JP4623274B2 - 燃料電池現象の測定方法、燃料電池および燃料電池現象の測定装置 - Google Patents
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Description
ここで、従来の、燃料電池現象を把握するための手法の一例としては、燃料電池の複素インピーダンスを測定し、これに基づき燃料電池内部の水分状態を把握する発明が挙げられる(例えば、特許文献1。)。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転中の燃料電池内部に生じている燃料電池現象を、立体的に把握することが可能な測定技術を提供し、燃料電池の運転効率の向上を図ることにある。
本発明によれば、冷媒流通路に液体窒素等の冷媒を流通させ、運転状態にある燃料電池内部を流れる生成水を急速冷凍させることにより、運転中の燃料電池現象を凍結時の状態に固定する。そして、空間部を通して、凍結された生成水に中性子ビームを照射することにより、運転中の燃料電池内部のある一瞬における燃料電池現象を正確に把握することが可能となる。
この構成によれば、冷却プレートの冷媒流通路を流れる冷媒を介して、生成水の流通路を流れる生成水から急速に熱を奪い、生成水を効率的に冷凍することが可能となる。そして、冷却プレートの空間部を介して、冷凍された生成水に中性子ビームを照射することにより、冷凍された生成水に中性子ビームが到達するまでの間における、中性子の吸収を可能な限り少なくし、冷凍された生成水における中性子の吸収効率を高めることができる。
本発明によれば、冷媒供給手段により燃料電池の冷媒流通路に生成水冷凍用冷媒を供給することで、燃料電池内部を流れる生成水を急速冷凍させることができる。そして、凍結された生成水に対し中性子ビームを照射して、当該凍結された生成水を複数の角度から撮影することにより、当該凍結された生成水の状態を三次元で把握し、測定することができる。また、切替弁を切替えて、温冷水供給手段から燃料電池の冷媒流通路に温冷水を供給することで、凍結された生成水を解凍させることができる。
この構成によれば、燃料電池の冷媒流通路に対し、冷媒供給手段によって冷媒を供給した状態から、温冷水供給手段によって温冷水を供給する状態へと切替えを行う際に、冷媒により冷却された切替弁を、ヒータによって加熱することで、切替弁の切替え動作の円滑性を確保することができる。
本発明は、燃料電池内を流れる生成水を急速冷凍させて、運転中の燃料電池現象を凍結時の状態に固定する。そして、凍結された生成水に対し、中性子ラジオグラフィにより、中性子ビームを照射し、凍結された生成水を複数の角度から撮影する。そして、複数の画像に基づき、凍結された生成水の状態を三次元で把握し、測定することができる。
この構成によれば、燃料電池現象についての測定データの豊富化を図ることが可能となる。
さらに、本発明の請求項8に係る燃料電池現象の測定方法は、請求項6または7記載の燃料電池現象の測定方法において、前記凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行うものであり、運転中の燃料電池のある一瞬における実際の燃料電池現象を、正確に把握することが可能となる。
本発明は、燃料電池内を流れる生成水を急速冷凍させて、運転中の燃料電池現象を凍結時の状態に固定する。そして、凍結された生成水に対し、中性子ラジオグラフィにより、中性子ビームを照射し、凍結された生成水を複数の角度から撮影する。そして、複数の画像に基づき、凍結された生成水の状態を三次元で把握し、測定することができる。
この構成によれば、燃料電池現象についての測定データの豊富化を図ることが可能となる。
さらに、本発明の請求項11に係る燃料電池現象の測定方法は、請求項9または10記載の燃料電池現象の測定方法において、前記凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行うものであり、運転中の燃料電池のある一瞬における実際の燃料電池現象を、正確に把握することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る燃料電池10は、図1、図2に示すように、電解質膜12を中心として、拡散層14、生成水流路兼集電対16、面圧調整プレート18、支持台20、冷却プレート22、キャップ24が対称をなすように配置され、各構成部材の間には、適宜、シール材26、28、30、32が配置された構造を有している。図示の例では、電解質膜12はフッ素系材料、拡散層14はカーボン材料、生成水流路兼集電対16は銅に金メッキを施した材料、シール材26、28、30、32はフッ素樹脂で構成され、その他の部材は、放射化防止のためにアルミニウムにより構成されている。
また、図1、図2に示すように、冷却プレート22の中央には突起部22aが形成され、突起部22aに空間部22bが、空間部の両側に冷媒流通路22cが各々形成されている。
さらに、支持台20には、冷却プレート22の突起部22aに対応した凹部20aが形成され、かつ、支持台20の脚部20bにはヒータ34が内蔵されている。また、支持台20の脚部20bには、ヒータ34の放射化を防止するための遮蔽板36が取り付けられている。図示の例では、遮蔽板はゴムプレートである。
また、記各部を固定するためのボルト38は、放射化防止のためアルミニウム製であり、ボルト38と共に用いられるナット、ワッシャーもアルミニウム製である。なお、図1(a)にのみ示す回転テーブル40は、後述するように、中性子ラジオグラフィにより、燃料電池10に中性子ビームを照射する際に、様々な角度から燃料電池10の内部を撮影することができるように、燃料電池10を回転させるものである。
