JP6888918B2 - 固体酸化物型電解質燃料電池試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体酸化物型電解質燃料電池にパルス電圧の悪影響を軽減する検査装置の検査結果の信頼性を向上させる固体酸化物型電解質燃料電池試験装置、特に高温電解水素発生試験に関する。

従来技術の台湾特許第I４５６２３０号公報には、関連する電池ユニットと、ガス供給機構と、燃料供給機構などの構造体を収容する担体機構を用いて、開放平面型固体酸化物燃料電池検出装置が開示され、また日本特開２００８−１３０５６８公報には、関連する固体酸化物型電池の製作方法が開示されている。

従来の技術には、OCV測定や分極曲線測定や検出装置耐久性測定を含む開放平面型固体酸化物燃料電池の検査装置がある。

しかし、長期試験または繰り返し動作のためこのような酸化物フレークを生成することができ、酸化物フレークを減少させる金属材料の高温での反応を改善するための主要材料として、アルミナセラミックを採用した燃料電池の抵抗を増加させずに、それから燃料電池の劣化を緩和する。
しかしながらテスト結果及び燃料電池の寿命に影響を与えるだけでなく、燃料電池の被毒をもたらすため、元の構造形状を変化したり金属イオン揮発を妨害したりすることである。また高温電解水素生成試験中、パルス電圧は、全体的な試験結果の試験装置及び不安定性に悪影響を生ずる。

さらに従来技術の燃料供給機構は、水に変換するガス蒸発器と直列に設けられており、燃料電池への燃料と共に導入しておりがある。しかし、従来のガス蒸発器が均等に水を拡散ため機構を提供させずに、また外部供給された水が入力継続おいて、周壁加熱だけが不均一な加熱につながることが多い、そして水電解水素発生の蒸発が不完全になり、電解水素生成の試験結果にも予想外にも引き起こされた。

従来技術の欠点を解決するため、本発明者らは、これらの従来技術における欠点を改善することを目指しており、本発明は、以下において明らかする。

台湾特許第I４５６２３０号公報 特開２０１１−１９２４６３号公報 ＷＯ２００９／０２８１６９号公報 特開２００８−１３０５６８号公報

本発明は、固体酸化物型電解質燃料電池にパルス電圧の悪影響を軽減する検査装置の検査結果の信頼性を向上させる固体酸化物型電解質燃料電池試験装置、特に高温電解水素発生試験に関する。

本発明は、固体酸化物型電解質燃料電池の検査装置を提供する、固体酸化物燃料電池試験装置における燃料供給機構に搭載し、外部の水供給源に直列に接続する管状蒸発器を有し、管状蒸発器内部の多層多孔性充填材は、高温水電解水素試験中に燃料電池にパルス電圧による悪影響を緩和するために、流入する水の均一な加熱、拡散を促進することができ、安定して水蒸気を供給して燃料と伴に燃料電池に導入することによって、より高い信頼性での水電気分解試験を行い、固体酸化物燃料電池の水素発生を行うことが達成される。

本発明の主要な目的は、固体酸化物型電解質燃料電池の検査装置を提供することである、固体酸化物燃料電池試験装置における燃料供給機構に搭載し、外部の水供給源に直列に接続する管状蒸発器を有し、管状蒸発器内部で多層多孔性充填材は、高温水電解水素試験中に燃料電池にパルス電圧による悪影響の緩和のために、流入する水の均一な加熱、拡散を促進することができ、安定して水蒸気を供給して燃料と伴に燃料電池に導入し、より信頼性の高い水電気分解を伴う試験を可能とし、固体酸化物燃料電池の水素発生を得ることを達成される。

本発明のさらなる目的は、電気のピーク需要期間、ならびに日常生活や商業需要の必要性を満足させる固体酸化物型電解質燃料電池試験装置を提供することで、燃料電池が必要とされる電力を提供し続け、かつ、電気のオフピーク期間に、燃料電池が自給の所望の目標を達成するように、過剰なエネルギーを予備燃料として燃料電池用水素燃料に変換して、自身の必要性のために水素燃料を生成する。

上記の目的及び効果を達成するために、本発明によって採用された技術的手段は、担体機構とガス供給機構と燃料供給機構と管状蒸発器などを含む。

担体機構は２つの対向するアノード分流板及びカソード分流板を有し、カソード分流板がアノード分流板に相対する側でカソード集電網とカソード電圧線とカソード電流線とを備え、またカソード電圧線及びカソード電流線がカソード分流板に通過してカソード集電網に接続し、アノード分流板はカソード分流板に相対する側でアノード集電網とアノード電圧線とアノード電流線とを備え、またアノード電圧線及びアノード電流線がアノード分流板に通過してアノード集電網を接続している。

カソードとアノードとの間に電池ユニットが設けられ、電池ユニットのカソードは、カソード電圧線とカソード電流線とに接触し、及び電池ユニットのアノードは、アノード電圧線とアノード電流線とに接触する。

ガス供給機構は、担体機構の一側に設けられて、カソード分流板に接続されたカソードガス導管と、カソードガス導管他端に接続された空気３方マニホールドと、空気３方マニホールドの他端に接続された電池ユニットのカソード熱電対とを具える。

