JP2016046040A - 電気化学セル評価用ホルダ及びそれを用いたセル評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電時のセル部の状態を外部から可視的に捉える。【解決手段】電気化学セル評価用ホルダ１は、燃料ガスを供給する燃料ガス導入管８と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管９とを有するアルミナ製の燃料極側筐体２と、空気ガスを供給する空気ガス導入管１３と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管１４とを有するアルミナ製の空気極側筐体３と、燃料極と空気極との間に電解質を挟んで構成されるセル部２１と、セル部２１を挟むように設けられる一対の集電体２２，２３とを備え、セル部２１を中心に燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせた状態で固定部材５により締付固定される。セル部２１を中心とする燃料極側筐体２と空気極側筐体３の対向する部分は、赤外線及び可視光線を透過する透過部７，１２からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）の性能特性を評価するための電気化学セル評価用ホルダ及びそれを用いたセル評価システムに関するものである。

近年、エネルギー変換効率の高い固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略称する）が次世代のエネルギー供給システムとして注目を集めている。ＳＯＦＣは、電解質膜にイオン伝導性固体電解質を使用し、その電解質膜の一方の面に多孔質焼結体からなる燃料極（アノード）を、他方の面に空気極（カソード）を接合して構成される。ＳＯＦＣでは、燃料極に燃料（水素）を供給し、空気極に空気（酸素）を供給し、電気化学反応によって電気エネルギーを取り出している。

そして、この種のＳＯＦＣの研究開発に伴い、燃料電池の性能を評価するためのＳＯＦＣの単セル評価装置としては、例えば引用文献１に示す装置、非特許文献１や非特許文献２に開示される三重管構造の高温電気化学セル評価用ホルダ等が公知となっている。

ところで、一般的な電気化学セル評価用ホルダは、ＳＯＦＣの作動温度（約８００℃）と同程度の雰囲気温度によるセルの評価試験を実施可能とするため、耐熱性を有し、さらにその加工性や安価な製造コスト等を実現するために装置筐体の材料としてステンレス等の金属が用いられている。

しかしながら、ＳＯＦＣの作動温度による評価実験では、作動温度が高温であるため、筐体を構成する金属中の成分（例えば、Ｃｒ）が蒸発して酸化した酸化物（例えば、Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）がセル表面に付着して汚染され、ＳＯＦＣの評価試験に悪影響を及ぼす虞があった。

また、上記各文献に開示される装置を含む一般的な電気化学セル評価用ホルダは、セルを両極側からガス導入管で挟持する縦型の三重管構造を採用している。このため、縦型の三重管構造に対応する電気炉にしか使用することができず、またホルダ自体が大型であり、電気炉への設置時の取り扱いが不便であるという問題があった。

さらに、この種の電気化学セル評価用ホルダでは、セル部を挟んで一対のガラスＯ−リングを設置し、電気炉内の熱によって溶融させることでセル部の両極側のシールを行い、燃料ガス及び空気ガスのガス漏れを防止する気密構造を実現している。しかし、Ｏ−リングがガラス製であるため、次の評価試験を行う際に、それまで使用したガラスＯ−リングの除去や清掃作業が必要となり、その作業が面倒であった。

そこで、出願人は、上述した問題を解決するため、下記特許文献２に開示される電気化学セル評価用ホルダを出願している。

この特許文献２に開示される電気化学セル評価用ホルダでは、挟持部品である燃料ガス拡散板、燃料極用集電体、セル部、一対のセラミックス製のガスケット、空気極用集電体、空気ガス拡散板を積層し、燃料極側収容凹部と空気極側収容凹部とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体及び空気極側筐体とを突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体間で挟持部品を挟持した状態で、空気極側挿通孔にセラミックバネを挿入し、燃料極側挿通孔から挿入したボルトをナットで締結固定して組み立てる。

