JP6351360B2 - Inspection device and inspection method for solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池の検査装置、及び検査方法に関する。   The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for a solid oxide fuel cell.

固体酸化物形燃料電池は、空気中の酸素、及び都市ガスから作った水素や一酸化炭素を使用して発電するものであり、例えば、特許文献1から知られているように、複数の単セルをインターコネクタを介して電気的に接続するとともに、さらにその下部にマニホールドを備えたセル構造体を備えて構成されている。この単セルは、燃料極と固体電解質と酸素極とが支持体により支持されたものである。マニホールドからセルに燃料ガスが、別途、酸素含有ガスがセルに供給される。セル構造体を構成する構成部材としては、先に示したように、単セルを構成する構成部材、インターコネクタ、マニホールド等が挙げられるが、これらの構成部材は、組み立て工程における高熱での焼成によって接合される。
例えば、特許文献2に開示されているように、耐熱性金属からなるマニホールド体とセルとの間はガラスセラミックスでガスシールされており、その製造品質を向上させるために、形状的かつ材料的な工夫が提案されている。しかしながら、その製造過程において数百℃を超える高温に晒されたのち室温(常温)に戻されるので、固体酸化物形燃料電池の内部に残留応力が生じることは避けられず、この残留応力が解放される際にクラックが生じる。固体酸化物形燃料電池は駆動時には800℃の高温となり、駆動停止時には室温に戻される。つまり、実際にこの固体酸化物形燃料電池が使用され始めると、高温と室温との間の温度変化が繰り返し作用することになり、製造品質の良くない固体酸化物形燃料電池では、継時的に予期しない量のクラックが発生し、ガスリーク量が増大していくという問題が生じる。
A solid oxide fuel cell generates electricity using oxygen in the air and hydrogen or carbon monoxide made from city gas. For example, as known from Patent Document 1, a plurality of single oxide fuel cells are used. The cell is electrically connected via an interconnector, and further includes a cell structure having a manifold at a lower portion thereof. In this single cell, a fuel electrode, a solid electrolyte, and an oxygen electrode are supported by a support. Fuel gas is supplied from the manifold to the cell, and oxygen-containing gas is separately supplied to the cell. As shown above, the structural members constituting the cell structure include structural members, interconnectors, manifolds, etc., which constitute a single cell. These structural members are obtained by firing at high heat in the assembly process. Be joined.
For example, as disclosed in Patent Document 2, the space between the manifold body made of a heat-resistant metal and the cell is gas-sealed with glass ceramics, and in order to improve the manufacturing quality, the shape and material Ingenuity has been proposed. However, since it is returned to room temperature (room temperature) after being exposed to a high temperature exceeding several hundred degrees Celsius during its manufacturing process, it is inevitable that residual stress is generated inside the solid oxide fuel cell, and this residual stress is released. Cracks occur when The solid oxide fuel cell has a high temperature of 800 ° C. when driven, and is returned to room temperature when the driving is stopped. In other words, when this solid oxide fuel cell actually starts to be used, the temperature change between high temperature and room temperature will repeatedly act. In a solid oxide fuel cell with poor production quality, This causes a problem that an unexpected amount of cracks occurs and the amount of gas leakage increases.

特開2004−234970号公報JP 2004-234970 A 特開2013−182679号公報JP 2013-182679 A

上記実情に鑑み、固体酸化物形燃料電池の製造時に、その製造品質を評価できる検査技術が要求されている。   In view of the above circumstances, an inspection technique capable of evaluating the manufacturing quality of a solid oxide fuel cell is required.

本発明による固体酸化物形燃料電池のための検査装置の第一の特徴構成は、
前記固体酸化物形燃料電池に装着されるAEセンサと、
前記固体酸化物燃料電池に温度負荷が与えられている状況下で、前記AEセンサからの信号を取得するAE信号取得部と、
前記AE信号から前記固体酸化物形燃料電池におけるクラック発生を評価するAE評価部と、を備え
前記温度負荷は、
前記固体酸化物形燃料電池の製造時における高温から室温への降温による第1温度変化を含み、
前記第1温度変化による温度負荷が与えられている状況下で、前記AE信号取得部は、前記AEセンサからの信号を取得し、前記AE評価部は前記クラック発生を評価することにある。
The first characteristic configuration of the inspection apparatus for a solid oxide fuel cell according to the present invention is:
An AE sensor mounted on the solid oxide fuel cell;
Under conditions that the temperature load is applied to the solid oxide fuel cell, and the AE signal acquisition unit that acquires a signal from the AE sensor,
An AE evaluation unit that evaluates crack generation in the solid oxide fuel cell from the AE signal ,
The temperature load is
Including a first temperature change due to a temperature drop from a high temperature to a room temperature during manufacture of the solid oxide fuel cell;
The AE signal acquisition unit acquires a signal from the AE sensor and the AE evaluation unit evaluates the occurrence of the crack under a situation where a temperature load due to the first temperature change is given .

高温での製造工程によって製造される固体酸化物形燃料電池では、室温(常温)への降温時にうける温度変化(温度負荷)によって組織ひずみが生じ、微小なクラックが発生する。また、そのひずみが応力を作り出し、残留応力として製品に残る。このため、強制的に製品に対して温度変化を与えることで、クラックが発生する。本発明では、このような温度変化によって固体酸化物型燃料にクラックが発生する時に放たれる衝撃波であるAE(アコースティックエミッション)波をAEセンサによって検出する。検出に際しては、固体酸化物型燃料の構成部材を通じて伝播してきたAE波を受信するため、その伝播経路の適切な箇所に当該AE波を受信するAEセンサが装着される。AEセンサによって検出され、電気信号化されたAE信号は、AE評価部において、当該固体酸化物型燃料におけるクラックの発生量の評価に用いられる。クラックの発生量(以下単にクラック量と称する)は、固体酸化物型燃料の内部を流通しているガスの漏れ量、つまりガスリーク量に関係するので、このAE信号を評価することによって、ガスリーク量を推定することができる。このため、実際に製品にガスを流して行われる、手間のかかるガスリーク検査を省略するか、またはより問題があると見なされた製品に対してのみ、そのようなガスリーク検査を受けさせるようにすることができる。   In a solid oxide fuel cell manufactured by a manufacturing process at a high temperature, a tissue strain is generated due to a temperature change (temperature load) when the temperature is lowered to room temperature (normal temperature), and micro cracks are generated. In addition, the strain creates stress and remains in the product as residual stress. For this reason, cracks are generated by forcibly giving a temperature change to the product. In the present invention, an AE sensor detects an AE (acoustic emission) wave that is a shock wave emitted when a crack occurs in the solid oxide fuel due to such a temperature change. At the time of detection, in order to receive the AE wave that has propagated through the constituent member of the solid oxide fuel, an AE sensor that receives the AE wave is attached to an appropriate portion of the propagation path. The AE signal detected by the AE sensor and converted into an electrical signal is used in the AE evaluation unit to evaluate the amount of cracks generated in the solid oxide fuel. Since the amount of crack generation (hereinafter simply referred to as crack amount) is related to the amount of leakage of gas flowing through the solid oxide fuel, that is, the amount of gas leakage, the amount of gas leakage is evaluated by evaluating this AE signal. Can be estimated. For this reason, it is possible to omit the time-consuming gas leak inspection that is actually performed by flowing gas through the product, or to make such a gas leak inspection only for products that are considered more problematic. be able to.

