JP6163933B2 - Deriving device for deriving each resistance value of a solid oxide fuel cell single cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置に関する。 The present invention relates to electrical output device you derive the resistance value of the solid oxide fuel cell single cell.

固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出方法および導出装置の一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図4に示されているように、抵抗体を、第1電極111側に電気的に接続される第1抵抗部121、126aと、第2電極141側に電気的に接続される第2抵抗部131、126bとを含んで構成し、第1抵抗部121、126aと第2抵抗部131、126bを、第1抵抗部121、126aにおける電流流れ方向と第2抵抗部131、126bにおける電流流れ方向とが互いに並行、かつ、反対方向となるように対向配置するようになっている。これにより、第1抵抗部121、126aと第2抵抗部131、126bとで電流の流れ方向が反対方向となるため、それぞれを流れる電流が作る磁界を互いに打ち消し合うように作用させることができ、高周波電流による抵抗体のインダクタンスの影響を低減することができる。その結果、電流測定装置の測定精度を向上させることができる。   As one type of derivation method and derivation device for deriving each resistance value relating to a solid oxide fuel cell single cell, one disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the resistor is electrically connected to the first resistor portions 121 and 126a electrically connected to the first electrode 111 side and to the second electrode 141 side. Second resistance parts 131 and 126b. The first resistance parts 121 and 126a and the second resistance parts 131 and 126b are connected to the first resistance parts 121 and 126a in the current flow direction and the second resistance parts 131 and 126b. The current flow directions at 126b are parallel to each other and opposite to each other. As a result, the first resistor 121, 126a and the second resistor 131, 126b have opposite current flow directions, so that the magnetic fields created by the respective currents can be made to cancel each other. The influence of the inductance of the resistor due to the high frequency current can be reduced. As a result, the measurement accuracy of the current measuring device can be improved.

特開2010−103071号公報JP 2010-103071 A

上述した特許文献1に記載されている固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出方法および導出装置においては、固体酸化物形燃料電池単セルの内部抵抗の測定精度を向上させることができるが、固体酸化物形燃料電池単セルの全抵抗のうち、オーミック抵抗の抵抗値、燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値を分離し、各抵抗成分の測定精度を向上させる要請がある。   In the derivation method and derivation device for deriving each resistance value relating to the solid oxide fuel cell unit cell described in Patent Document 1 described above, the measurement accuracy of the internal resistance of the solid oxide fuel cell unit cell is improved. However, out of the total resistance of a solid oxide fuel cell unit cell, the resistance value of ohmic resistance and the electrode reaction resistance values of the fuel electrode and oxidant electrode are separated to improve the measurement accuracy of each resistance component There is a request to do.

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置において、固体酸化物形燃料電池単セルの全抵抗のうち、オーミック抵抗の抵抗値ならびに燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値の測定精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the respective problems described above, the conductive sensing device you derive the resistance value of the solid oxide fuel cell single cell, all of the solid oxide fuel cell single cell An object of the present invention is to improve the measurement accuracy of the resistance value of the ohmic resistance and the electrode reaction resistance values of the fuel electrode and the oxidant electrode.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置の発明は、固体酸化物形燃料電池単セルを保持して電流を取り出す保持集電装置によって保持された固体酸化物形燃料電池単セルに、それぞれ一対の電線がツイストされた電位ケーブルおよび電流ケーブルを介して接続されたインピーダンス測定器と、インピーダンス測定器によって計測されたインピーダンスの実成分と虚数成分とから固体酸化物形燃料電池単セルの燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗の抵抗値を導出する導出部を備えている。
また、保持集電装置は、断熱材で筒状に気密的に形成された断熱管内に配設され、かつ、筒状に形成されて固体酸化物形燃料電池単セルを燃料極側から保持する第1ホルダー管と、筒状に形成されて固体酸化物形燃料電池単セルを酸化剤極側から保持する第2ホルダー管と、電位ケーブルおよび電流ケーブルの一方の電線が接続され、燃料極に接触する第1電極体と、電位ケーブルおよび電流ケーブルの他方の電線が接続され、酸化剤極に接触する第2電極体と、第1ホルダー管内に配設され、筒状に形成されて燃料極に燃料ガスを供給する第1ガス導入管と、第2ホルダー管内に配設され、筒状に形成されて酸化剤極に酸化剤ガスを供給する第2ガス導入管と、第1ホルダー管と固体酸化物形燃料電池単セルとの間に配設され、筒状に形成されるとともに電位ケーブルおよび電流ケーブルの一方の電線が挿入される切欠部を備えた第1ケーブル取出管と、第2ホルダー管と固体酸化物形燃料電池単セルとの間に配設され、筒状に形成されるとともに電位ケーブルおよび電流ケーブルの他方の電線が挿入される切欠部を備えた第2ケーブル取出管と、を備えている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of the deriving device for deriving each resistance value relating to the single cell of the solid oxide fuel cell according to claim 1 takes out the current while holding the single cell of the solid oxide fuel cell. An impedance measuring instrument connected to a solid oxide fuel cell unit cell held by a holding current collector via a potential cable and a current cable each twisted with a pair of wires, and an impedance measured by the impedance measuring instrument A deriving unit for deriving the electrode reaction resistance value and the ohmic resistance value of the fuel electrode and the oxidant electrode of the solid oxide fuel cell single cell from the real component and the imaginary number component is provided.
The holding current collector is disposed in a heat insulating tube formed of a heat insulating material in a cylindrical and airtight manner, and is formed in a cylindrical shape to hold the solid oxide fuel cell single cell from the fuel electrode side. A first holder tube, a second holder tube formed in a cylindrical shape to hold the solid oxide fuel cell single cell from the oxidant electrode side, and one of the electric potential cable and the current cable are connected to the fuel electrode. The first electrode body that is in contact with the other electrode of the potential cable and the current cable is connected, the second electrode body that is in contact with the oxidizer electrode, the first electrode body is disposed in the first holder tube, is formed in a cylindrical shape, and is a fuel electrode A first gas introduction pipe that supplies fuel gas to the first gas pipe, a second gas introduction pipe that is disposed in the second holder pipe, is formed in a cylindrical shape, and supplies the oxidant gas to the oxidant electrode; It is arranged between solid oxide fuel cell single cells and formed into a cylindrical shape. And is disposed between the first cable outlet pipe having a cutout portion into which one of the electric wires of the potential cable and the current cable is inserted, the second holder pipe, and the solid oxide fuel cell single cell, and is tubular. And a second cable outlet pipe having a cutout portion into which the other electric wire of the potential cable and the current cable is inserted.

これによれば、電位ケーブルおよび電流ケーブルをツイストさせているため、これらのケーブルのインダクタンスを小さく抑制することができる。したがって、ケーブルのインダクタンスの影響を受けることなく、固体酸化物形燃料電池単セルの燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗の抵抗値を正確に測定することができ、すなわち測定精度を向上させることができる。
また、各ケーブルは各ケーブル取出管の切欠部から外部に引き出すこととなるため、各ホルダー管と固体酸化物形燃料電池単セルとの間に挟まれるなどして各ケーブルを損傷させることなく、保持集電装置から各ケーブルを簡単な構成で引き出すことができる。また、各ケーブルを所定位置に配設させることにより他のもの(他方のケーブル、測定対象である固体酸化物形燃料電池単セルなど)から確実に離すことができ、測定誤差を抑制することができる。
According to this, since the potential cable and the current cable are twisted, the inductance of these cables can be suppressed small. Therefore, it is possible to accurately measure each electrode reaction resistance value and ohmic resistance resistance value of the fuel electrode and the oxidant electrode of the solid oxide fuel cell single cell without being affected by the inductance of the cable. Accuracy can be improved.
In addition, since each cable will be pulled out from the notch of each cable outlet tube, without damaging each cable such as being sandwiched between each holder tube and a solid oxide fuel cell single cell, Each cable can be pulled out from the holding current collector with a simple configuration. Further, by arranging each cable at a predetermined position, it can be reliably separated from the other (the other cable, a solid oxide fuel cell single cell to be measured, etc.), and measurement errors can be suppressed. it can.