これにより、性能評価時におけるセルへの悪影響が無く、且つ装置の小型化による電気炉への設置容易性と組立容易性に優れた電気化学セル評価用ホルダを実現している。

特開平６−２２３８５７号公報 特開２００３−１０５６６２号公報

社団法人電気化学協会編「電気化学測定法」、社団法人電気化学協会（１９７２）、１５４〜１５５頁 ＳＯＦＣ研究会編「第１２回ＳＯＦＣ研究発表会講演要旨集」、（２００３）、９４〜９５頁

ところで、ＳＯＦＣは、水素だけでなく、都市ガスやプロパンガス、バイオガス、石炭ガス化ガスなどの炭化水素を含むガスを改質したガスを燃料ガスとして使用することができる。このため、近年では、食品廃棄物及び家畜排泄物のメタン発酵処理時に発生する低品位バイオガス（ＣＨ₄ とＣＯ₂ の混合ガス）や、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ（登録商標）、Ｃ₁₈Ｈ_34.8Ｏ₂ ）等の高級炭化水素を含むガスが燃料電池用燃料ガスの候補として期待されている。そして、ＳＯＦＣは、炭化水素改質触媒と同等の材料からなる多孔質焼結体を燃料極に使用し、改質反応が起こる高温で運転されるため、原理的に炭化水素系燃料の直接供給による内部改質運転が可能である。

しかしながら、水蒸気あるいは二酸化炭素と混合された炭化水素系燃料を燃料極側に直接供給すると、強い吸熱反応である水蒸気改質反応やドライリフォーミング反応が燃料極内で生じるが、燃料極を構成する多孔質焼結体が構造に自由度がないため、熱衝撃（サーマルショック）により短時間内にセルの破壊に至るという問題がある。

ところで、特許文献２の開示される電気化学セル評価用ホルダなどを用いてＳＯＦＣの単セルの評価試験を行う場合、セル部を収容した電気化学セル評価用ホルダを電気炉に設置し、一定高温下（例えば、７００〜１０００℃）において、測定条件（例えば、電気炉内の雰囲気温度やセル部への電流値）を色々と変えながら試験が繰り返し行われる。

そして、単セルをスタック化して実際の運用に見合ったセルの性能を得るためには、セル部の温度分布をリアルタイムで測定し、その測定結果に基づいて温度分布が均一になるような流路を設計し、セルの性能向上につなげることが重要である。その際、セル部の機械的損傷（クラック）が生じる過程の把握や発生メカニズムなどの監視を行うことも必要となる。これらは、単セルをスタック化して設計する際に、電池運転条件の高効率化、ガス流路の設計に有用な知見を得るために必要不可欠であった。

しかしながら、特許文献２の電気化学セル評価用ホルダを含む従来の構成では、ホルダ内に収容されたセル部の状態を外部から可視的に捉えることができなかった。このため、発電時におけるセル部の温度分布をリアルタイムで把握することができず、測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体を見つけ出すのが困難であった。しかも、上述した熱衝撃によりセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件や発生箇所などを即座に知ることができなかった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、発電時のセル部の状態を外部から可視的に捉えることができる電気化学セル評価用ホルダ及びそれを用いたセル評価システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された電気化学セル評価用ホルダは、燃料ガスを供給する燃料ガス導入管と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とを有するアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを供給する空気ガス導入管と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とを有するアルミナ製の空気極側筐体と、
燃料極と空気極との間に電解質を挟んで構成されるセル部と、
前記セル部を挟むように設けられる一対の集電体とを備え、
前記セル部を中心に前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とを突き合わせた状態で固定された電気化学セル評価用ホルダにおいて、
前記燃料極側筐体又は前記空気極側筐体の少なくとも一方で前記セル部と対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部からなることを特徴とする。