上記課題を解決するために、本発明による固体酸化物形燃料電池に対する検査方法の第一の特徴構成は、
前記固体酸化物形燃料電池にAEセンサを装着する工程と、
前記固体酸化物燃料電池に温度負荷が与えられている状況下で、前記AEセンサからの信号を取得するAE信号取得工程と、
前記AE信号から前記固体酸化物形燃料電池におけるクラック発生を評価するAE評価工程と、を備え
前記温度負荷は、
前記固体酸化物形燃料電池の製造時における高温から室温への降温による第1温度変化を含み、
前記第1温度変化による温度負荷が与えられている状況下で、前記AE信号取得工程では、前記AEセンサからの信号を取得し、前記AE評価工程では前記クラック発生を評価することにある。この検査方法によって得られる作用効果としては、上述した検査装置で述べたことがそのまま流用できる。
In order to solve the above problems, the first characteristic configuration of the inspection method for the solid oxide fuel cell according to the present invention is:
Attaching an AE sensor to the solid oxide fuel cell;
Under conditions that the temperature load is applied to the solid oxide fuel cell, and the AE signal acquisition step of acquiring a signal from the AE sensor,
An AE evaluation step for evaluating crack generation in the solid oxide fuel cell from the AE signal ,
The temperature load is
Including a first temperature change due to a temperature drop from a high temperature to a room temperature during manufacture of the solid oxide fuel cell;
In a situation where a temperature load due to the first temperature change is applied, the AE signal acquisition step acquires a signal from the AE sensor, and the AE evaluation step evaluates the occurrence of the crack. As the operational effects obtained by this inspection method, what has been described in the above-described inspection apparatus can be used as it is.

前記第一の特徴構成を備えた検査装置の第二の特徴構成は、前記温度負荷が、前記固体酸化物形燃料電池の駆動温度と室温との間の第2温度変化をさらに含むことにある。固体酸化物形燃料電池が駆動温度と室温との間における高温から室温までの下降温度変化あるいは室温から高温までの上昇温度変化にさらされることで生じるクラックを、当該クラックの発生時に放たれるAE波を検出し、評価することで、発生時クラック検査、結果的にはリーク検査が行われる。固体酸化物形燃料電池の発電時の駆動温度は数百℃を超える高熱となり、駆動停止により室温に戻される。つまり、固体酸化物形燃料電池は実際の使用にあたっては、常に、駆動温度と室温との間の温度変化に晒されるので、この温度負荷における検査を出荷前に実施しておくことは有意義である。当然に、この手法は検査手法としても実施できる。 A second characteristic configuration of the inspection apparatus having the first characteristic configuration is that the temperature load further includes a second temperature change between a driving temperature of the solid oxide fuel cell and a room temperature. . AE released when a crack is generated when a solid oxide fuel cell is exposed to a temperature change from a high temperature to room temperature or a temperature change from room temperature to high temperature between the driving temperature and room temperature. By detecting and evaluating the waves, a crack inspection at the time of occurrence, and consequently a leak inspection is performed. The driving temperature of the solid oxide fuel cell during power generation becomes high heat exceeding several hundred degrees Celsius, and is returned to room temperature when the driving is stopped. In other words, in actual use, the solid oxide fuel cell is always exposed to a temperature change between the driving temperature and the room temperature. Therefore, it is meaningful to perform an inspection at this temperature load before shipping. . Naturally, this technique can also be implemented as an inspection technique.

前記第一又は第二の特徴構成を備えた検査装置の第三の特徴構成は、温度負荷を与えながらのAE検査が複数回行われることにある。固体酸化物形燃料電池に内在する残留応力の解放に伴うクラックの発生量は、与えられる温度負荷、つまり温度変化の回数が増えると減少する傾向にあるので、温度負荷を与えながらのAE検査を複数回行うことで、信頼性の高い製品を出荷することができる。当然に、この手法は検査手法としても実施できる。   A third characteristic configuration of the inspection apparatus having the first or second characteristic configuration is that AE inspection is performed a plurality of times while applying a temperature load. The amount of cracks that accompanies the release of residual stress inherent in a solid oxide fuel cell tends to decrease as the applied temperature load, that is, the number of temperature changes, increases. By performing it a plurality of times, a highly reliable product can be shipped. Naturally, this technique can also be implemented as an inspection technique.

前記第一〜第三の特徴構成を備えた検査装置の第四の特徴構成は、AE評価部で行われるAE信号の評価方法として、取得されたAE信号の積分量に基づいて前記クラック発生が評価される。AE波は振動波であることから、そのAE信号は波形信号として処理することができる。したがって、比較的簡単な回路構成、あるいはソフトウエア処理を通じてAE信号の時間振幅値を積算することできる。このAE信号の時間振幅値の積算、つまりAE信号の積分量に基づいてクラック発生が評価される。材料組織で生じたクラックによるエネルギの放出がAE波を生み出すことから、このAE波のエネルギ、つまりAE波の時間積分値がクラックの特性を表す可能性が高いので、この評価によってクラックの発生を効果的に推定することができる。また、クラックの発生は、当該クラックを通じてのガスリークを導くことになる。このことから、AE信号の積分量からガスリーク量を導くことが可能となる。当然に、この手法は検査手法としても実施できる。
前記第四の特徴構成を備えた検査装置の第五の特徴構成は、前記AE信号の積分量から前記クラック発生に起因するガスリーク量を導出する積分量−ガスリーク量テーブルが備えられており、導出された前記ガスリーク量に基づいて前記固体酸化物形燃料電池の品質評価が行われることにある。
予め実験的及び統計的にAE信号の積分量とガスリーク量との相関関係を算定し、その算定結果に基づいて、ガスリーク量を導出する積分量−ガスリーク量テーブルを作成しておくことで、AE信号の積分量を求めるだけで、ガスリーク量を推定することが可能となり、好都合である。当然に、この手法は検査手法としても実施できる。
The fourth feature configuration of the inspection apparatus having the first to third feature configurations is the AE signal evaluation method performed by the AE evaluation unit, in which the occurrence of cracks is based on the integration amount of the acquired AE signal. Be evaluated. Since the AE wave is a vibration wave, the AE signal can be processed as a waveform signal. Therefore, the time amplitude value of the AE signal can be integrated through a relatively simple circuit configuration or software processing. The occurrence of cracks is evaluated based on the integration of the time amplitude value of the AE signal, that is, the integration amount of the AE signal. Since the release of energy due to cracks generated in the material structure generates AE waves, it is highly possible that the energy of the AE waves, that is, the time integral value of the AE waves, represents the characteristics of the cracks. It can be estimated effectively. In addition, the occurrence of a crack leads to a gas leak through the crack. From this, it becomes possible to derive the gas leak amount from the integral amount of the AE signal. Naturally, this technique can also be implemented as an inspection technique.
A fifth feature configuration of the inspection apparatus having the fourth feature configuration includes an integral amount-gas leak amount table for deriving a gas leak amount resulting from the occurrence of the crack from the integral amount of the AE signal. The quality evaluation of the solid oxide fuel cell is performed based on the gas leak amount.
By calculating the correlation between the integral amount of the AE signal and the gas leak amount experimentally and statistically in advance and creating an integral amount-gas leak amount table for deriving the gas leak amount based on the calculation result, the AE Conveniently, it is possible to estimate the amount of gas leak only by obtaining the integral amount of the signal. Naturally, this technique can also be implemented as an inspection technique.