また請求項2に係る発明は、請求項1の固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置において、導出部は、インピーダンスの実成分と虚数成分をコール−コールプロットに示すコール−コールプロット表示部と、コール−コールプロット表示部によって示されたインピーダンスの実成分と虚数成分との関係が連続する上方に凸設された2つの半円状である場合、虚数軸に近い側の半円部分の左端が実軸と交差する値をオーミック抵抗の抵抗値として導出するオーミック抵抗値導出部と、虚数軸に近い側の半円部分が実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、燃料極の電極反応抵抗値として導出する燃料極反応抵抗値導出部と、虚数軸に遠い側の半円部分が実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、酸化剤極の電極反応抵抗値として導出する酸化剤極反応抵抗値導出部と、を備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池単セルの燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗の抵抗値を簡単かつ正確に測定することができる。
The invention according to claim 2, in the derivation device for deriving the resistance values of the solid oxide fuel cell unit according to claim 1, deriving unit, the real and imaginary components of the impedance call - the call plot When the Cole-Cole plot display section shown and the relationship between the real component and the imaginary component of the impedance indicated by the Cole-Cole plot display section are two semicircular shapes projecting upward, the imaginary axis Ohmic resistance value deriving unit that derives the value at which the left end of the semicircular part on the near side intersects the real axis as the resistance value of the ohmic resistance, and the size of the part where the semicircular part near the imaginary axis intersects the real axis A value corresponding to the size of the part where the semicircular part far from the imaginary axis intersects the real axis, Oxidizer electrode It includes an oxidant electrode reaction resistance value deriving unit that derives a response resistance value.
According to this, each electrode reaction resistance value of the fuel electrode and the oxidant electrode of the solid oxide fuel cell single cell and the resistance value of the ohmic resistance can be measured easily and accurately.

また請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2の固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置において、固体酸化物形燃料電池単セルと第1ケーブル取出管との間、第1ケーブル取出管と第1ホルダー管との間、固体酸化物形燃料電池単セルと第2ケーブル取出管との間、および、第2ケーブル取出管と第2ホルダー管との間は、ガラス材で筒状に形成されたシール管によってシールされている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a deriving device for deriving each resistance value of the solid oxide fuel cell unit cell according to the first or second aspect , wherein the solid oxide fuel cell unit cell and the first cable take-out are provided. Between the pipe, between the first cable outlet pipe and the first holder pipe, between the solid oxide fuel cell unit cell and the second cable outlet pipe, and between the second cable outlet pipe and the second holder pipe. The space is sealed by a sealing tube formed in a cylindrical shape with a glass material.

これによれば、保持集電装置に保持された固体酸化物形燃料電池単セルを測定する際には、保持集電装置は非常に高温(例えば600〜1000℃)の断熱管内に配設されているが、シール管によってシールされているため、高温環境下においても効果的にガス漏れを抑制することができる。   According to this, when measuring the solid oxide fuel cell single cell held by the holding current collector, the holding current collector is arranged in a heat insulating tube at a very high temperature (for example, 600 to 1000 ° C.). However, since it is sealed by the seal tube, gas leakage can be effectively suppressed even in a high temperature environment.

本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置を示した概要図である。It is the schematic which showed the derivation | leading-out apparatus which derives | leads-out each resistance value concerning the solid oxide fuel cell single cell by one Embodiment of this invention. 図1に示した加熱装置内に収容され保持集電装置によって保持された固体酸化物形燃料電池単セルを示す部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view showing a solid oxide fuel cell single cell housed in the heating device shown in FIG. 1 and held by a holding current collector. 図1に示した制御装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the control apparatus shown in FIG. 図1に示した導出装置の測定回路を示す図である。It is a figure which shows the measurement circuit of the derivation | leading-out apparatus shown in FIG. 交流インピーダンス測定の測定結果をコール−コールプロットした図である。It is the figure which carried out the Cole-Cole plot of the measurement result of AC impedance measurement.

以下、本発明による固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出方法および導出装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図1はその導出装置の構成を示す概要図であり、図2は加熱装置11内に収容され保持集電装置12によって保持された固体酸化物形燃料電池単セル(以下、単セルという。)20を示す部分拡大断面図である。   Hereinafter, an embodiment of a deriving method and deriving device for deriving each resistance value of a solid oxide fuel cell unit cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the derivation device, and FIG. 2 is a solid oxide fuel cell single cell (hereinafter referred to as a single cell) housed in a heating device 11 and held by a holding current collector 12. FIG.

単セル20に係る各抵抗値を導出する導出装置(以下、導出装置という)10は、加熱装置11と、加熱装置11内に配設されて単セル20を保持して電流を取り出す保持集電装置12と、単セル20のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器13と、制御装置14と、を備えている。   A deriving device (hereinafter referred to as deriving device) 10 for deriving each resistance value related to the single cell 20 includes a heating device 11 and a holding current collector that is disposed in the heating device 11 and holds the single cell 20 to extract current. An apparatus 12, an impedance measuring device 13 that measures the impedance of the single cell 20, and a control device 14 are provided.

加熱装置11は、断熱材で筒状に気密的に形成されたケーシング11a(断熱管)および熱源11bを備えている。ケーシング11aは、内部に検査対象である単セル20を入出できるような構造となっている。例えば、ケーシング11aは、縦方向に二分割され、開閉できるように構成されている。熱源11bは、電気ヒータやガスバーナなどである。   The heating device 11 includes a casing 11a (heat insulating pipe) and a heat source 11b that are formed of a heat insulating material in a cylindrical shape. The casing 11a has a structure that allows the single cell 20 to be inspected to enter and exit. For example, the casing 11a is divided into two in the vertical direction and is configured to be opened and closed. The heat source 11b is an electric heater or a gas burner.

単セル20は、図2に示すように、燃料極21、空気極22(酸化剤極)、および両極の間に介装された電解質23から構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。単セル20の燃料極21には、燃料ガスとしての水素ガスが供給される。単セル20の空気極22側には、燃焼用酸化剤ガスである空気が供給される。なお、図2では、単セル20を模式的に表わしている。測定対象は、単セル20でなく、複数のセルを積層して構成したものでもよい。   As shown in FIG. 2, the single cell 20 includes a fuel electrode 21, an air electrode 22 (oxidant electrode), and an electrolyte 23 interposed between the two electrodes. The fuel cell of the present embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen gas as fuel gas is supplied to the fuel electrode 21 of the single cell 20. Air that is an oxidizing gas for combustion is supplied to the air electrode 22 side of the single cell 20. In FIG. 2, the single cell 20 is schematically shown. The measurement object may be configured by stacking a plurality of cells instead of the single cell 20.