請求項２に記載された電気化学セル評価用ホルダを用いたセル評価システムは、
請求項１の電気化学セル評価用ホルダと、
前記電気化学評価用ホルダが収容される測定空間を有する筐体に対し、前記電気化学評価用ホルダの透過部と対向する位置に撮像用穴が貫通して形成された電気炉と、
前記電気炉の外側に配置され、前記撮像用穴から前記透過部を介して前記セル部の状態を撮像する撮像装置と、
前記測定空間の雰囲気温度及び前記セル部に流す電流値を制御しながら前記撮像装置が撮像した画像データを記憶保存する管理装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダによれば、セル部を中心とする燃料極側筐体と空気極側筐体の少なくとも対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部からなり、セル部の燃料極側及び空気極側を可視化した構成なので、発電時におけるセル部の状態を外部から直接確認することができる。これにより、電気化学セル評価ホルダ内に収容されたセル部の状態を外部から可視的に捉えることができ、セル部の発電状態を直接目視により確認することができる。

本発明に係るセル評価システムによれば、発電時におけるセル部の燃料極及び空気極の温度分布を監視し、その画像データを管理装置に逐次記憶保存するので、逐次記憶保存される画像データを元に測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体の組合せを見つけ出し、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。しかも、発電時のセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件（雰囲気温度、電流値など）や発生箇所を熱画像から即座に確認することができる。

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの拡大断面図である。 （ａ）〜（ｆ）発電時の電気を取り出すための集電体に形成される流路の形状例を示す平面図及び斜視図である。 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの燃料極側筐体及び空気極側筐体に形成されたガス導入溝及びガス排出溝とそれに取り付けられるハーメチック端子を説明するための部分断面図である。 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダを用いたセル評価システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

［電気化学セル評価用ホルダの構成］
図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、電気化学セル評価用ホルダ（以下、評価用ホルダと略称する）１は、燃料極側筐体２（図中下方）と空気極側筐体３（図中上方）との間に挟持部品４（後述するセル部２１を含む）を挟持し、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定部材５で締結固定して組み立てる構成を基本構造としている。そして、発電時のセルの状態が可視できるように、挟持部材４を中心とする燃料極側筐体２と空気極側筐体３の少なくとも対向部分を赤外線及び可視光線が透過可能な構成としている。

燃料極側筐体２は、評価試験時の高温に耐え、且つ後述するセル部２１の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる。燃料極側筐体２は、図２（ｂ）に示すように、中央部分が矩形状に貫通した貫通部６を有する枠状をなしている。空気極側筐体３と対面する貫通部６の表面側には枠状の段差部６ａが形成されており、段差部６ａには透過性を有する窓状の燃料極側透過部７が固設されている。燃料極側透過部７は、高温時（後述するセル部２１の作動温度：８００℃前後）の赤外線や可視光線を透過し、セル部２１の発電時の雰囲気（酸化、還元）に対して安定性があり、熱膨張係数が燃料極側筐体２と近く、セラミックシールなどの高温ガラス材による接合が可能で気密性が維持できる材料（例えば、サファイア、透光性アルミナ、石英などを主成分とする材料）からなる。

図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、燃料極側筐体２の一側面（図中では左側面）には、燃料ガス導入管８と燃料ガス排出管９とが並設されている。燃料ガス導入管８は、外部から燃料ガスを取り込むガス導入口８ａを有し、ガス導入口８ａから取り込んだ燃料ガスを燃料極側筐体２に形成された不図示の流路を介して後述するセル部２１に供給している。燃料ガス排出管９は、燃料ガスを排出するガス排出口９ａを有し、後述するセル部２１に供給された未反応の燃料ガスを燃料極側筐体２に形成された不図示の流路を介してガス排出口９ａから排出している。

図１に示すように、燃料極側筐体２には、固定部材５により空気極側筐体３との締結固定を行うための複数の燃料極側挿通孔１０が形成されている。図１の例では、燃料極側筐体２の枠状部分の各辺の中央４箇所に貫通して燃料極側挿通孔１０が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。