これまで説明してきた検査装置の本願第六の特徴構成は、前記AEセンサは、固体酸化物形燃料電池本体に燃料ガスや酸化剤ガスを供給する金属製配管部材に装着されていることにある。
燃料ガスや酸化剤ガスを供給する金属製配管部材は、固体酸化物形燃料電池本体の温度より低い表面温度を有するので、AEセンサの装着箇所を金属製配管部材とすることは、高温の温度制限を有するAEセンサにとって利点がある。もちろん、放熱機能を有することで固体酸化物形燃料電池本体の温度より低い表面温度を有するその他の部材に装着してもよい。
また、AEセンサは、一般には、振動を電気信号に変換する圧電素子を備えている。AE信号の周波数などの振動特性は、クラック元となる材料やクラックの種類によって異なるので、検出したい振動特性、特に検出したい周波数の受信感度の良い圧電素子、あるいは広帯域の周波数を検出する圧電素子を選ぶとよい。圧電素子には、柔軟性のある高分子圧電材料を用いたものや、チタン酸バリウム系などの圧電セラミックを用いたものがあるが、装着面の温度を考慮すると、圧電セラミックが好ましい。装着面とAEセンサの受信面(圧電素子面)との間には音響カップリング剤を付与するが、耐熱性の音響カップリング剤を用いることで、高温の装着面に対処することができる。さらに、装着面の温度が数百度を超えるような場合には、電磁超音波方式を用いた非接触式の超音波センサを用いることやレーザー干渉計を用いた非接触式のAE波検出も考慮される。
The sixth characteristic configuration of the inspection apparatus described so far is that the AE sensor is attached to a metal piping member that supplies fuel gas and oxidant gas to the solid oxide fuel cell main body. .
Since the metal piping member for supplying the fuel gas and the oxidant gas has a surface temperature lower than the temperature of the solid oxide fuel cell main body, it is considered that the mounting position of the AE sensor as the metal piping member is a high temperature. There are advantages for AE sensors with limitations. Of course, it may be attached to another member having a surface temperature lower than the temperature of the solid oxide fuel cell main body by having a heat dissipation function.
The AE sensor generally includes a piezoelectric element that converts vibration into an electrical signal. Since the vibration characteristics such as the frequency of the AE signal vary depending on the material and the type of the crack, the vibration characteristics that are desired to be detected, especially the piezoelectric element that has good reception sensitivity of the frequency that is desired to be detected, or the piezoelectric element that detects the broadband frequency is required. Choose it. Piezoelectric elements include those using a flexible polymeric piezoelectric material and those using a piezoelectric ceramic such as a barium titanate type. In consideration of the temperature of the mounting surface, the piezoelectric ceramic is preferable. An acoustic coupling agent is applied between the mounting surface and the receiving surface (piezoelectric element surface) of the AE sensor. By using a heat-resistant acoustic coupling agent, a high-temperature mounting surface can be dealt with. Furthermore, when the temperature of the mounting surface exceeds several hundred degrees, use of a non-contact type ultrasonic sensor using an electromagnetic ultrasonic method or non-contact type AE wave detection using a laser interferometer is also considered. Is done.

これまで説明してきた検査装置の本願第七の特徴構成は、前記温度負荷として、さらに、零下15度から零下5度までの零下温度と、室温との間の第3温度変化をさらに含み、当該第3温度負荷が与えられている状況下で前記AEセンサからの信号が取得される過剰冷却AE検査工程がさらに備えることにある。
固体酸化物形燃料電池は、零下15度から零下5度までの零下温度に冷却されることで、室温から零下温度への下降温度変化と零下温度から室温への上昇温度変化を受けることになる。本願発明者の知見により、固体酸化物形燃料電池の残留応力の解放に伴うクラックの発生は、当該固体酸化物形燃料電池を、零下15度から零下5度までの零下温度と、室温との間の温度変化にさらすことで、加速されることが推測されている。このことから、出荷前検査として、固体酸化物形燃料電池に対して、零下15度から零下5度までの零下温度への過剰冷却処理を施しながらAE検査を行うことで、使用開始してから経時的に発生するクラックを把握することができ、多くのクラックが発生する製品を出荷から取り除くことができる。当然に、この手法は検査手法としても実施できる。
The present seventh characterizing feature of the inspection apparatus described so far, as the thermal load, further, further comprising: a sub-zero temperature of below zero 15 degrees to minus 5 degrees, the third temperature change between the room temperature, the An overcooling AE inspection step in which a signal from the AE sensor is acquired under a situation where a third temperature load is applied is further provided.
When the solid oxide fuel cell is cooled to a sub-zero temperature from 15 degrees below zero to 5 degrees below zero, the temperature change from room temperature to sub-zero temperature and the temperature increase from sub-zero temperature to room temperature are affected. . According to the knowledge of the inventor of the present application, the occurrence of cracks associated with the release of the residual stress of the solid oxide fuel cell is caused by the fact that the solid oxide fuel cell is subjected to a subzero temperature ranging from 15 degrees below zero to 5 degrees below zero and room temperature. It is speculated that it will be accelerated by exposure to temperature changes in between. For this reason, as a pre-shipment inspection, the solid oxide fuel cell is subjected to an AE inspection while performing an overcooling process to a sub-zero temperature from below 15 degrees to 5 degrees below zero. Cracks that occur over time can be grasped, and products that generate many cracks can be removed from shipment. Naturally, this technique can also be implemented as an inspection technique.

本発明の対象となる固体酸化物形燃料電池の製造及び本発明による検査の基本原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the basic principle of manufacture of the solid oxide fuel cell used as the object of this invention, and the test | inspection by this invention. 本発明の対象となる固体酸化物形燃料電池の製造及び本発明による検査のもう一つの基本原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining another basic principle of manufacture of the solid oxide fuel cell used as the object of this invention, and the test | inspection by this invention. 本発明による固体酸化物形燃料電池の製造及び検査を行う設備の1つの実施形態を模式的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing typically one embodiment of equipment which manufactures and inspects a solid oxide fuel cell by the present invention. 本発明による固体酸化物形燃料電池の製造及び検査を行う設備の別実施形態を模式的に示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing typically another embodiment of equipment which manufactures and inspects a solid oxide fuel cell by the present invention. 加熱処理を通じて製造された固体酸化物形燃料電池が発電機として使用下でのガスリーク量の継時的な変化を推測する推測曲線を示しており、(a)は過剰冷却処理なしの推測曲線であり、(b)は過剰冷却処理ありの推測曲線である。The solid oxide fuel cell manufactured through the heat treatment shows a guess curve for guessing the change over time in the amount of gas leak when used as a generator. (A) is a guess curve without overcooling treatment. Yes, (b) is a guess curve with overcooling treatment. 複数回の過剰冷却処理毎の、AE信号積分量とガスリーク量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between AE signal integration amount and gas leak amount for every multiple overcooling process.

