性子線源１８の位置情報は情報処理器２１に送信され、情報処理器２１はこの位置情報と算出した水分量とに基づいて被照射領域における水分の分布図を作成して情報処理機２１の図示しない画像表示部に表示する。さらに情報処理機２１は被照射領域の総水分量を算出してその数値を水分の分布図と共に画像表示部に表示する。

一方、燃料電池セル２に接続され燃料電池セル２の電流値または電圧値を測定する電流／電圧計２０は情報処理器２１に電流値又は電圧値を送信する。情報処理器２１は前述した燃料電池セル２内の被照射領域の水分の分布図および総水分量の数値と共に燃料電池セル２の電流値または電圧値の数値を画像表示部に表示する。

また、水分測定中は燃料電池セル２の温度調整を行うために冷却水が循環路１２内を循環している。このとき、温度計１６から循環路１２内のポンプ１５に燃料電池セル２の温度値が送られる。ポンプ１５に設けられた図示しない制御器は燃料電池セル２の温度値に基づいてポンプ１５の運転状態を制御する。ポンプ１５の運転状態を制御することにより循環路１２内の冷却水の流量が調整され、これにより燃料電池セル２の温度は最適温度に保たれる。

ここで、循環路１２と中性子線の通過経路２４との位置関係について図３を用いて説明する。図３は中性子線源１８から燃料電池セルケース１を見た時の図である。図３に示されるように、循環路１２は中性子線の通過経路２４の外側に設けられている。循環路１２が通過経路２４を避けるように設けられていることにより、中性子線照射中に循環路１２に冷却水が流れていても中性子線が冷却水を通過することは無い。このような構成を採ることにより、本発明においては水分測定中であっても燃料電池セル２の温度調整を行うことができる。

なお、本発明においては中性子線の通過経路２４外のみに循環路１２を設けていることを考慮して、燃料電池セル２の被照射領域内におけるセパレータの肉厚を周囲の肉厚よりも薄くすることが好適である。被照射領域内のセパレータの肉厚を周囲よりも薄くすることにより外部への放熱が促進される。

また、燃料電池セルケース１について、リブ５の肉厚を厚く構成することが好適である。リブ５の肉厚を厚くすることでリブ５の熱容量が増し（熱されにくく冷めにくい）、冷却水の温度が急変したとき等においてその温度変化を緩和した状態で燃料電池セル２の温度調整を行うことができ、安定した温度調整を行うことができる。リブ５の肉厚としては具体的には１０ｍｍとすると好適である。

１燃料電池セルケース、２燃料電池セル、３フレーム、４リブ、５支持台、６挿入口、７溝、８燃料ガス供給口、９燃料ガス回収口、１０空気供給口、１１水・空気回収口、１２循環路、１３冷却水供給口、１４冷却水排出口、１５ポンプ、１６温度計、１７測定装置、１８中性子線源、１９中性子線測定器、２０電流／電圧計、２１情報処理器、２２シンチレータ、２３線量算出器、２４中性子線の通過経路。

Claims

燃料電池セルを収容するフレームと、
フレームに設けられ、冷却水循環路が形成されたリブと、
を備え、燃料電池セルに中性子線を照射し、燃料電池セルを通過した中性子線を測定することにより燃料電池セル内の水分測定を行う際に燃料電池セルを固定する燃料電池セルケースであって、
冷却水循環路は、中性子線が通過する経路外に形成されていることを特徴とする、燃料電池セルケース。