保持集電装置12は、図1に示すように、ケーシング11a内に配設されている。この保持集電装置12は、図2に示すように、第1および第2ホルダー管12a,12b、第1および第2ケーブル取出管12c,12d、第1〜第4シール管12e〜12h、ならびに、第1および第2電極体12i,12j、第1および第2ガス導入管12k,12lを備えている。
第1ホルダー管12aは、筒状に形成されて単セル20を燃料極21側から保持する。第2ホルダー管12bは、筒状に形成されて単セル20を空気極22側から保持する。
The holding current collector 12 is disposed in the casing 11a as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the holding current collector 12 includes first and second holder tubes 12a and 12b, first and second cable outlet tubes 12c and 12d, first to fourth seal tubes 12e to 12h, and The first and second electrode bodies 12i and 12j and the first and second gas introduction pipes 12k and 12l are provided.
The first holder tube 12a is formed in a cylindrical shape and holds the single cell 20 from the fuel electrode 21 side. The second holder tube 12b is formed in a cylindrical shape and holds the single cell 20 from the air electrode 22 side.

第1ケーブル取出管12cは、筒状に形成されるとともに第1ホルダー管12aと単セル20との間に配設されている。第1ケーブル取出管12cは、電位ケーブル13cの一方の電線13c1および電流ケーブル13dの一方の電線13d1がそれぞれ挿入される切欠部12c1,12c2を備えている。電線13c1が挿入されている切欠部12c1および電線13d1が挿入されている切欠部12c2は、耐熱のシール材(例えば耐熱ガラス)でそれぞれ充填されている。   The first cable extraction pipe 12 c is formed in a cylindrical shape and is disposed between the first holder pipe 12 a and the single cell 20. The first cable extraction pipe 12c includes notches 12c1 and 12c2 into which one electric wire 13c1 of the potential cable 13c and one electric wire 13d1 of the current cable 13d are respectively inserted. The cutout portion 12c1 into which the electric wire 13c1 is inserted and the cutout portion 12c2 into which the electric wire 13d1 is inserted are filled with a heat-resistant sealing material (for example, heat-resistant glass).

第2ケーブル取出管12dは、筒状に形成されるとともに第2ホルダー管12bと単セル20との間に配設されている。第2ケーブル取出管12dは、電位ケーブル13cの他方の電線13c2および電流ケーブル13dの他方の電線13d2がそれぞれ挿入される切欠部12d1,12d2を備えている。電線13c2が挿入されている切欠部12d1および電線13d2が挿入されている切欠部12d2は、耐熱のシール材(例えば耐熱ガラス)でそれぞれ充填されている。   The second cable extraction pipe 12 d is formed in a cylindrical shape and is disposed between the second holder pipe 12 b and the single cell 20. The second cable extraction pipe 12d includes notches 12d1 and 12d2 into which the other electric wire 13c2 of the potential cable 13c and the other electric wire 13d2 of the current cable 13d are respectively inserted. The cutout portion 12d1 into which the electric wire 13c2 is inserted and the cutout portion 12d2 into which the electric wire 13d2 is inserted are filled with a heat-resistant sealing material (for example, heat-resistant glass).

第1シール管12eは、単セル20の燃料極21と第1ケーブル取出管12cとの間に配設され、ガラス材で筒状に形成されている。単セル20の燃料極21と第1ケーブル取出管12cとの間は、第1シール管12eによってシールされている。第2シール管12fは、第1ケーブル取出管12cと第1ホルダー管12aとの間に配設され、ガラス材で筒状に形成されている。第1ケーブル取出管12cと第1ホルダー管12aとの間は、第2シール管12fによってシールされている。   The 1st seal pipe | tube 12e is arrange | positioned between the fuel electrode 21 of the single cell 20, and the 1st cable extraction pipe | tube 12c, and is formed in the cylinder shape with the glass material. A space between the fuel electrode 21 of the single cell 20 and the first cable extraction pipe 12c is sealed by a first seal pipe 12e. The second seal tube 12f is disposed between the first cable extraction tube 12c and the first holder tube 12a, and is formed of a glass material into a cylindrical shape. A space between the first cable extraction pipe 12c and the first holder pipe 12a is sealed by a second seal pipe 12f.

第3シール管12gは、単セル20の空気極22と第2ケーブル取出管12dとの間に配設され、ガラス材で筒状に形成されている。単セル20の空気極22と第2ケーブル取出管12dとの間は、第3シール管12gによってシールされている。第4シール管12hは、第2ケーブル取出管12dと第2ホルダー管12bとの間に配設され、ガラス材で筒状に形成されている。第2ケーブル取出管12dと第2ホルダー管12bとの間は、第4シール管12hによってシールされている。   The third seal tube 12g is disposed between the air electrode 22 of the single cell 20 and the second cable extraction tube 12d, and is formed of a glass material into a cylindrical shape. A space between the air electrode 22 of the single cell 20 and the second cable extraction pipe 12d is sealed by a third seal pipe 12g. The fourth seal tube 12h is disposed between the second cable extraction tube 12d and the second holder tube 12b, and is formed of a glass material into a cylindrical shape. A space between the second cable extraction pipe 12d and the second holder pipe 12b is sealed by a fourth seal pipe 12h.

第1ホルダー管12a、第1ケーブル取出管12c、ならびに第1および第2シール管12e,12fは、単セル20の燃料極21を燃料極21側から付勢手段(例えば圧縮ばね)によって付勢して保持するようになっている。また、第2ホルダー管12b、第2ケーブル取出管12d、ならびに第3および第4シール管12g,12hは、単セル20の空気極22を空気極22側から付勢手段(例えば圧縮ばね)によって付勢して保持するようになっている。   The first holder pipe 12a, the first cable outlet pipe 12c, and the first and second seal pipes 12e and 12f bias the fuel electrode 21 of the single cell 20 from the fuel electrode 21 side by biasing means (for example, a compression spring). To hold. Further, the second holder tube 12b, the second cable extraction tube 12d, and the third and fourth seal tubes 12g and 12h are configured to bias the air electrode 22 of the single cell 20 from the air electrode 22 side by means of urging means (for example, a compression spring). Energize and hold.

なお、第1ホルダー管12a、第1ケーブル取出管12c、ならびに第1および第2シール管12e,12fは、同一内径となるように構成されるとともに同軸に配設されるのが好ましい。また、これら管は、単セル20の燃料極21の外径(外枠)より小さく設定されるのが好ましい。第2ホルダー管12b、第2ケーブル取出管12d、ならびに第3および第4シール管12g,12hは、同一内径となるように構成されるとともに同軸に配設されるのが好ましい。また、これら管は、単セル20の空気極22の外径(外枠)より小さく設定されるのが好ましい。また、第1ホルダー管12a側の管と第2ホルダー管12b側の管とを同一内径とするのが好ましい。   The first holder tube 12a, the first cable outlet tube 12c, and the first and second seal tubes 12e and 12f are preferably configured to have the same inner diameter and are disposed coaxially. These tubes are preferably set smaller than the outer diameter (outer frame) of the fuel electrode 21 of the single cell 20. The second holder tube 12b, the second cable outlet tube 12d, and the third and fourth seal tubes 12g and 12h are preferably configured to have the same inner diameter and are disposed coaxially. These tubes are preferably set smaller than the outer diameter (outer frame) of the air electrode 22 of the single cell 20. Further, it is preferable that the first holder tube 12a side tube and the second holder tube 12b side tube have the same inner diameter.