本発明による検査装置の実施形態を詳しく説明する前に、図1を用いて、固体酸化物形燃料電池の製造及び検査の基本的な工程を説明する。固体酸化物形燃料電池は、燃料極と固体電解質と酸素極とを支持体で支持した単セルの複数を電気的にインターコネクタで接続し、さらにその下部に燃料ガスをセルそれぞれに供給するためのマニホールドが接続一体化されたセル構造体を有して構成されており、ガスをシールするためのガラスシール部が含まれている。一般に、固体酸化物形燃料電池は、電解質膜の一方面側に空気極を接合するとともに、同電解質膜の他方面側に燃料極を接合してなる単セルを、空気極または燃料極に対して電子の授受を行う一対の電子伝導性の基材(セル間接続部材)により挟み込んだ構造を有する。そして、例えば700〜900℃程度の作動温度で作動し、空気極側から燃料極側への電解質膜を介した酸化物イオンの移動に伴って、一対の電極間に起電力が発生し、その起電力を外部に取り出し利用することができる。セル間接続部材にはインターコネクタやインターコネクタを介してセル間を電気的に接続する部材が該当する。ここで例示されている固体酸化物形燃料電池は、例えば特許文献1(特開2004−234970号公報)で示されているように、基本構成部材として少なくとも、燃料極11と固体電解質12と酸素極13とからなるセル(単セル)10の複数と、内部にガス流路が形成されているマニホールド16とを含むものであり、セル10とマニホールド16とはガラスシール部で接合される。なお、このマニホールド16内及びこのマニホール16からセル10には、ガス流路として、燃料、例えば水素が流れる燃料ガス流路が設けられる。本願においては、燃料ガス流路の他、ガス通路として、セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路も含む。但し、ここでの図示は省略されている。これらの基本構成部材の組み付けは、1000℃レベルの高温下での焼成工程によって行われる。つまり、各構成部材を前処理として準備された後(#01)、加熱(焼成)され(#02)、室温まで降温される(#03)。この製造工程に並行して、AE技術を用いた製造時検査が行われる(#04)。この検査で合格した製品に対して、必要に応じて、従来のリーク検査が行われ、最終的な合格品が出荷される(#05)。
固体酸化物形燃料電池において問題となるクラックの発生は、第一には、製造工程における組織ひずみに起因する。本発明では、このクラックの発生を、当該クラックの発生時に生じる超音波(AE波)を検出するAE技術を用いて検知する。ここでのAE検査では(#04)、まず、固体酸化物形燃料電池の構成部材のうち、表面温度が比較的低く、超音波伝播特性が良い箇所にAEセンサ3が装着される(#41)。AEセンサは、固体酸化物形燃料電池で発生したAE波を検知して、電気的なAE信号に変換する。取得されたAE信号は、増幅やフィルタリングや波形処理などの信号処理を受け(#43)、クラック発生量、結果的にはガスリーク量に関する評価のために利用される(#44)。特に、#02での加熱の後の室温戻しの際に、クラックが発生しやすいので、この室温戻し過程で発生するAE波をAEセンサで検出し、得られたAE信号を処理して、ガスリーク量に関する評価を行うことが好ましい。
Before describing the embodiment of the inspection apparatus according to the present invention in detail, the basic steps of manufacturing and inspection of a solid oxide fuel cell will be described with reference to FIG. In the solid oxide fuel cell, a plurality of single cells in which a fuel electrode, a solid electrolyte, and an oxygen electrode are supported by a support are electrically connected by an interconnector, and further, fuel gas is supplied to the lower part of each cell. These manifolds have a cell structure in which the manifolds are connected and integrated, and include a glass seal portion for sealing gas. In general, a solid oxide fuel cell has a single cell in which an air electrode is joined to one side of an electrolyte membrane and a fuel electrode is joined to the other side of the electrolyte membrane. Thus, the structure is sandwiched between a pair of electron conductive base materials (inter-cell connecting members) that exchange electrons. And it operates at an operating temperature of about 700 to 900 ° C., for example, and an electromotive force is generated between the pair of electrodes along with the movement of oxide ions through the electrolyte membrane from the air electrode side to the fuel electrode side. The electromotive force can be taken out and used outside. The inter-cell connecting member corresponds to an interconnector or a member that electrically connects cells via the interconnector. The solid oxide fuel cell exemplified here is, for example, at least a fuel electrode 11, a solid electrolyte 12, and oxygen as basic constituent members as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-234970). It includes a plurality of cells (single cells) 10 each having an electrode 13 and a manifold 16 in which a gas flow path is formed. The cells 10 and the manifold 16 are joined together by a glass seal portion. Note that a fuel gas passage through which fuel, for example, hydrogen flows, is provided as a gas passage in the manifold 16 and from the manifold 16 to the cell 10. In the present application, in addition to the fuel gas flow path, an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cell is also included as a gas path. However, the illustration here is omitted. These basic components are assembled by a firing process at a high temperature of 1000 ° C. That is, after each component is prepared as a pretreatment (# 01), it is heated (fired) (# 02), and the temperature is lowered to room temperature (# 03). In parallel with this manufacturing process, a manufacturing inspection using the AE technique is performed (# 04). For products that have passed this inspection, a conventional leak inspection is performed as necessary, and a final acceptable product is shipped (# 05).
The occurrence of cracks that are problematic in solid oxide fuel cells is primarily due to tissue strain in the manufacturing process. In the present invention, the occurrence of this crack is detected using an AE technique that detects an ultrasonic wave (AE wave) generated when the crack occurs. In the AE inspection here (# 04), first, the AE sensor 3 is mounted at a location where the surface temperature is relatively low and the ultrasonic propagation characteristics are good among the constituent members of the solid oxide fuel cell (# 41). ). The AE sensor detects an AE wave generated in the solid oxide fuel cell and converts it into an electrical AE signal. The acquired AE signal is subjected to signal processing such as amplification, filtering, and waveform processing (# 43), and is used for evaluation of the crack generation amount and consequently the gas leak amount (# 44). In particular, cracks are likely to occur when the room temperature is returned after heating at # 02. Therefore, the AE wave generated during the room temperature return process is detected by the AE sensor, and the obtained AE signal is processed to cause a gas leak. It is preferred to make an assessment regarding the amount.

上述した製造時検査としてのAE検査に代えてあるいは追加的に、製造工程の後に、製造後検査としてのAE検査を行ってもよい。その際の工程と流れが、図2に示されている。つまり、各構成部材を前処理として準備された後(#01)、加熱(焼成)され(#02)、室温まで降温される(#03)。次に、AE技術を用いた製品検査が行われる(#04)。この検査で合格したものが出荷される(#05)。この製造後検査としてのAE検査では、製造後の固体酸化物形燃料電池に対して、温度負荷としての温度変化にさらすことで、クラック検出がより効率的に行われる。もちろん、ここでも、製品検査において、従来のリーク検査を併用してもよい。   Instead of or in addition to the above-described AE inspection as a manufacturing inspection, an AE inspection as a post-manufacturing inspection may be performed after the manufacturing process. The process and flow in that case are shown in FIG. That is, after each component is prepared as a pretreatment (# 01), it is heated (fired) (# 02), and the temperature is lowered to room temperature (# 03). Next, product inspection using AE technology is performed (# 04). Those that pass this inspection are shipped (# 05). In the AE inspection as the post-manufacture inspection, the crack detection is performed more efficiently by exposing the solid oxide fuel cell after the manufacture to a temperature change as a temperature load. Of course, here too, a conventional leak test may be used in combination with the product test.