また、切替弁48にはヒータ52が設けられている。さらに、中性子ラジオグラフィ50による、凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行う補正手段54を備えている。補正手段54は、具体的には中性子ラジオグラフィや、回転テーブル40の動作を制御する電子計算機に、かかる補正機能を付加したものである。
(1)まず、燃料電池10を運転させた状態とし、冷媒供給手段44が燃料電池10の冷媒流通路22cと連通するように、切替弁48を切替える。
(2)そして、冷却プレート22の冷媒流通路22cに冷媒である液体窒素を流通させ、燃料電池内の生成水の流通路16a(図3、図4)を流れる生成水を、急速冷凍させる。
(3)ここで、中性子ラジオグラフィ50により、凍結された生成水に対し中性子ビームP(図1)を照射して、凍結された生成水を撮影する。この際、回転テーブル40を回転させて、複数の角度から中性子ビームPを照射し、複数の角度から撮影を行う。そして、複数の画像を合成することによって、凍結された生成水の状態を立体的に表し、三次元測定する。
(4)なお、ラジオグラフィ50による凍結された生成水の三次元測定結果は、補正手段54によって、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮した補正が施される。
(5)また、燃料電池現象についての測定データの豊富化を図る必要がある場合には、ステップ(3)の撮影の後、切替弁48を、温冷水供給手段46が燃料電池10の冷媒流通路22cと連通するように切替える。なお、切替弁48の切替を行う前に、ヒータ52によって切替弁48を加熱しておく。
(6)そして、冷却プレート22の冷媒流通路22cに温冷水を流通させ、燃料電池内の生成水の流通路16a(図3、図4)内で冷凍された生成水を、解凍させる。
(7)続いて、条件(燃料流量、負荷等)を変更して、燃料電池10の運転を行い、ステップ(1)〜(4)を繰返す。
しかも、凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行う(ステップ(4))ことにより、冷凍状態の生成水から、運転中の燃料電池10の、ある一瞬における実際の燃料電池現象を、正確に把握することが可能となる。
しかも、中性子ラジオグラフィ50による凍結された生成水の三次元測定結果を、補正手段54によって、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行うことにより、冷凍された生成水から、運転中の燃料電池のある一瞬における実際の燃料電池現象を、正確に把握することが可能となる。
また、本発明の実施の形態に係る燃料電池10は、中性子ビームPによる放射化を防ぐために、アルミニウム材料を多用した構成を有しているが、通常の材料を用いた燃料電池についても、当然に測定対象とすることが可能となる。
Claims (11)
- 燃料電池内部を流れる生成水を急速冷凍するための冷媒流通路と、前記生成水の流通路に対し中性子ビームを照射するためのビーム通路となる空間部とを備えることを特徴とする燃料電池。
- 前記生成水の流通路が、電解質膜と、前記冷媒流通路および前記空間部を備える冷却プレートとの間に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 請求項1または2記載の燃料電池の、燃料電池現象の測定装置であって、前記冷媒流通路に生成水冷凍用冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷媒流通路に温冷水を供給する温冷水供給手段と、前記冷媒供給手段および前記温冷水供給手段のいずれか一方を前記冷媒流通路と連通させる切替弁と、中性子ラジオグラフィとを備えることを特徴とする燃料電池現象の測定装置。
- 前記切替弁がヒータを備えることを特徴とする請求項3記載の燃料電池現象の測定装置。
- 前記中性子ラジオグラフィによる凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行う補正手段を備えることを特徴とする請求項3または4記載の燃料電池現象の測定装置。
- 請求項3から5のいずれか1項記載の燃料電池現象の測定装置を用いた、燃料電池現象の測定方法であって、運転中の燃料電池内を流れる生成水を急速冷凍させ、中性子ラジオグラフィにより、凍結された生成水に対し中性子ビームを照射して、当該凍結された生成水を複数の角度から撮影した画像に基づき、生成水を三次元測定することを特徴とする燃料電池現象の測定方法。
- 前記撮影の後、燃料電池の生成水を解凍し、条件を変更して燃料電池の運転を行い、前記生成水の冷凍および前記撮影を行うことを特徴とする請求項6記載の燃料電池現象の測定方法。
- 前記凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行うことを特徴とする請求項6または7記載の燃料電池現象の測定方法。
- 請求項1または2記載の燃料電池の、燃料電池現象の測定方法であって、運転中の燃料電池内を流れる生成水を急速冷凍させ、中性子ラジオグラフィにより、凍結された生成水に対し中性子ビームを照射して、当該凍結された生成水を複数の角度から撮影した画像に基づき、生成水を三次元測定することを特徴とする燃料電池現象の測定方法。
- 前記撮影の後、燃料電池の生成水を解凍し、条件を変更して燃料電池の運転を行い、前記生成水の冷凍および前記撮影を行うことを特徴とする請求項9記載の燃料電池現象の測定方法。
- 前記凍結された生成水の三次元測定結果に、生成水の熱膨張係数に基づく体積変化の影響を考慮して補正を行うことを特徴とする請求項9または10記載の燃料電池現象の測定方法。
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