第1電極体12iは、電位ケーブル13cの一方の電線13c1および電流ケーブル13dの一方の電線13d1が接続され、燃料極21に接触して電流を取り出す。第1電極体12iは、金属材(例えば白金メッシュ)でメッシュ状に構成されるのが好ましい。   The first electrode body 12i is connected to one electric wire 13c1 of the potential cable 13c and one electric wire 13d1 of the current cable 13d, and contacts the fuel electrode 21 to extract current. The first electrode body 12i is preferably configured in a mesh shape with a metal material (for example, platinum mesh).

第2電極体12jは、電位ケーブル13cの他方の電線13c2および電流ケーブル13dの他方の電線13d2が接続され、空気極22に接触して電流を取り出す。第2電極体12jも、金属材(例えば白金メッシュ)でメッシュ状に構成されるのが好ましい。   The second electrode body 12j is connected to the other electric wire 13c2 of the potential cable 13c and the other electric wire 13d2 of the current cable 13d, and contacts the air electrode 22 to extract current. The second electrode body 12j is also preferably configured in a mesh shape with a metal material (for example, platinum mesh).

第1ガス導入管12kは、第1ホルダー管12a内に配設され、筒状に形成されて燃料極21に燃料ガスを供給する。第1ガス導入管12kの一端(上端)は、第1電極体12iに当接している。第1ガス導入管12kの他端側から第1ガス導入管12k内に燃料ガスが供給され、第1電極体12iを通過して第1ガス導入管12kと第1ホルダー管12aとの間を通って燃料オフガスとして導出されるようになっている。なお、第1ガス導入管12kは、第1電極体12iの外径(外枠)より小さく設定されるのが好ましい。   The first gas introduction pipe 12k is disposed in the first holder pipe 12a, is formed in a cylindrical shape, and supplies fuel gas to the fuel electrode 21. One end (upper end) of the first gas introduction pipe 12k is in contact with the first electrode body 12i. Fuel gas is supplied into the first gas introduction pipe 12k from the other end side of the first gas introduction pipe 12k, passes through the first electrode body 12i, and between the first gas introduction pipe 12k and the first holder pipe 12a. It is derived as fuel off-gas through. The first gas introduction pipe 12k is preferably set smaller than the outer diameter (outer frame) of the first electrode body 12i.

第2ガス導入管12lは、第2ホルダー管12b内に配設され、筒状に形成されて空気極22に空気を供給する。第2ガス導入管12lの一端(下端)は、第2電極体12jに当接している。第2ガス導入管12lの他端側から第2ガス導入管12l内に空気が供給され、第2電極体12jを通過して第2ガス導入管12lと第2ホルダー管12bとの間を通って空気オフガスとして導出されるようになっている。なお、第2ガス導入管12lは、第2電極体12jの外径(外枠)より小さく設定されるのが好ましい。   The second gas introduction pipe 12 l is disposed in the second holder pipe 12 b and is formed in a cylindrical shape to supply air to the air electrode 22. One end (lower end) of the second gas introduction pipe 12l is in contact with the second electrode body 12j. Air is supplied into the second gas introduction pipe 12l from the other end side of the second gas introduction pipe 12l, passes through the second electrode body 12j, and passes between the second gas introduction pipe 12l and the second holder pipe 12b. Thus, it is derived as air off-gas. The second gas introduction pipe 121 is preferably set smaller than the outer diameter (outer frame) of the second electrode body 12j.

インピーダンス測定器13は、図1に示すように、ポテンショスタット13aと周波数応答アナライザ13bから構成されている。ポテンショスタット13aは、電圧を測定・制御するための装置であり、電流を測定・制御するための装置である。ポテンショスタット13aは、一対の電線13c1,13c2からなる電位ケーブル13cの一端が接続され、一対の電線13c1,13c2の各他端側は、それぞれ第1電極体12iおよび第2電極体12jに接続されている。一対の電線13c1,13c2は捩じられている(ツイストされている)。   As shown in FIG. 1, the impedance measuring instrument 13 includes a potentiostat 13a and a frequency response analyzer 13b. The potentiostat 13a is a device for measuring and controlling a voltage, and is a device for measuring and controlling a current. The potentiostat 13a is connected to one end of a potential cable 13c including a pair of electric wires 13c1 and 13c2, and the other end sides of the pair of electric wires 13c1 and 13c2 are connected to the first electrode body 12i and the second electrode body 12j, respectively. ing. The pair of electric wires 13c1 and 13c2 are twisted (twisted).

また、ポテンショスタット13aは、一対の電線13d1,13d2からなる電流ケーブル13dの一端が接続され、一対の電線13d1,13d2の各他端側は、それぞれ第1電極体12iおよび第2電極体12jに接続されている。一対の電線13d1,13d2は捩じられている(ツイストされている)。   The potentiostat 13a is connected to one end of a current cable 13d composed of a pair of electric wires 13d1 and 13d2, and the other end sides of the pair of electric wires 13d1 and 13d2 are connected to the first electrode body 12i and the second electrode body 12j, respectively. It is connected. The pair of electric wires 13d1, 13d2 are twisted (twisted).

周波数応答アナライザ13bは、交流信号をポテンショスタット13aを介して単セル20に印加し、ポテンショスタット13aより出力された電圧・電流信号から交流インピーダンスを算出(計測)する。   The frequency response analyzer 13b applies an AC signal to the single cell 20 via the potentiostat 13a, and calculates (measures) the AC impedance from the voltage / current signal output from the potentiostat 13a.

ポテンショスタット13aおよび周波数応答アナライザ13bは、制御装置14に接続されており、制御装置14によって制御されている。制御装置14は、図3に示すように、インピーダンス測定器13によって計測されたインピーダンスの実成分と虚数成分とから単セル20の燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗R1の抵抗値を導出する導出部14aを備えている。オーミック抵抗R1は、主として燃料電池の膜抵抗や電解質による純抵抗である。   The potentiostat 13 a and the frequency response analyzer 13 b are connected to the control device 14 and controlled by the control device 14. As shown in FIG. 3, the control device 14 determines each electrode reaction resistance value of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the single cell 20 and the ohmic resistance R1 from the real component and the imaginary component of the impedance measured by the impedance measuring device 13. The derivation | leading-out part 14a which derives | leads-out the resistance value of is provided. The ohmic resistance R1 is mainly a pure resistance due to a membrane resistance of the fuel cell or an electrolyte.

導出部14aは、インピーダンスの実成分と虚数成分をコール−コールプロットに示すコール−コールプロット表示部14bと、コール−コールプロット表示部14bによって示されたインピーダンスの実成分と虚数成分との関係が連続する上方に凸設された2つの半円状である場合、虚数軸に近い側の半円部分の左端が実軸と交差する値をオーミック抵抗R1の抵抗値として導出するオーミック抵抗値導出部14cと、虚数軸に近い側の半円部分が実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、燃料極21の電極反応抵抗値として導出する燃料極反応抵抗値導出部14dと、虚数軸に遠い側の半円部分が実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、空気極22の電極反応抵抗値として導出する酸化剤極反応抵抗値導出部14eと、を備えている。   The derivation unit 14a has a Cole-Cole plot display unit 14b that shows a real component and an imaginary component of impedance in a Cole-Cole plot, and a relationship between the real component of the impedance and the imaginary component shown by the Cole-Cole plot display unit 14b. In the case of two semicircular shapes projecting upward, an ohmic resistance value deriving unit for deriving a value at which the left end of the semicircular portion near the imaginary axis intersects the real axis as the resistance value of the ohmic resistance R1 14c, a fuel electrode reaction resistance value deriving unit 14d for deriving a value corresponding to the size of a portion where the semicircle portion closer to the imaginary axis intersects the real axis as an electrode reaction resistance value of the fuel electrode 21, and an imaginary number An oxidant electrode reaction resistance value deriving unit 14e for deriving a value corresponding to the size of the portion where the semicircular portion far from the axis intersects the real axis as the electrode reaction resistance value of the air electrode 22; There.