固体酸化物形燃料電池において問題となるクラックの発生は、一次的には、製造時における、高温での加熱(焼成)工程から室温に降温される際の組織ひずみに起因し、二次的には、組織ひずみによる残留応力の解放に起因する。したがって、焼成された固体酸化物形燃料電池に温度負荷として温度変化を与えた際のクラック発生度を評価することも好適である。もちろん、このAE検査を、製造時検査と製造後検査の両方の検査として適用させてもよい。   The generation of cracks, which is a problem in solid oxide fuel cells, is primarily caused by the strain in the structure when the temperature is lowered from the heating (firing) step at high temperature to the room temperature during the manufacturing process. Is due to the release of residual stress due to tissue strain. Therefore, it is also preferable to evaluate the degree of occurrence of cracks when a temperature change is applied as a temperature load to the fired solid oxide fuel cell. Of course, this AE inspection may be applied as both inspection during manufacturing and inspection after manufacturing.

固体酸化物形燃料電池は、駆動時には800℃程度の高温となるので、発電機として実際に使用されると、室温と約800℃との間の温度変化を受けることになる。したがって、室温と約800℃との間の温度変化を固体酸化物形燃料電池に与えながら、AE検査を行う。この温度変化は、製造装置に組み込まれた加熱機構を温度負荷装置として用いてもよいし、固体酸化物形燃料電池にガス供給などを行って実際に固体酸化物形燃料電池を試運転することで温度変化(温度負荷)を与えるような形態を採用してもよい。その際、検査装置には、温度負荷装置として固体酸化物形燃料電池を試運転するための機器が組み込まれる。この温度負荷は複数回与え、その都度AE検査を行ってもよい。また、クラック検査の対象としているクラックの発生箇所としては、ガスをシールするガラスシール部などの接合箇所だけでなくセル10の構造体そのものも含まれている。   Since the solid oxide fuel cell has a high temperature of about 800 ° C. when driven, when it is actually used as a generator, it undergoes a temperature change between room temperature and about 800 ° C. Therefore, the AE inspection is performed while giving the solid oxide fuel cell a temperature change between room temperature and about 800 ° C. This temperature change may be achieved by using a heating mechanism incorporated in the manufacturing apparatus as a temperature load device or by actually performing a trial run of the solid oxide fuel cell by supplying gas to the solid oxide fuel cell. You may employ | adopt the form which gives a temperature change (temperature load). At that time, the inspection apparatus incorporates a device for performing a trial operation of the solid oxide fuel cell as a temperature load apparatus. This temperature load may be given a plurality of times, and an AE inspection may be performed each time. In addition, the occurrence of cracks to be subjected to the crack inspection includes not only a joining portion such as a glass seal portion for sealing a gas but also the structure of the cell 10 itself.

次に、本発明の実施形態の1つである固体酸化物形燃料電池の検査装置と、固体酸化物形燃料電池の製造装置とからなる、固体酸化物形燃料電池製造設備を説明する。図3は、そのような製造設備における、特に本発明に関係する機能部を示した機能ブロック図である。この固体酸化物形燃料電池の製造装置は、それ自体公知であるので、ここでは、その製造コントローラ5と加熱機構60だけが模式的に示されているだけである。この実施形態での、検査装置は、AEセンサ3と、AEセンサ3によって検出されたAE波の信号処理及び評価を行う検査コントローラ4と、固体酸化物形燃料電池に温度負荷を与えるために一時的に固体酸化物形燃料電池を試用する温度負荷装置としての温度負荷コントローラ4aとを備えている。なお、固体酸化物形燃料電池に与える温度負荷を、固体酸化物形燃料電池の製造時の焼成温度から室温への降温過程での温度変化だけにする場合には、温度負荷コントローラ4aは省略される。また、製造装置が有する加熱機構を利用して温度負荷を固体酸化物形燃料電池に与えてもよく、この場合には、製造コントローラ50が温度負荷コントローラ4aを兼用することになる。   Next, a solid oxide fuel cell manufacturing facility including a solid oxide fuel cell inspection apparatus and a solid oxide fuel cell manufacturing apparatus, which is one embodiment of the present invention, will be described. FIG. 3 is a functional block diagram showing functional units particularly relevant to the present invention in such a manufacturing facility. Since the manufacturing apparatus of this solid oxide fuel cell is known per se, only the manufacturing controller 5 and the heating mechanism 60 are schematically shown here. In this embodiment, the inspection apparatus includes an AE sensor 3, an inspection controller 4 that performs signal processing and evaluation of the AE wave detected by the AE sensor 3, and a temporary load for applying a temperature load to the solid oxide fuel cell. And a temperature load controller 4a as a temperature load device for trial use of the solid oxide fuel cell. Note that the temperature load controller 4a is omitted when the temperature load applied to the solid oxide fuel cell is only the temperature change during the temperature lowering process from the firing temperature during the production of the solid oxide fuel cell to room temperature. The Further, a temperature load may be applied to the solid oxide fuel cell using a heating mechanism of the manufacturing apparatus. In this case, the manufacturing controller 50 also serves as the temperature load controller 4a.

固体酸化物形燃料電池に関しては、燃料極11と固体電解質12と酸素極13とからなるセル10と、内部にガス流路15が形成されているマニホールド16とだけが模式的に示されている(図3においてガス流路15は燃料ガス流路を代表的に示している)。   As for the solid oxide fuel cell, only the cell 10 including the fuel electrode 11, the solid electrolyte 12, and the oxygen electrode 13 and the manifold 16 in which the gas flow path 15 is formed are schematically shown. (In FIG. 3, the gas flow path 15 representatively shows a fuel gas flow path).

固体酸化物形燃料電池の製造にあたっては、加熱機構60を用いた焼成を行う前に、固体酸化物形燃料電池の各構成部材が準備され、接合面にはシール剤が付与される。加熱処理が終了し、焼成組み付けが終了した固体酸化物形燃料電池は室温まで降温される。その降温過程(下降温度変化)において、ガス配管部材17の表面温度が圧電素子からなるAEセンサ3に損傷を与えない程度に下がると、固体酸化物形燃料電池のマニホールド16に接続されたガス配管部材17に装着される。もちろん、加熱処理時の固体酸化物形燃料電池の高温に耐える圧電素子が用いられているAEセンサ3、あるいは非接触式のAEセンサ3が用いられている場合には、降温過程での最初の段階でAEセンサ3を装着することができる。このガス配管部材17は、金属材料から構成されており、超音波が効率良く伝播する。したがって、固体酸化物形燃料電池の内部で微小クラックが発生すると、この微小クラックを起因として生じるAE波はガス配管部材17を通じてAEセンサ3に達する。AE波は、AEセンサ3でAE信号(電気信号)に変換され、検査コントローラ4のAE信号取得部30に入力する。AE信号取得部30には、増幅機能及びフィルタ処理や波形処理を含むディジタル信号処理機能が備えられており、入力したAE信号に対して増幅や信号処理を施して、AE評価部40に送る。   In the production of the solid oxide fuel cell, each component of the solid oxide fuel cell is prepared before firing using the heating mechanism 60, and a sealing agent is applied to the joint surface. After the heat treatment is completed, the solid oxide fuel cell that has been fired and assembled is cooled to room temperature. If the surface temperature of the gas piping member 17 is lowered to such an extent that the AE sensor 3 made of a piezoelectric element is not damaged during the temperature lowering process (decreasing temperature change), the gas piping connected to the manifold 16 of the solid oxide fuel cell. Mounted on the member 17. Of course, when the AE sensor 3 using the piezoelectric element that can withstand the high temperature of the solid oxide fuel cell during the heat treatment or the non-contact type AE sensor 3 is used, The AE sensor 3 can be attached in stages. The gas piping member 17 is made of a metal material, and ultrasonic waves propagate efficiently. Therefore, when a micro crack is generated inside the solid oxide fuel cell, the AE wave generated due to the micro crack reaches the AE sensor 3 through the gas piping member 17. The AE wave is converted into an AE signal (electric signal) by the AE sensor 3 and input to the AE signal acquisition unit 30 of the inspection controller 4. The AE signal acquisition unit 30 is provided with a digital signal processing function including an amplification function, filter processing, and waveform processing. The AE signal acquisition unit 30 performs amplification and signal processing on the input AE signal and sends it to the AE evaluation unit 40.