燃料供給機構は、担体機構の他方の側に設けられて、アノード分流板に接続されたアノードガス導管と、アノードガス導管他端に接続された燃料３方マニホールドと、燃料３方マニホールドの他端に接続された電池ユニットのアノード熱電対を具える。

電池ユニットは、カソード電流線とアノード電流線とを介して外部の直流電源に接続され、管状蒸発器の一端に燃料供給機構の燃料マニホールドの一端を接続され、かつ管状蒸発器の他端に水管を介して外部の水供給源に接続され、そして担体機構は高温炉内に配置されて、高温炉で生じる熱で外部から管状蒸発器に導入された水を加熱して水を蒸気に変換して、燃料とともに燃料３方マニホールドを介して、アノードガス導管に供給される。

さらに、本発明の固体酸化物型電解質燃料電池の検査装置において、管状蒸発器の内部に多層充填材が設けられ、前記水管は多層充填材に接続される。

さらに、前記多層充填材は金属網である。

さらに、本発明の固体酸化物型電解質燃料電池の検査装置において、担体機構は外部に開放された担体機構である。

添付の図面と併せて他の目的の本発明の利点および新規な特徴は、以下の詳細な説明からより明らかになる。

図１−３に示すように、本発明の固体酸化物型電解質燃料電池試験装置は、担体機構１と、ガス供給機構２と、燃料供給機構３と、管状蒸発器４とを備える。

担体機構１は、２つの対向するアノード分流板１２及びカソード分流板１１を有し、カソード分流板１１は、アノード分流板１２に相対する側にカソード集電網１１１とカソード電圧線１１２とカソード電流線１１３とを備え、カソード電圧線１１２及びカソード電流線１１３はカソード分流板１１を通過してカソード集電網１１１に接続し、
また、アノード分流板１２は、カソード分流板１１に相対する側にアノード集電網１２１とアノード電圧線１２２とアノード電流線１２３とを備え、アノード電圧線１２２及びアノード電流線１２３はアノード分流板１２を通過してアノード集電網１２１に接続する。

電池ユニットＢは、カソード集電網１１１とアノード集電網１２１との間に設けられ、電池ユニットＢのカソードは、カソード電圧線１１２とカソード電流線１１３とに接触し、及び電池ユニットＢのアノードは、アノード電圧線１２２とアノード電流線１２３とに接触する。

ガス供給機構２は、担体機構１の一側に設けられ、カソード分流板１１に接続されたカソードガス導管２１、カソードガス導管２１他端に接続された空気３方マニホールド２２、及び空気３方マニホールド２２の他端に接続された電池ユニットＢのカソード熱電対２３を具え、カソードガス導管２１の外周面にカソード支持枠２４を設ける。

燃料供給機構３は、担体機構１の他方の側に設けられて、アノード分流板１２に接続されたアノードガス導管３１、アノードガス導管３１他端に接続された燃料３方マニホールド３２、及び燃料３方マニホールド３２の他端に接続された電池ユニットＢのアノード熱電対３３を具え、アノードガス導管３１の外周面にアノード支持枠３４を設ける。

管状蒸発器４の一端に燃料供給機構３の燃料マニホールド３２の一端が接続され、かつ管状蒸発器４の他端は水管４２を介して外部水源に接続され、担体機構１が高温炉Ａ内に配置されると、高温炉で発生した熱が外部から管状蒸発器４に導入された水を加熱して水を蒸気に変換し、燃料とともに燃料３方マニホールドを介してアノードガス導管に供給される。

上記本発明の固体酸化物型電解質燃料電池の試験装置の構成は、燃料電池発電の検出に適用可能である。実際の応用に際しては、設定温度保たれた高温炉Ａの収容空間Ａ１内に担体機構１を配置し、高温炉Ａの外側に管状蒸発器４を配置し、カソード電圧線１１２とアノード電圧線１２２との間に電圧計５を接続し、およびカソード電流線１１３とアノード電流線１２３との間に検流計６を接続している。

空気が空気入口２２１とガス３方マニホールド２２を介してカソードガス管２１に導入され、また、管状蒸発器４内の水は加熱のため高温炉Ａで発生した熱を利用して、また管状蒸発器４内の多層充填材４１によって水が均一に分散させられて、安定した蒸気を生成するように均一に加熱され、燃料入口４３１から導入される燃料と共に水蒸気が燃料３方マニホールド３２を介してアノードガス導管３１に導入され、水蒸気を含んだ燃料と空気とが反応のため、それぞれカソード分流板１１とアノード分流板１２を介して電池ユニットＢで均一に分散される。

カソード熱電対２３及びアノード熱電対３３は、電池ユニットＢの温度を監視して炉Ａの温度を適温に調整し、最後にカソード集電網１１１とアノード集電網１２１を介して、電池ユニットＢのカソード及びアノードとそれぞれ接触し、そして電流が電池ユニットＢから出力し、また残留空気と燃料または反応副生成物がカソード分流板１１とアノード分流板１２を介して直接排出される。