単セル20の燃料極21、空気極22およびオーミック抵抗R1の各抵抗値を測定するため、交流インピーダンス測定が行われている。この交流インピーダンス測定は、一定の電圧下で周波数を変化させて電流を測定し、その測定結果からインピーダンスを算出するものである。   In order to measure each resistance value of the fuel electrode 21, the air electrode 22, and the ohmic resistance R1 of the single cell 20, AC impedance measurement is performed. In this AC impedance measurement, the current is measured by changing the frequency under a constant voltage, and the impedance is calculated from the measurement result.

測定回路は、図4に示すように、電流ケーブル13dのインダクタンスL、オーミック抵抗R1、燃料極21の抵抗成分R2とコンデンサ成分C2、および空気極22の抵抗成分R3とコンデンサ成分C3が直列に接続されている。燃料極21の抵抗成分R2とコンデンサ成分C2は並列に接続され、空気極22の抵抗成分R3とコンデンサ成分C3は並列に接続されている。   As shown in FIG. 4, in the measurement circuit, the inductance L of the current cable 13d, the ohmic resistance R1, the resistance component R2 and the capacitor component C2 of the fuel electrode 21, and the resistance component R3 and the capacitor component C3 of the air electrode 22 are connected in series. Has been. The resistance component R2 and the capacitor component C2 of the fuel electrode 21 are connected in parallel, and the resistance component R3 and the capacitor component C3 of the air electrode 22 are connected in parallel.

本実施形態では、電流ケーブル13dの一対の電線13d1,13d2はツイストされているので、電流ケーブル13dのインダクタンスLはほとんど0である。したがって、測定回路は、実質的に、オーミック抵抗R1、燃料極21の抵抗成分R2とコンデンサ成分C2、および空気極22の抵抗成分R3とコンデンサ成分C3が直列に接続されていることになる。   In this embodiment, since the pair of electric wires 13d1, 13d2 of the current cable 13d is twisted, the inductance L of the current cable 13d is almost zero. Therefore, in the measurement circuit, the ohmic resistance R1, the resistance component R2 and the capacitor component C2 of the fuel electrode 21, and the resistance component R3 and the capacitor component C3 of the air electrode 22 are connected in series.

次に、交流インピーダンス測定結果について図5を参照して説明する。測定条件は、燃料電池の発電温度は700℃であり(発電温度はこれに限定されない)、酸化剤ガスは空気であり、燃料ガスは3vol%水素ガスあるいはメタン改質ガスであり、交流インピーダンス印加周波数は1MHz〜0.1Hzであり、交流インピーダンス振幅は10mVである。   Next, an AC impedance measurement result will be described with reference to FIG. The measurement conditions are: the power generation temperature of the fuel cell is 700 ° C. (the power generation temperature is not limited to this), the oxidant gas is air, the fuel gas is 3 vol% hydrogen gas or methane reformed gas, and AC impedance is applied. The frequency is 1 MHz to 0.1 Hz, and the AC impedance amplitude is 10 mV.

本実施形態による測定方法(電流ケーブル13dがツイストされている)に係る測定結果を実線で示し、電流ケーブル13dがツイストされていない比較例を破線で示す。   A measurement result according to the measurement method according to the present embodiment (the current cable 13d is twisted) is indicated by a solid line, and a comparative example in which the current cable 13d is not twisted is indicated by a broken line.

実施例の測定結果は、インピーダンスの実成分と虚数成分との関係が連続する上方に凸設された2つの半円部分A1,A2からなるものである。また、虚数軸に近い側の半円部分A1の左端が実軸と交差する値Rre1がオーミック抵抗R1の抵抗値として導出される(オーミック抵抗値導出部14c)。また、虚数軸に近い側の半円部分A1が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre2−Rre1)が、燃料極21の電極反応抵抗値R2として導出される(燃料極反応抵抗値導出部14d)。また、虚数軸に遠い側の半円部分A2が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre3−Rre2)が、空気極22の電極反応抵抗値R3として導出される(酸化剤極反応抵抗値導出部14e)。さらに、虚数軸に遠い側の半円部分A2が実軸と交差する値Rre3が、単セル20の全抵抗値として導出される。ただし、A1とA2の関係は限定されるものではない。   The measurement result of the example is composed of two semicircular portions A1 and A2 protruding upward in which the relationship between the real component and the imaginary component of the impedance is continuous. Further, a value Rre1 at which the left end of the semicircular portion A1 closer to the imaginary axis intersects the real axis is derived as the resistance value of the ohmic resistor R1 (ohmic resistance value deriving unit 14c). Further, a value (= Rre2-Rre1) corresponding to the size of the portion where the semicircular portion A1 closer to the imaginary axis intersects the real axis is derived as the electrode reaction resistance value R2 of the fuel electrode 21 (fuel electrode). Reaction resistance value deriving unit 14d). Further, a value (= Rre3-Rre2) corresponding to the size of the portion where the semicircle portion A2 far from the imaginary axis intersects the real axis is derived as the electrode reaction resistance value R3 of the air electrode 22 (oxidant). Polar reaction resistance deriving unit 14e). Further, a value Rre3 at which the semicircular portion A2 far from the imaginary axis intersects the real axis is derived as the total resistance value of the single cell 20. However, the relationship between A1 and A2 is not limited.

虚数軸に近い側の半円部分A1が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre2−Rre1)が、燃料極21の電極反応抵抗値R2であり、虚数軸に遠い側の半円部分A2が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre3−Rre2)が、空気極22の電極反応抵抗値R3であることを、本願発明者は実験により知得した。   A value (= Rre2−Rre1) corresponding to the size of the portion where the semicircular portion A1 closer to the imaginary axis intersects the real axis is the electrode reaction resistance value R2 of the fuel electrode 21 and is closer to the imaginary axis. The inventor of the present application has found through experiments that the value (= Rre3-Rre2) corresponding to the size of the portion where the semicircular portion A2 intersects the real axis is the electrode reaction resistance value R3 of the air electrode 22.

これに対して、比較例の測定結果(破線)は、1つの半円部分A3であり、その半円部分A3の左端が実軸と交差する値Rre4がオーミック抵抗R1の抵抗値R1aとして導出されることになる。抵抗値Rre4は、電流ケーブル13dのインダクタンスL分が含まれているため、オーミック抵抗R1の抵抗値は、実際のオーミック抵抗R1の抵抗値より大きい抵抗値R1aとなる。このようにインダクタンスL分が0でなく比較的大きくなるのは、電流ケーブル13dがツイストされていないので電圧と電流の位相角ずれが生じて真値から乖離するためである。また、比較例では現れる半円部分は1つだけである。これも、電流ケーブル13dのインダクタンスLの影響を受けているからである。   On the other hand, the measurement result (broken line) of the comparative example is one semicircle portion A3, and the value Rre4 at which the left end of the semicircle portion A3 intersects the real axis is derived as the resistance value R1a of the ohmic resistor R1. Will be. Since the resistance value Rre4 includes the inductance L of the current cable 13d, the resistance value of the ohmic resistor R1 becomes a resistance value R1a that is larger than the actual resistance value of the ohmic resistor R1. The reason why the inductance L is relatively large instead of 0 is that the current cable 13d is not twisted, so that the phase angle deviation between the voltage and current occurs and deviates from the true value. In the comparative example, only one semicircle portion appears. This is also because it is affected by the inductance L of the current cable 13d.