この実施の形態では、固体酸化物形燃料電池は、温度負荷として100℃と800℃との間の温度変化に1回以上さらされ、その間にわたって、AE検査が行われる。   In this embodiment, the solid oxide fuel cell is exposed to a temperature change between 100 ° C. and 800 ° C. as a temperature load at least once, and AE inspection is performed during that time.

AE評価部40は、AE信号取得部30から受け取ったAE信号から固体酸化物形燃料電池におけるクラック発生を評価する。この実施形態では、AE信号取得部30は、AE信号の積分量からクラックの発生及び当該クラックの発生に起因するガスリーク量を推定し、その推定されたガスリーク量から、検査対象となっている製品(固体酸化物形燃料電池)の品質評価(合格または不合格)を行う。このため、AE評価部40には、AE信号積分量算定部41、ガスリーク量算定部42、積分量−ガスリーク量テーブル43、評価出力部44が備えられている。AE信号積分量算定部41は、AE信号の振幅値の総和、つまりAE信号の時間積分値をAE信号積分量として求める。過剰冷却を始めていくと、残留応力が開放され、微小クラックが増加していくので、パルス状のAE信号の発生頻度も増え、AE信号積分量も増えていく。このことから、AE信号積分量の増加と微小クラック増加、結果的にはAE信号積分量の増加とガスリーク量の増加とは高い相関関係をもつ。積分量−ガスリーク量テーブル43は、実験的に求められたAE信号積分量の増加とガスリーク量の増加との相関関係から得られた関係式に基づいて作成されており、この積分量−ガスリーク量テーブル43を用いて、任意のAE信号積分量から特定のガスリーク量が導出できる。ガスリーク量算定部42は、AE信号積分量算定部41で算定されたAE信号積分量から、積分量−ガスリーク量テーブル43を用いて、ガスリーク量を求め、評価出力部44に送る。   The AE evaluation unit 40 evaluates the occurrence of cracks in the solid oxide fuel cell from the AE signal received from the AE signal acquisition unit 30. In this embodiment, the AE signal acquisition unit 30 estimates the occurrence of cracks and the amount of gas leak resulting from the occurrence of cracks from the integral amount of the AE signal, and the product to be inspected from the estimated amount of gas leak Quality evaluation (pass or fail) of (solid oxide fuel cell) is performed. Therefore, the AE evaluation unit 40 includes an AE signal integration amount calculation unit 41, a gas leak amount calculation unit 42, an integration amount-gas leak amount table 43, and an evaluation output unit 44. The AE signal integration amount calculation unit 41 obtains the sum of the amplitude values of the AE signal, that is, the time integration value of the AE signal as the AE signal integration amount. When excessive cooling is started, the residual stress is released and the number of microcracks increases, so the frequency of generation of pulsed AE signals increases and the amount of AE signal integration also increases. For this reason, an increase in the AE signal integration amount and an increase in microcracks, and as a result, an increase in the AE signal integration amount and an increase in the gas leak amount have a high correlation. The integral amount-gas leak amount table 43 is created based on the relational expression obtained from the correlation between the increase in the AE signal integral amount and the increase in the gas leak amount obtained experimentally, and this integral amount-gas leak amount. Using the table 43, a specific gas leak amount can be derived from an arbitrary AE signal integration amount. The gas leak amount calculation unit 42 obtains the gas leak amount from the AE signal integration amount calculated by the AE signal integration amount calculation unit 41 using the integration amount-gas leak amount table 43 and sends it to the evaluation output unit 44.

評価出力部44は、予め設定されている、ガスリーク量のしきい値と、ガスリーク量算定部42で算定されたガスリーク量とを比較し、当該ガスリーク量がしきい値を超えていると、検査対象となっている製品を不合格とする。   The evaluation output unit 44 compares the threshold value of the gas leak amount set in advance with the gas leak amount calculated by the gas leak amount calculation unit 42. If the gas leak amount exceeds the threshold value, Reject the product in question.

〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、その降温過程において、ガス配管部材17の表面温度が圧電素子からなるAEセンサ3に損傷を与えない程度に下がり始めてから、固体酸化物形燃料電池のガス配管部材17に装着し、AE検査が開始された。さらに、製造後の固体酸化物形燃料電池に対して熱負荷を与えながらAE検査を行うことも可能であった。これに代えて、製造の開始時からAEセンサ3を固体酸化物形燃料電池の構成部材における好適な箇所に装着し、製造中に検査を行ってもよい。この場合は、付加的な温度負荷装置や温度負荷コントローラ4aなどは省略される。
(2)上述した実施形態では、燃料ガス流路を通じてのAE検査を実施する例を示しているが、酸化剤ガス流路を通じてのAE検査の実施も可能である。もちろん、両方のガス流路を通じてAE検査が実施されていてもよい。
(3)上述した実施形態では、温度負荷として100℃と800℃との間の温度変化が固体酸化物形燃料電池に与えたれたが、これに代えて実施可能な、零下以下の低温を温度負荷として与える過剰冷却処理を以下に述べる。この過剰冷却処理は、固体酸化物形燃料電池に室温から零下20℃程度の温度変化を与えるもので、その間にAE検査が行われる。図4には、この別実施形態の機能ブロック図が示されている。図3で示された設備と比べて、温度負荷コントローラ4aによって制御される過剰冷却機構61が備えられていることで異なっている。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the gas piping member of the solid oxide fuel cell after the surface temperature of the gas piping member 17 starts to drop to the extent that does not damage the AE sensor 3 made of a piezoelectric element in the temperature lowering process. 17 and AE inspection was started. Furthermore, it was also possible to perform AE inspection while applying a thermal load to the manufactured solid oxide fuel cell. Instead of this, the AE sensor 3 may be mounted at a suitable location in the constituent member of the solid oxide fuel cell from the start of manufacture, and inspection may be performed during manufacture. In this case, the additional temperature load device, the temperature load controller 4a, and the like are omitted.
(2) In the above-described embodiment, an example in which the AE inspection through the fuel gas flow path is performed is shown, but the AE inspection through the oxidant gas flow path can also be performed. Of course, the AE inspection may be performed through both gas flow paths.
(3) In the above-described embodiment, a temperature change between 100 ° C. and 800 ° C. was given to the solid oxide fuel cell as a temperature load. The overcooling treatment given as a load will be described below. This overcooling treatment gives the solid oxide fuel cell a temperature change from room temperature to about 20 ° C. below zero, during which AE inspection is performed. FIG. 4 shows a functional block diagram of this another embodiment. Compared with the equipment shown in FIG. 3, the difference is that an overcooling mechanism 61 controlled by the temperature load controller 4a is provided.