空気極側筐体３は、燃料極側筐体２と同様に、評価試験時の高温に耐え、且つ後述するセル部２１の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる。空気極側筐体３は、燃料極側筐体２と略同一形状であり、図２（ｂ）に示すように、中央部分が矩形状に貫通した貫通部１１を有する枠状をなしている。燃料極側筐体２と対面する貫通部１１の底部側には枠状の段差部１１ａが形成されており、段差部１１ａには透過性を有する窓状の空気極側透過部１２が固設されている。空気極側透過部１２は、燃料極側透過部７と同様に、高温時（後述するセル部２１の作動温度：８００℃前後）の赤外線や可視光線を透過し、セル部２１の発電時の雰囲気（酸化、還元）に対して安定性があり、熱膨張係数が空気極側筐体３と近く、セラミックシールなどの高温ガラス材による接合が可能で気密性が維持できる材料（例えば、サファイア、透光性アルミナ、石英などを主成分とする材料）からなる。

図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、空気極側筐体３の一側面（図中では左側面）には、空気ガス導入管１３と空気ガス排出管１４とが並設されている。空気ガス導入管１３は、外部から空気ガスを取り込むガス導入口１３ａを有し、ガス導入口１３ａから取り込んだ空気ガスを空気極側筐体３に形成された不図示の流路を介して後述するセル部２１に供給している。空気ガス排出管１４は、空気ガスを排出するガス排出口１４ａを有し、後述するセル部２１に供給された未反応の空気ガスを空気極側筐体３に形成された不図示の流路を介してガス排出口１４ａから排出している。

図１に示すように、空気極側筐体３には、固定部材５により燃料極側筐体２との締結固定を行うための複数の空気極側挿通孔１５が形成されている。図１の例では、空気極側筐体３の枠状部分の各辺の中央４箇所に貫通して空気極側挿通孔１５が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。

なお、図１に示すように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５は、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２を対向させて燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５の後述するボルト５１が挿入可能なように各孔の個数が同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上となる位置にそれぞれ形成されている。

図１や図２（ｂ）に示すように、挟持部品４は、セル部２１、燃料極用集電体２２、空気極用集電体２３、一対のガスケット２４（２４ａ，２４ｂ）から構成される。

図１や図２（ｂ）に示すように、挟持部品４は、燃料極側筐体２を下方、空気極側筐体３を上方として配置した場合に、ガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、ガスケット２４ｂの順に積層した状態で燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持される。その際、一方のガスケット２４ａは、セル部２１の外周縁部と燃料極側透過部７の外縁部分との間に介在され、他方のガスケット２４ｂは、セル部２１の外周縁部と空気極側透過部１２の外縁部分との間に介在される。

セル部２１は、例えばＹＳＺ／Ｎｉサーメットなどの燃料極と、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃ などの空気極との間に、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などの電解質を一体化して構成される。

燃料極用集電体２２は、還元雰囲気で安定であるＮｉ網などで構成される。また、空気極用集電体２３は、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などで構成される。

図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、燃料極用集電体２２や空気極用集電体２３は、開口の形状によってガスの流れの異なるものが複数種類用意されている。図３（ａ），（ｂ）では、図中、縦方向に所定間隔おきに複数形成される直線状の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。図３（ｃ），（ｄ）では、図中、左上から右下に向かって蛇行した１本の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。図３（ｅ），（ｆ）では、図中、左下から右上に向かって蛇行した１本の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。燃料極用集電体２２や空気極用集電体２３は、発電時のセル部２１の性能評価を行う際に適宜組み合わせて用いられる。

そして、予め用意した燃料極用集電体２２と空気極用集電体２３を組み合わせて発電時のセル部２１の性能評価を行った結果、最も均一な温度分布が得られる流路２２ａ，２３ａが形成された燃料極用集電体２２と空気極用集電体２３の組合せがセル部２１の性能を一番引き出すことができる集電体であり、これらの結果から、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。

一対のガスケット２４（２４ａ，２４ｂ）は、ガス漏洩防止用としてセル部２１の外周縁部を挟んで対向配置される弾力性を有するセラミックス（例えば、バーミキュライト、マイカ、アルミナファイバー等）からなる。