本実施形態によれば、単セル20に係る各抵抗値を導出する導出方法は、単セル20を保持して電流を取り出す保持集電装置12によって保持された単セル20に、それぞれ一対の電線13c1,13c2、13d1,13d2がツイストされた電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dを介して接続されたインピーダンス測定器13によって計測されたインピーダンスの実成分と虚数成分とから単セル20の燃料極21および空気極22(酸化剤極)の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗(例えばオーミック抵抗R1)の抵抗値を導出する。   According to the present embodiment, the derivation method for deriving each resistance value related to the single cell 20 includes a pair of electric wires in the single cell 20 held by the holding current collector 12 that holds the single cell 20 and extracts current. The fuel electrode 21 and air of the single cell 20 from the real component and the imaginary component of the impedance measured by the impedance measuring instrument 13 connected via the potential cable 13c and the current cable 13d twisted by 13c1, 13c2, 13d1, 13d2 The electrode reaction resistance value of the electrode 22 (oxidant electrode) and the resistance value of the ohmic resistance (for example, the ohmic resistance R1) are derived.

これによれば、電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dはツイストさせているため、これらのケーブルのインダクタンスを小さく抑制することができる。したがって、ケーブルのインダクタンスの影響を受けることなく、単セル20のオーミック抵抗R1の抵抗値ならびに燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値を正確に測定することができ、すなわち単セル20の各抵抗値について分離測定精度を向上させることができる。   According to this, since the potential cable 13c and the current cable 13d are twisted, the inductance of these cables can be suppressed small. Accordingly, the resistance value of the ohmic resistance R1 of the single cell 20 and the electrode reaction resistance values of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 can be accurately measured without being affected by the inductance of the cable. The separation measurement accuracy can be improved for each resistance value.

また本実施形態に係る単セル20に係る各抵抗値を導出する導出方法において、インピーダンスの実成分と虚数成分は、コール−コールプロットに示され、コール−コールプロットに示されたインピーダンスの実成分と虚数成分は、連続する上方に突出した2つの半円状A1,A2であり、たとえば、図4に示す等価回路によって次のように定義することができる。オーミック抵抗R1の抵抗値は、虚数軸に近い側の半円部分A1の左端が実軸と交差する値Rre1であり、燃料極21の電極反応抵抗値R2は、虚数軸に近い側の半円部分A1が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre2−Rre1)であり、空気極22の電極反応抵抗値R3は、虚数軸に遠い側の半円部分A2が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre3−Rre2)である。なお、燃料極と酸化剤極の電極反応抵抗値に関する円弧は燃料電池単セル構成によって半円の定義が入れ替わることもある。
これによれば、単セル20の燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗R1の抵抗値を簡単かつ正確に測定することができる。
In the derivation method for deriving each resistance value related to the single cell 20 according to the present embodiment, the real component and the imaginary component of the impedance are shown in the Cole-Cole plot, and the real component of the impedance shown in the Cole-Cole plot is shown. And the imaginary component are two semicircular shapes A1 and A2 projecting upward in succession, and can be defined as follows, for example, by an equivalent circuit shown in FIG. The resistance value of the ohmic resistor R1 is a value Rre1 at which the left end of the semicircle portion A1 on the side close to the imaginary axis intersects the real axis, and the electrode reaction resistance value R2 of the fuel electrode 21 is a semicircle on the side close to the imaginary axis. The portion A1 is a value corresponding to the size of the portion that intersects the real axis (= Rre2-Rre1), and the electrode reaction resistance value R3 of the air electrode 22 is the semicircular portion A2 far from the imaginary axis. It is a value (= Rre3-Rre2) corresponding to the size of the intersecting portion. In addition, the circular arc regarding the electrode reaction resistance value of a fuel electrode and an oxidizer electrode may change the definition of a semicircle with the fuel cell single cell structure.
According to this, it is possible to easily and accurately measure the electrode reaction resistance values of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the single cell 20 and the resistance value of the ohmic resistance R1.

また本実施形態に係る単セル20に係る各抵抗値を導出する導出装置は、単セル20を保持して電流を取り出す保持集電装置12によって保持された単セル20に、それぞれ一対の電線13c1,13c2、13d1,13d2がツイストされた電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dを介して接続されたインピーダンス測定器13と、インピーダンス測定器13によって計測されたインピーダンスの実成分と虚数成分とから単セル20の燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗の抵抗値を導出する導出部14aと、を備えている。   The deriving device for deriving each resistance value related to the single cell 20 according to the present embodiment has a pair of electric wires 13c1 in the single cell 20 held by the holding current collector 12 that holds the single cell 20 and extracts current. , 13c2, 13d1, 13d2 of the single cell 20 from the impedance measuring device 13 connected via the twisted potential cable 13c and the current cable 13d, and the real and imaginary components of the impedance measured by the impedance measuring device 13. And a derivation unit 14a for deriving each electrode reaction resistance value of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 and a resistance value of ohmic resistance.

これによれば、電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dはツイストさせているため、これらのケーブルのインダクタンスを小さく抑制することができる。したがって、ケーブルのインダクタンスの影響を受けることなく、単セル20の燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗R1の抵抗値を正確に測定することができ、すなわち測定精度を向上させることができる。   According to this, since the potential cable 13c and the current cable 13d are twisted, the inductance of these cables can be suppressed small. Therefore, each electrode reaction resistance value of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the single cell 20 and the resistance value of the ohmic resistance R1 can be accurately measured without being affected by the inductance of the cable, that is, the measurement accuracy is improved. Can be made.

また本実施形態に係る単セル20に係る各抵抗値を導出する導出装置において、導出部14aは、インピーダンスの実成分と虚数成分をコール−コールプロットに示すコール−コールプロット表示部14bと、コール−コールプロット表示部14bによって示されたインピーダンスの実成分と虚数成分との関係が連続する上方に凸設された2つの半円状A1,A2である場合、虚数軸に近い側の半円部分A1の左端が実軸と交差する値Rre1をオーミック抵抗R1の抵抗値として導出するオーミック抵抗値導出部14cと、虚数軸に近い側の半円部分A1が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre2−Rre1)を、燃料極21の電極反応抵抗値R2として導出する燃料極反応抵抗値導出部14dと、虚数軸に遠い側の半円部分A2が実軸と交差する部分の大きさに相当する値(=Rre3−Rre2)を、空気極22の電極反応抵抗値R3として導出する酸化剤極反応抵抗値導出部14eと、を備えている。
これによれば、単セル20の燃料極21および空気極22の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗R1の抵抗値を簡単かつ正確に測定することができる。
In the derivation device for deriving each resistance value related to the single cell 20 according to the present embodiment, the derivation unit 14a includes a call-call plot display unit 14b that displays a real component and an imaginary component of impedance in a Cole-Cole plot, When the relationship between the real component and the imaginary component of the impedance indicated by the Cole plot display unit 14b is two semicircular shapes A1 and A2 that are continuously projected upward, the semicircular portion closer to the imaginary axis The ohmic resistance value deriving portion 14c for deriving the value Rre1 at which the left end of A1 intersects the real axis as the resistance value of the ohmic resistance R1, and the size of the portion where the semicircular portion A1 closer to the imaginary axis intersects the real axis A fuel electrode reaction resistance value deriving unit 14d for deriving a corresponding value (= Rre2-Rre1) as an electrode reaction resistance value R2 of the fuel electrode 21, and a semicircular portion on the side far from the imaginary axis An oxidant electrode reaction resistance value deriving unit 14e for deriving a value (= Rre3-Rre2) corresponding to the size of the portion where A2 intersects the real axis as the electrode reaction resistance value R3 of the air electrode 22. .
According to this, it is possible to easily and accurately measure the electrode reaction resistance values of the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the single cell 20 and the resistance value of the ohmic resistance R1.