この過剰冷却処理の検査目的について、図5を用いて以下に説明する。図5の(a)は、製造されてから発電機として駆動されている状況下での固体酸化物形燃料電池1におけるガスリーク量の継時的な変化の推測曲線を示しており、実線は良好な製品(製品Aと記している)で、点線は良好ではない製品(製品Bと記している)に対応している。一般に、固体酸化物形燃料電池は、1000℃レベルの加熱処理を受けるため、室温において残留応力が生じている。固体酸化物形燃料電池の駆動温度は800℃程度であることから、その駆動と停止の繰り返しは、固体酸化物形燃料電池に室温と800℃の高温との間の温度負荷を与えることになる。したがって、時間経過とともに、残留応力の開放と残量応力の発生との繰り返しによってクラックが増加し、結果的にガスリーク量が継時的に増加する。ガスリーク量が所定のしきい値:kを超えると(時点:Tk)、修理または交換の必要が生じる。したがって、製品品質を向上させるためには、早い時点でガスリーク量がしきい値:kを超えるような製品Bを、製造完了時に判定することが重要である。これを実現するために、本発明では、製造の最終段階で、過剰冷却処理を取り入れている。図5の(b)は、本願発明者の知見に基づく、図5の(a)に対応する推測曲線であり、この過剰冷却処理を施すことにより、経時的にゆっくりと生じるクラック量の増加が、過剰冷却処理の間の短期間に生じることを示している。製品Bのような品質をもった固体酸化物形燃料電池のクラック量、つまりガスリーク量は、過剰冷却処理後に(時点:T0)、しきい値:kを超える可能性が高く、このことを利用して、製品Bのような品質をもった固体酸化物形燃料電池を出荷前の検査で取り除くことができる。   The inspection purpose of this overcooling process will be described below with reference to FIG. FIG. 5 (a) shows an estimation curve of the change over time in the amount of gas leak in the solid oxide fuel cell 1 under the condition where it is driven as a generator since it was manufactured, and the solid line is good The dotted line corresponds to an unsatisfactory product (denoted as product A) and an unfavorable product (denoted as product B). In general, since a solid oxide fuel cell is subjected to a heat treatment at a level of 1000 ° C., a residual stress is generated at room temperature. Since the driving temperature of the solid oxide fuel cell is about 800 ° C., repeated driving and stopping of the solid oxide fuel cell gives the solid oxide fuel cell a temperature load between room temperature and a high temperature of 800 ° C. . Therefore, as time elapses, cracks increase due to repeated release of residual stress and generation of residual stress, and as a result, the amount of gas leak increases over time. When the gas leak amount exceeds a predetermined threshold value: k (time point: Tk), repair or replacement is required. Therefore, in order to improve the product quality, it is important to determine the product B whose gas leak amount exceeds the threshold value k at an early time when the manufacture is completed. In order to achieve this, the present invention incorporates an overcooling process at the final stage of manufacture. (B) in FIG. 5 is a guess curve corresponding to (a) in FIG. 5 based on the knowledge of the present inventor. By applying this overcooling treatment, an increase in the amount of cracks that occurs slowly over time is increased. , Which occurs in the short term during the overcooling process. The crack amount, that is, the gas leak amount of the solid oxide fuel cell having the quality as in the product B, is likely to exceed the threshold value: k after the excessive cooling treatment (time point: T0). Thus, the solid oxide fuel cell having the quality as the product B can be removed by inspection before shipment.

20℃から零下10℃への過剰冷却処理が、4回実施され、その都度得られたAE信号積分量とガスリーク量との関係が図6に示されている。図6において、横軸はAE信号積分量を示しており、縦軸はガスリーク量を示している。なお、縦軸のガスリーク量では、初期結果(第1回目の過剰冷却処理の結果)を1とする正規化が行われている。この4回の過剰冷却処理で得られた測定ポイントを近似直線で結ぶと、一次線形の積分量−ガスリーク量関係式が得られる。   The overcooling process from 20 ° C. to 10 ° C. under zero is performed four times, and the relationship between the AE signal integration amount and the gas leak amount obtained each time is shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the AE signal integration amount, and the vertical axis indicates the gas leak amount. In the gas leak amount on the vertical axis, normalization is performed by setting the initial result (result of the first overcooling process) to 1. When the measurement points obtained by the four overcooling processes are connected by an approximate straight line, a linear linear integral amount-gas leak amount relational expression is obtained.

なお、上述の過剰冷却処理を100℃と800℃との間の温度変化が温度負荷として固体酸化物形燃料電池に与えながらAE検査を行う検査方法に代えて実施するのではなく、両者を実施してもよい。   The above-described overcooling treatment is not performed in place of the inspection method in which the AE inspection is performed while a temperature change between 100 ° C. and 800 ° C. is applied to the solid oxide fuel cell as a temperature load, but both are performed. May be.

(4)上述した実施形態では、AEセンサ3はマニホールド16から延びたガス配管部材17に装着され、セル10とマニホールド16を接続するガラスシール部に発生するクラックを検出照準としていた。それ以外のクラック検出照準としては、特開2013−229170号公報の図5に示されているような、セルとガラス封止板とを結晶化ガラス層で接合している接合領域、特開2007−149430号公報の図1に示されているような、セルとセパレータとをシール材で接合している接合領域、開2012−74268号公報の図1に示されているような、セルとガス管とを接合材で接合している接合領域、などが挙げられる。しかしながら、このAE検査においては、上記のような接合領域だけでなく、セルそれ自体に発生するクラックも検出対象とすることも可能である。
(5)AEセンサ3の装着位置としては、放熱機能を有して、表面温度が高温にならない部材であるガス供給配管などが適しているが、超音波が伝播しやすい金属製ヒートシンクのような部材を別個にAE波導入部材として設けて、そのAE波導入部材にAEセンサ3を装着してもよい。
(6)上述した実施形態では、AEセンサ3を1つだけ装着されていたが、適当な箇所に複数装着し、マルチチャンネル方式を用いて各AEセンサ3で検出されたAE波の信号処理及び評価を行ってもよい。
(7)上述した実施形態では、固体酸化物形燃料電池として、燃料極11と固体電解質12と酸素極13とからなるセル10と、内部にガス流路15が形成されている支持体16とからなる構造体を例としたが、これは1つの例に過ぎず、本発明はその他の構造を有する固体酸化物形燃料電池にも適用可能である。
(4) In the above-described embodiment, the AE sensor 3 is mounted on the gas piping member 17 extending from the manifold 16, and a crack generated in the glass seal portion connecting the cell 10 and the manifold 16 is used as a detection aim. As other crack detection sights, as shown in FIG. 5 of Japanese Patent Laid-Open No. 2013-229170, a bonding region where a cell and a glass sealing plate are bonded with a crystallized glass layer, Japanese Patent Laid-Open No. 2007-2007 As shown in FIG. 1 of Japanese Patent No. 149430, a joining region where a cell and a separator are joined with a sealing material, and a cell and gas as shown in FIG. The joining area | region which joined the pipe | tube with the joining material, etc. are mentioned. However, in this AE inspection, not only the above-described joining region but also a crack generated in the cell itself can be detected.
(5) As a mounting position of the AE sensor 3, a gas supply pipe or the like that has a heat radiation function and does not have a high surface temperature is suitable. A member may be separately provided as an AE wave introducing member, and the AE sensor 3 may be attached to the AE wave introducing member.
(6) In the above-described embodiment, only one AE sensor 3 is mounted. However, a plurality of AE sensors 3 are mounted at appropriate locations, and signal processing of AE waves detected by each AE sensor 3 using a multi-channel method and An evaluation may be performed.
(7) In the above-described embodiment, as the solid oxide fuel cell, the cell 10 including the fuel electrode 11, the solid electrolyte 12, and the oxygen electrode 13, and the support 16 having the gas flow path 15 formed therein are provided. However, this is merely an example, and the present invention can be applied to solid oxide fuel cells having other structures.