図４に示すように、実用的な応用に際しては、外部直流電源７がカソード電流線１１３とアノード電流線１２３との間に接続されており、他の構造体部分が図３と同じように示されている。
直流電源７にそれぞれ接続されたカソード電流線１１３とアノード電流線１２３を介して直流電源を供給して、電池ユニットＢのカソードとアノードで逆発電反応に起こし、アノードで水素ガスを生成する。電池ユニットＢは過剰なエネルギーを水素に変換し、燃料電池に使用するために想定されているような、電力オフピーク期間に自ら水素製造を生成することができる。
同時に、蒸発器４によって生成された水蒸気が電池ユニットＢへのパルス電圧の影響を効果的に低減することができ、そして高い信頼性で高温電解水素生成が達成される。

まとめると、本発明の固体酸化物型電解質燃料電池試験装置は、高温電解水素生成試験における水蒸気の安定供給を行って電池ユニットへの電圧パルスの悪影響を軽減し、信頼性及び有効性を改善する。

本発明の特徴および利点は、本発明の構造及び機能の詳細と共に前述の説明に記載されている事項により、制約されるものではないということが理解されるべきであり、これら開示はあくまで例示であって、詳細に関しては変更がなされ得るものであること、特に、形状、サイズ、および本発明の原理内の部品の配置等は、特許請求の範囲に表現される用語の広い一般的な意味によって解されるべきである。

本発明の構造を示す斜視模式図である。 本発明の管状蒸発器構造の断面図である。 本発明の第一実施形態の概略的な形態である。 本発明の第二実施形態の概略的な形態である。

１ 担体機構
１１ カソード分流板
１１１ ソード集電網
１１２ カソード電圧線
１１３ カソード電流線
１２ アノード分流板
１２１ アノード集電網
１２２ アノード電圧線
１２３ アノード電流線
２ ガス供給機構
２１ カソードガス導管
２２ 空気３方マニホールド
２２１ 空気入口
２３ カソード熱電対
２４ カソード支持枠
３ 燃料供給機構
３１ アノードガス導管
３２ 燃料３方マニホールド
３３ アノード熱電対
３４ アノード支持枠
４ 管状蒸発器
４１ 多層充填材
４２ 水管
４２１ 制御弁
４２２ 水入口
４３ ３方マニホールド
４３１ 燃料入口
５ 電圧計
６ 検流計
７ 直流電源
Ａ 高温炉
Ａ１ 収容空間
Ｂ 電池ユニット

Claims (2)

1. 担体機構、ガス供給機構、燃料供給機構及び管状蒸発器から構成される固体酸化物型電解質燃料電池試験装置であって、
   前記担体機構は、高温炉内に配置され、２つのそれぞれ対向するアノード分流板及びカソード分流板を備え、
   前記カソード分流板は、前記アノード分流板に相対する側にカソード集電網とカソード電圧線とカソード電流線を備えると共に該カソード電圧線とカソード電流線は前記カソード分流板に通過して前記カソード集電網に接続され、
   前記アノード分流板は、前記カソード分流板に相対する側にアノード集電網とアノード電圧線とアノード電流線を備えると共に該アノード電圧線とアノード電流線は前記アノード分流板を通過して前記アノード集電網に接続され、
   前記カソード集電網とアノード集電網との間に電池ユニットが配置され、該電池ユニットのカソードが前記カソード電圧線と前記カソード電流線に接触し、かつ前記電池ユニットのアノードが前記アノード電圧線と前記アノード電流線を接触し、
   前記ガス供給機構は、前記担体機構の一側に設けられて、前記カソード分流板に接続されたカソードガス導管と前記カソードガス導管の他端に接続された空気３方マニホールドと前記空気３方マニホールドの他端に接続された前記電池ユニットのカソード熱電対を具え、
   前記燃料供給機構は、前記担体機構に対して前記ガス供給機構の反対側に設けられて、前記アノード分流板に接続されたアノードガス導管と前記アノードガス導管他端に接続された燃料３方マニホールド及び前記燃料３方マニホールドの他端に接続された前記電池ユニットのアノード熱電対を具え、
   前記電池ユニットは、前記カソード電流線と前記アノード電流線を介して外部の直流電源に接続され、
   前記管状蒸発器は、その一端に前記燃料供給機構の前記燃料３方マニホールドの一端に接続すると共に、その他端に外部の水供給源に接続される水管を設け、
   前記管状蒸発器の内部には該水管から水を供給される金属網からなる多層充填材を設けて水を均一に分散させ、
   上記管状蒸発器の他端側から供給されるアノードガスを該多層充填材 を通して高温炉で発生した熱により多層充填材を加熱して水を蒸発させてアノードガスに加えて水蒸気を含んだ燃料ガスとして、
   前記燃料３方マニホールドを介して前記燃料供給機構に供給することを特徴とする固体酸化物型電解質燃料電池試験装置。
2. 前記担体機構は、試験対象である電池ユニットを着脱可能に担持することを特徴とする請求項１記載の固体酸化物型電解質燃料電池試験装置。
   

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