また本実施形態に係る単セル20に係る各抵抗値を導出する導出装置において、保持集電装置12は、断熱材で筒状に気密的に形成されたケーシング11a(断熱管)内に配設され、かつ、筒状に形成されて単セル20を燃料極21側から保持する第1ホルダー管12aと、筒状に形成されて単セル20を空気極22側から保持する第2ホルダー管12bと、電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dの一方の各電線13c1,13d1が接続され、燃料極21に接触する第1電極体12iと、電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dの他方の各電線13c2,13d2が接続され、空気極22に接触する第2電極体12jと、第1ホルダー管12a内に配設され、筒状に形成されて燃料極21に燃料ガスを供給する第1ガス導入管12kと、第2ホルダー管12b内に配設され、筒状に形成されて空気極22に酸化剤ガスを供給する第2ガス導入管12lと、第1ホルダー管12aと単セル20との間に配設され、筒状に形成されるとともに電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dの一方の電線13c1,13d1がそれぞれ挿入される切欠部12c1,12c2を備えた第1ケーブル取出管12cと、第2ホルダー管12bと単セル20との間に配設され、筒状に形成されるとともに電位ケーブル13cおよび電流ケーブル13dの他方の電線13c2,13d2がそれぞれ挿入される切欠部12d1,12d2を備えた第2ケーブル取出管12dと、を備えている。   In the derivation device for deriving each resistance value related to the single cell 20 according to the present embodiment, the holding current collector 12 is disposed in a casing 11a (heat insulation pipe) that is formed of a heat insulating material in a cylindrical shape. The first holder tube 12a is formed in a cylindrical shape and holds the single cell 20 from the fuel electrode 21 side, and the second holder tube 12b is formed in a cylindrical shape and holds the single cell 20 from the air electrode 22 side. The electric wires 13c1 and 13d1 on one side of the potential cable 13c and the current cable 13d are connected, and the first electrode body 12i that contacts the fuel electrode 21 and the other electric wires 13c2 and 13d2 on the other side of the potential cable 13c and the current cable 13d are connected. A second electrode body 12j that is connected and is in contact with the air electrode 22, and a first gas introduction that is disposed in the first holder tube 12a and that is formed in a cylindrical shape and supplies fuel gas to the fuel electrode 21. 12k, a second gas introduction pipe 12l which is disposed in the second holder pipe 12b, is formed in a cylindrical shape and supplies an oxidant gas to the air electrode 22, and a gap between the first holder pipe 12a and the single cell 20. A first cable outlet pipe 12c having a notch 12c1, 12c2 into which one of the electric wires 13c1, 13d1 of the potential cable 13c and the current cable 13d is inserted, and a second holder. A second portion that is disposed between the tube 12b and the single cell 20 and has a cutout portion 12d1 and 12d2 into which the other electric wires 13c2 and 13d2 of the potential cable 13c and the current cable 13d are inserted, respectively. A cable outlet pipe 12d.

これによれば、各ケーブル13c,13dは各ケーブル取出管12c,12dの切欠部12c1,12c2、12d1,12d2から外部に引き出すこととなるため、各ホルダー管12a,12bと単セル20との間に挟まれるなどして各ケーブルを損傷させることなく、保持集電装置12から各ケーブル13c,13dを簡単な構成で引き出すことができる。また、各ケーブル13c,13dを所定位置に配設させることにより他のもの(他方のケーブル、測定対象である燃料電池など)から確実に離すことができ、測定誤差を抑制することができる。   According to this, since each cable 13c, 13d will be pulled out from notch part 12c1, 12c2, 12d1, 12d2 of each cable extraction pipe | tube 12c, 12d, between each holder pipe | tube 12a, 12b and the single cell 20 The cables 13c and 13d can be pulled out from the holding current collector 12 with a simple configuration without being damaged by being caught between the cables. Further, by disposing each cable 13c, 13d at a predetermined position, it can be surely separated from the other (the other cable, the fuel cell to be measured, etc.), and measurement errors can be suppressed.

また本実施形態に係る単セル20に係る各抵抗値を導出する導出装置において、単セル20と第1ケーブル取出管12cとの間、第1ケーブル取出管12cと第1ホルダー管12aとの間、単セル20と第2ケーブル取出管12dとの間、および、第2ケーブル取出管12dと第2ホルダー管12bとの間は、ガラス材や耐熱高剛性のプラスチック材で筒状に形成された各シール管12e〜12hによってそれぞれシールされている。   In the derivation device for deriving each resistance value related to the single cell 20 according to this embodiment, between the single cell 20 and the first cable extraction pipe 12c, between the first cable extraction pipe 12c and the first holder pipe 12a. The space between the single cell 20 and the second cable outlet pipe 12d and the gap between the second cable outlet pipe 12d and the second holder pipe 12b are formed in a cylindrical shape with a glass material or a heat-resistant and highly rigid plastic material. Each seal tube 12e-12h is sealed.

これによれば、保持集電装置12に保持された単セル20を測定する際には、保持集電装置12は非常に高温(例えば600〜1000℃)のケーシング11a(断熱管)内に配設されているが、各シール管12e〜12hによってシールされているため、高温環境下においても効果的にガス漏れを抑制することができる。   According to this, when measuring the single cell 20 held by the holding current collector 12, the holding current collector 12 is arranged in a casing 11 a (insulated pipe) at a very high temperature (for example, 600 to 1000 ° C.). Although it is provided, since it is sealed by the seal pipes 12e to 12h, gas leakage can be effectively suppressed even in a high temperature environment.