図４に示すように、燃料ガス導入管８及び空気ガス導入管１３のガス導入口には、セル部２１で発電した電流を燃料極用集電体２２又は空気極用集電体２３から取り出す電流取出用リード線３１と、セル部２１の各電極の電圧測定を行う電圧測定用リード線３２と、セル部２１近傍の温度測定を行う温度センサ３３とを導入するためのハーメチック端子４１（燃料極側ハーメチック端子４１ａ、空気極側ハーメチック端子４１ｂ）がそれぞれ設置されている。

図４に示すように、ハーメチック端子４１（４１ａ，４１ｂ）は、燃料ガス導入管８、燃料ガス排出管９、空気ガス導入管１３、空気ガス排出管１４に装着され、燃料ガス（又は空気ガス）を案内するガス案内路４２ａが設けられた端子本体４２と、各ガス導入管８，１３やガス排出管９，１４に挿入された状態で端子本体４２とＯ−リング４３を介して螺合してガス漏れを防止する第１係合部材４４と、端子導入部材４５とＯ−リング４６とを介在した状態で端子本体４２と螺合してガス漏れを防止する第２係合部材４７とで構成され、電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３をガス漏れさせずに外部から導入して評価用ホルダ１内の所定箇所に配置するための気密端子である。

図１や図４に示すように、固定部材５は、アルミナ製のボルト５１と、ボルト５１の軸部に挿入される座金５２と、ボルト５１と螺合するアルミナ製のナット５３と、燃料極側挿通孔１０又は空気極側挿通孔１５の何れか一方側に挿入されるセラミックバネ５４とで構成されている。図示の例では、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するように燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせた状態で、挟持部品４（一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂの順で積層）を挟持する。その後、セル部２１の性能評価試験中の雰囲気温度による熱膨張等の影響を吸収するため、空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入して、燃料極側挿通孔１０からボルト５１を挿通し、ボルト５１の頭部とセラミックバネ５４との間に座金５２が挿通された状態でボルト５１をナット５３で締付固定している。

次に、上記のように構成される評価用ホルダ１の組み立て手順について説明する。
まず、挟持部品４を構成する一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂを、燃料極側筐体２と空気極側筐体３の挟持方向に従って順に積層する。そして、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するように燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせ、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持部品４を挟持させる。

そして、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持部品４を挟持させた状態で空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入し、燃料極側挿通孔１０から挿入したボルト５１をナット５３で締め付け、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定する。これにより、評価用ホルダ１の組み立て作業が終了する。

このように、上記構成による評価用ホルダ１は、一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂの順に積層して挟持部材４を構成し、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体２と空気極側筐体３を突き合わせた状態で挟持部材４を挟持させる。そして、各筐体２，３間で挟持部品４を挟持した状態で、空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入し、燃料極側挿通孔１０から挿入したボルト５１をナット５３で締結固定して組み立てる。

そして、上記構成の評価用ホルダ１によれば、セル部２１を中心とする燃料極側筐体２と空気極側筐体３の対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部（燃料極側透過部７、空気極側透過部１２）からなり、セル部２１の燃料極側及び空気極側を可視化した構成なので、発電時におけるセル部２１の状態を外部から可視的に捉えることができ、セル部２１の発電状態を目視により確認することができる。しかも、燃料極側筐体２及び空気極側筐体３の材質がアルミナ製であるため、評価試験時の炉内温度により筐体の材質が蒸発することによるセル部２１への悪影響の心配がなく、信頼性の高いセル部２１の評価試験を行うことができる。

さらに、セル部２１と各筐体２，３間に介在される一対のガスケット２４ａ，２４ｂが弾力性を有するセラミックス製であるため、従来のようなガラスＯ−リングによる取り替え時の清掃等の煩雑さが解消され、よりスムーズに評価試験を行うことができる。

