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
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
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.
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
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
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
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
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
The
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
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
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 |
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
According to this, it is possible to easily and accurately measure the electrode reaction resistance values of the
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
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
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
According to this, it is possible to easily and accurately measure the electrode reaction resistance values of the
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
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
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
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
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
Claims (3)
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 .
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