10…導出装置、11…加熱装置、11a…ケーシング(断熱管)、11b…熱源、12…保持集電装置、12a,12b…第1および第2ホルダー管、12c,12d…第1および第2ケーブル取出管、12c1,12c2,12d1,12d2…切欠部、12e〜12h…シール管、12i,12j…第1および第2電極体、12k,12l…第1および第2ガス導入管、13…インピーダンス測定器、13a…ポテンショスタット、13b…周波数応答アナライザ、13c…電位ケーブル、13c1,13c2…一対の電線、13d…電流ケーブル、13d1,13d2…一対の電線、14…制御装置、14a…導出部、14b…コール−コールプロット表示部、14c…オーミック抵抗値導出部、14d…燃料極反応抵抗値導出部、14e…酸化剤極反応抵抗値導出部、20…単セル(固体酸化物形燃料電池単セル)、21…燃料極、22…空気極、23…電解質、A1,A2…半円部分、A3…半円部分、C2,C3…コンデンサ成分、L…インダクタンス、R1…抵抗、R2,R3…抵抗成分。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Deriving device, 11 ... Heating device, 11a ... Casing (insulation tube), 11b ... Heat source, 12 ... Holding current collecting device, 12a, 12b ... First and second holder tubes, 12c, 12d ... First and second Cable outlet pipes, 12c1, 12c2, 12d1, 12d2 ... notches, 12e-12h ... seal pipes, 12i, 12j ... first and second electrode bodies, 12k, 12l ... first and second gas introduction pipes, 13 ... impedance Measuring instrument, 13a ... Potentiostat, 13b ... Frequency response analyzer, 13c ... Potential cable, 13c1, 13c2 ... Pair of wires, 13d ... Current cable, 13d1, 13d2 ... Pair of wires, 14 ... Control device, 14a ... Deriving unit, 14b: Cole-Cole plot display section, 14c: Ohmic resistance value deriving section, 14d: Fuel electrode reaction resistance deriving section, 4e ... oxidant electrode reaction resistance value deriving part, 20 ... single cell (solid oxide fuel cell single cell), 21 ... fuel electrode, 22 ... air electrode, 23 ... electrolyte, A1, A2 ... semicircular part, A3 ... Semicircular part, C2, C3 ... capacitor component, L ... inductance, R1 ... resistance, R2, R3 ... resistance component.

Claims (3)

固体酸化物形燃料電池単セルを保持して電流を取り出す保持集電装置によって保持された前記固体酸化物形燃料電池単セルに、それぞれ一対の電線がツイストされた電位ケーブルおよび電流ケーブルを介して接続されたインピーダンス測定器と、
前記インピーダンス測定器によって計測されたインピーダンスの実成分と虚数成分とから前記固体酸化物形燃料電池単セルの燃料極および酸化剤極の各電極反応抵抗値ならびにオーミック抵抗の抵抗値を導出する導出部と、を備え
前記保持集電装置は、
断熱材で筒状に気密的に形成された断熱管内に配設され、かつ、
筒状に形成されて前記固体酸化物形燃料電池単セルを燃料極側から保持する第1ホルダー管と、
筒状に形成されて前記固体酸化物形燃料電池単セルを酸化剤極側から保持する第2ホルダー管と、
前記電位ケーブルおよび電流ケーブルの一方の前記電線が接続され、前記燃料極に接触する第1電極体と、
前記電位ケーブルおよび電流ケーブルの他方の前記電線が接続され、前記酸化剤極に接触する第2電極体と、
前記第1ホルダー管内に配設され、筒状に形成されて前記燃料極に燃料ガスを供給する第1ガス導入管と、
前記第2ホルダー管内に配設され、筒状に形成されて前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する第2ガス導入管と、
前記第1ホルダー管と前記固体酸化物形燃料電池単セルとの間に配設され、筒状に形成されるとともに前記電位ケーブルおよび電流ケーブルの一方の前記電線が挿入される切欠部を備えた第1ケーブル取出管と、
前記第2ホルダー管と前記固体酸化物形燃料電池単セルとの間に配設され、筒状に形成されるとともに前記電位ケーブルおよび電流ケーブルの他方の前記電線が挿入される切欠部を備えた第2ケーブル取出管と、
を備えた固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置。
A solid oxide fuel cell single cell held by a holding current collector for holding a solid oxide fuel cell single cell and taking out an electric current, via a potential cable and a current cable each twisted with a pair of wires A connected impedance measuring instrument;
A derivation unit for deriving the electrode reaction resistance value and the ohmic resistance value of the fuel electrode and the oxidant electrode of the solid oxide fuel cell single cell from the real component and the imaginary component of the impedance measured by the impedance measuring device and, with a,
The holding current collector is
It is arranged in a heat insulating tube formed in a cylindrical shape with a heat insulating material, and
A first holder tube which is formed in a cylindrical shape and holds the solid oxide fuel cell single cell from the fuel electrode side;
A second holder tube formed in a cylindrical shape to hold the solid oxide fuel cell single cell from the oxidant electrode side;
A first electrode body connected to one of the electric potential cable and the current cable and contacting the fuel electrode;
A second electrode body connected to the other electric wire of the potential cable and the current cable and in contact with the oxidant electrode;
A first gas introduction pipe disposed in the first holder pipe and formed in a cylindrical shape to supply fuel gas to the fuel electrode;
A second gas introduction pipe disposed in the second holder pipe and formed in a cylindrical shape to supply an oxidant gas to the oxidant electrode;
The first holder tube is disposed between the solid oxide fuel cell unit cell, and is formed in a cylindrical shape and includes a cutout portion into which one of the electric wires of the potential cable and the current cable is inserted. A first cable outlet pipe;
A notch is provided between the second holder tube and the solid oxide fuel cell single cell, and is formed in a cylindrical shape and into which the other electric wire of the potential cable and the current cable is inserted. A second cable outlet pipe;
The derivation | leading-out apparatus which derives | leads-out each resistance value which concerns on the solid oxide fuel cell single cell provided with .
前記導出部は、
前記インピーダンスの実成分と虚数成分をコール−コールプロットに示すコール−コールプロット表示部と、
前記コール−コールプロット表示部によって示された前記インピーダンスの実成分と虚数成分との関係が連続する上方に凸設された2つの半円状である場合、虚数軸に近い側の半円部分の左端が実軸と交差する値を前記オーミック抵抗の抵抗値として導出するオーミック抵抗値導出部と、
前記虚数軸に近い側の前記半円部分が実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、前記燃料極の電極反応抵抗値として導出する燃料極反応抵抗値導出部と、
前記虚数軸に遠い側の前記半円部分が前記実軸と交差する部分の大きさに相当する値を、前記酸化剤極の電極反応抵抗値として導出する酸化剤極反応抵抗値導出部と、を備えた請求項1記載の固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置。
The derivation unit includes:
A Cole-Cole plot display section showing a real component and an imaginary component of the impedance in a Cole-Cole plot;
When the relationship between the real component and the imaginary component of the impedance indicated by the Cole-Cole plot display unit is two semicircular shapes projecting upward, the semicircular portion closer to the imaginary axis An ohmic resistance value deriving unit for deriving a value at which the left end intersects the real axis as a resistance value of the ohmic resistance;
A fuel electrode reaction resistance value deriving unit for deriving a value corresponding to the size of the portion where the semicircular portion near the imaginary axis intersects the real axis as an electrode reaction resistance value of the fuel electrode;
An oxidant electrode reaction resistance value deriving unit for deriving a value corresponding to the size of the part where the semicircular part far from the imaginary axis intersects the real axis as an electrode reaction resistance value of the oxidant electrode; A derivation device for deriving each resistance value according to the solid oxide fuel cell single cell according to claim 1 .
前記固体酸化物形燃料電池単セルと前記第1ケーブル取出管との間、前記第1ケーブル取出管と前記第1ホルダー管との間、前記固体酸化物形燃料電池単セルと前記第2ケーブル取出管との間、および、前記第2ケーブル取出管と前記第2ホルダー管との間は、ガラス材で筒状に形成されたシール管によってシールされている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池単セルに係る各抵抗値を導出する導出装置。 Between the solid oxide fuel cell unit cell and the first cable outlet tube, between the first cable outlet tube and the first holder tube, the solid oxide fuel cell unit cell and the second cable. between the take-out tube, and, between the second holder pipe and the second cable take-out tube is a glass material cylindrical shape formed seal according to claim 1 or claim 2, wherein is sealed by tube A derivation device for deriving each resistance value of a solid oxide fuel cell single cell.
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