［セル評価システムの構成］
図５に示すように、セル評価システム１００は、電気炉１０１、撮像装置１０２、管理装置１０３を備えて概略構成され、上述した評価用ホルダ１に装着された挟持部材４のセル部２１の発電時の評価試験を行う際に用いられる。

なお、図５では、管理装置１０３に接続される燃料ガス排出管９から電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３の信号線についてのみ示している。実際には、燃料ガス導入管８、空気ガス導入管１３、空気ガス排出管１４についても同様に、電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３の信号線が管理装置１０３と接続される。

電気炉１０１は、一定温度（例えば７００〜１０００℃であり、セル部２１の作動温度：８００℃前後）に制御される測定空間１０１ａが形成された断熱材１０１ｂの外側を矩形状の金属製のケース１０１ｃで覆った構成である。測定空間１０１ａに面する断熱材１０２ｂの内壁周面には、測定空間１０１ａ内を一定高温に保持するように加熱制御される不図示のヒータが設置される。また、ケース１０１ｃの対向する両側面には、断熱材１０１ｂを介して測定空間１０１ａを臨むように一対の撮像用穴１０１ｄ，１０１ｄが貫通して形成される。さらに、測定空間１０１ａには、セル部２１を収容した評価用ホルダ１が監視対象として設置される。その際、評価用ホルダ１は、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２が一対の撮像用穴１０１ｄ，１０１ｄと対向するように測定空間１０１ａに設置される。

撮像装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ）は、評価用ホルダ１に収容されたセル部２１の発電時の状態を撮像する熱画像カメラで構成される。一方の撮像装置１０２ａは、測定空間１０１ａ内に設置された評価用ホルダ１の燃料極側透過部７に対し、一方の撮像用穴１０１ｄを介して対向するように電気炉１０１の外側に設置される。撮像装置１０２ａは、撮像用穴１０１ｄから燃料極側透過部７を介して発電時のセル部２１の燃料極側の状態を撮像し、撮像した熱画像を管理装置１０３に逐次入力している。他方の撮像装置１０２ｂは、測定用空間１０１ａ内に設置された評価用ホルダ１の空気極側透過部１２に対し、他方の監視用孔１０１ｄを介して対向するように電気炉１０１の外側に設置される。撮像装置１０２ｂは、撮像用穴１０１ｄから空気極側透過部１２を介して発電時のセル部２１の空気極側の状態を撮像し、撮像した熱画像を管理装置１０３に逐次入力している。

なお、撮像装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ）は、熱画像に代えて写真画像（カラー、モノクロ）を管理装置に入力するようにしてもよい。また、撮像装置１０２は、評価用ホルダ１の透過部に合わせて少なくとも一方に設けられる構成であってもよい。すなわち、評価用ホルダ１に燃料極側透過部７のみが形成される場合は撮像装置１０２ａのみを設置し、評価用ホルダ１に空気極側透過部１２のみが形成される場合は撮像装置１０２ｂのみを設置する。さらに、撮像装置１０２は、撮像用穴１０１ｄを介して評価用ホルダ１や測定空間１０１ａからの反射の影響を低減するため、撮像用穴１０１ｄに対し、所定角度傾斜させて透過部（燃料極側透過部７、空気極側透過部１２）を臨むように設置するのが好ましい。

管理装置１０３は、電気炉１０１の測定空間１０１ａの雰囲気温度を一定の高温状態に保持するように不図示のヒータを加熱制御している。また、管理装置１０３は、評価用ホルダ１に収容されたセル部２１の発電時に、電気炉１０１内の雰囲気温度やセル部２１に流す電流値を制御して測定条件を変えながら撮像装置１０２ａ，１０２ｂから入力される熱画像（画像データ）を測定条件（雰囲気温度、電流値など）とともに逐次記憶保存している。