本発明は、製造時の加熱処理によって、内部に残留応力が閉じ込められる固体酸化物形燃料電池の製品検査に適用可能である。   The present invention is applicable to product inspection of a solid oxide fuel cell in which residual stress is confined by heat treatment during manufacturing.

10:セル
11:燃料極
12:固体電解質
13:酸素極
15:ガス流路
16:支持体
17:ガス配管部材
3 :AEセンサ
30:AE信号取得部
4 :検査コントローラ
40:AE評価部
41:AE信号積分量算定部
42:ガスリーク量算定部
44:評価出力部
5 :製造コントローラ
60:加熱機構
61:過剰冷却機構
10: Cell 11: Fuel electrode 12: Solid electrolyte 13: Oxygen electrode 15: Gas flow path 16: Support body 17: Gas piping member 3: AE sensor 30: AE signal acquisition unit 4: Inspection controller 40: AE evaluation unit 41: AE signal integration amount calculation unit 42: gas leak amount calculation unit 44: evaluation output unit 5: production controller 60: heating mechanism 61: overcooling mechanism

Claims (11)

固体酸化物形燃料電池の検査装置であって、
前記固体酸化物形燃料電池に装着されるAEセンサと、
前記固体酸化物燃料電池に温度負荷が与えられている状況下で、前記AEセンサからの信号を取得するAE信号取得部と、
前記AE信号から前記固体酸化物形燃料電池におけるクラック発生を評価するAE評価部と、を備え
前記温度負荷は、
前記固体酸化物形燃料電池の製造時における高温から室温への降温による第1温度変化を含み、
前記第1温度変化による温度負荷が与えられている状況下で、前記AE信号取得部は、前記AEセンサからの信号を取得し、前記AE評価部は前記クラック発生を評価する、検査装置。
An inspection apparatus for a solid oxide fuel cell,
An AE sensor mounted on the solid oxide fuel cell;
Under conditions that the temperature load is applied to the solid oxide fuel cell, and the AE signal acquisition unit that acquires a signal from the AE sensor,
An AE evaluation unit that evaluates crack generation in the solid oxide fuel cell from the AE signal ,
The temperature load is
Including a first temperature change due to a temperature drop from a high temperature to a room temperature during manufacture of the solid oxide fuel cell;
The inspection apparatus in which the AE signal acquisition unit acquires a signal from the AE sensor and the AE evaluation unit evaluates the occurrence of the crack under a situation where a temperature load due to the first temperature change is given .
前記温度負荷が、前記固体酸化物形燃料電池の駆動温度と室温との間の第2温度変化をさらに含む、請求項1に記載の検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1, wherein the temperature load further includes a second temperature change between a driving temperature of the solid oxide fuel cell and room temperature. 前記温度負荷が複数回与えられる請求項1または2に記載の検査装置。   The inspection apparatus according to claim 1, wherein the temperature load is given a plurality of times. 前記AE評価部は、取得されたAE信号の積分量に基づいて前記クラック発生を評価する請求項1から3のいずれか一項に記載の検査装置。   The said AE evaluation part is an inspection apparatus as described in any one of Claim 1 to 3 which evaluates the said crack generation based on the integration amount of the acquired AE signal. 前記AE信号の積分量から前記クラック発生に起因するガスリーク量を導出する積分量−ガスリーク量テーブルが備えられており、導出された前記ガスリーク量に基づいて前記固体酸化物形燃料電池の品質評価が行われる請求項4に記載の検査装置。   An integral amount-gas leak amount table for deriving the gas leak amount resulting from the occurrence of cracks from the integral amount of the AE signal is provided, and quality evaluation of the solid oxide fuel cell is performed based on the derived gas leak amount. The inspection device according to claim 4 performed. 前記AEセンサが、固体酸化物形燃料電池本体に燃料ガスや酸化剤ガスを供給する金属製配管部材に取り付けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の検査装置。   The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the AE sensor is attached to a metal piping member that supplies fuel gas or oxidant gas to a solid oxide fuel cell main body. 前記温度負荷、零下15度から零下5度までの零下温度と、室温との間の第3温度変化をさらに含み、
当該第3温度負荷が与えられている状況下で前記AEセンサからの信号が取得される過剰冷却AE検査が実施される請求項1から6のいずれか一項に記載の検査装置。
The temperature load further comprises a sub-zero temperature of below zero 15 degrees to minus 5 degrees, the third temperature change between the room temperature,
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein an overcooling AE inspection is performed in which a signal from the AE sensor is acquired under a situation where the third temperature load is applied.
固体酸化物形燃料電池の検査方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池にAEセンサを装着する工程と、
前記固体酸化物燃料電池に温度負荷が与えられている状況下で、前記AEセンサからの信号を取得するAE信号取得工程と、
前記AE信号から前記固体酸化物形燃料電池におけるクラック発生を評価するAE評価工程と、を備え
前記温度負荷は、
前記固体酸化物形燃料電池の製造時における高温から室温への降温による第1温度変化を含み、
前記第1温度変化による温度負荷が与えられている状況下で、前記AE信号取得工程では、前記AEセンサからの信号を取得し、前記AE評価工程では前記クラック発生を評価する、検査方法。
A method for inspecting a solid oxide fuel cell, comprising:
Attaching an AE sensor to the solid oxide fuel cell;
Under conditions that the temperature load is applied to the solid oxide fuel cell, and the AE signal acquisition step of acquiring a signal from the AE sensor,
An AE evaluation step for evaluating crack generation in the solid oxide fuel cell from the AE signal ,
The temperature load is
Including a first temperature change due to a temperature drop from a high temperature to a room temperature during manufacture of the solid oxide fuel cell;
An inspection method in which a signal from the AE sensor is acquired in the AE signal acquisition step and the occurrence of the crack is evaluated in the AE evaluation step under a situation where a temperature load due to the first temperature change is given .
前記AE評価工程において、取得されたAE信号の積分量に基づいて前記クラック発生が評価される請求項8に記載の検査方法。   The inspection method according to claim 8, wherein in the AE evaluation step, the occurrence of cracks is evaluated based on an integral amount of the acquired AE signal. 前記AE信号の積分量から前記クラック発生に起因するガスリーク量を導出する積分量−ガスリーク量テーブルを用いてガスリーク量が導出され、当該ガスリーク量に基づいて前記固体酸化物形燃料電池の品質評価が行われる請求項9に記載の検査方法。   A gas leak amount is derived from an integral amount of the AE signal using an integral amount-gas leak amount table for deriving a gas leak amount resulting from the occurrence of the crack, and the quality evaluation of the solid oxide fuel cell is performed based on the gas leak amount. The inspection method of Claim 9 performed. 前記温度負荷、零下15度から零下5度までの零下温度と、室温との間の第3温度変化をさらに含み、
当該第3温度負荷が与えられている状況下で前記AEセンサからの信号が取得される過剰冷却AE検査工程がさらに備えられている請求項8から10のいずれか一項に記載の検査方法。
The temperature load further comprises a sub-zero temperature of below zero 15 degrees to minus 5 degrees, the third temperature change between the room temperature,
The inspection method according to any one of claims 8 to 10, further comprising an overcooling AE inspection step in which a signal from the AE sensor is acquired under a situation where the third temperature load is applied.
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