上記構成によるセル評価システム１００では、電気炉１０１の測定空間１０１ａにセル部２１を収容した評価用ホルダ１を設置し、一定高温下において、測定条件を変えながらセル部２１の発電状態を２台の撮像装置１０２ａ，１０２ｂによって逐次撮像している。撮像装置１０２の撮像によって得られる熱画像（画像データ）は、測定条件（雰囲気温度や電流値など）とともに管理装置１０３に逐次記憶保存される。保存された熱画像は、管理装置１０３の表示画面上に都度表示させり、後から選択的に画面上に表示させて確認する。そして、流路の異なる集電体（燃料極用集電体２２、空気極用集電体２３）を色々と組み合わせてセル部２１の評価試験を行う。

このように、上述したセル評価システム１００では、セル部２１の燃料極側及び空気極側が可視化した構成の評価用ホルダ１を用い、発電時におけるセル部２１の燃料極及び空気極の温度分布を監視し、その熱画像を逐次記憶保存している。これにより、管理装置１０３に逐次記憶保存される熱画像を元に測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体の組合せを見つけ出し、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。また、発電時のセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件（雰囲気温度、電流値など）や発生箇所を熱画像から即座に確認することができる。

ところで、上述した実施の形態では、発電時におけるセル部２１の燃料極側及び空気極側の状態がそれぞれ可視できるように、挟持部品４を中心として燃料極側筐体２と空気極側筐体３の対向位置に設けられる燃料極側透過部７と空気極側透過部１２を窓状に形成しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、燃料極側透過部７や空気極側透過部１２と同一材料で燃料極側筐体２と空気極側筐体３を形成することもできる。これにより、燃料極側筐体２と空気極側筐体３が燃料極側透過部７と空気極側透過部１２の機能を兼ねるので、構成部品として貫通部６，１１、燃料極側透過部７、空気極側透過部１２が不要となり、構成の簡素化を図ることができる。また、評価用ホルダ１には、燃料極側透過部７又は空気極側透過部１２の一方のみを形成してもよい。

以上、本発明に係る評価用ホルダ及びそれを用いたセル評価システムの最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ 電気化学セル評価用ホルダ（評価用ホルダ）
２ 燃料極側筐体
３ 空気極側筐体
４ 挟持部品
５ 固定部材
６ 貫通部
６ａ 段差部
７ 燃料極側透過部
８ 燃料ガス導入管
９ 燃料ガス排出管
１０ 燃料極側挿通孔
１１ 貫通部
１１ａ 段差部
１２ 空気極側透過部
１３ 空気ガス導入管
１４ 空気ガス排出管
１５ 空気極側挿通孔
２１ セル部
２２ 燃料極用集電体
２３ 空気極用集電体
１００ セル評価システム
１０１ 電気炉
１０２ 撮像装置
１０３ 管理装置

Claims (2)

1. 燃料ガスを供給する燃料ガス導入管と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とを有するアルミナ製の燃料極側筐体と、
   空気ガスを供給する空気ガス導入管と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とを有するアルミナ製の空気極側筐体と、
   燃料極と空気極との間に電解質を挟んで構成されるセル部と、
   前記セル部を挟むように設けられる一対の集電体とを備え、
   前記セル部を中心に前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とを突き合わせた状態で固定された電気化学セル評価用ホルダにおいて、
   前記燃料極側筐体又は前記空気極側筐体の少なくとも一方で前記セル部と対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部からなることを特徴とする電気化学セル評価用ホルダ。
2. 請求項１の電気化学セル評価用ホルダと、
   前記電気化学評価用ホルダが収容される測定空間を有する筐体に対し、前記電気化学評価用ホルダの透過部と対向する位置に撮像用穴が貫通して形成された電気炉と、
   前記電気炉の外側に配置され、前記撮像用穴から前記透過部を介して前記セル部の状態を撮像する撮像装置と、
   前記測定空間の雰囲気温度及び前記セル部に流す電流値を制御しながら前記撮像装置が撮像した画像データを記憶保存する管理装置とを備えたことを特徴とするセル評価システム。

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