JPH05205762A - 単位燃料電池の特性評価装置 - Google Patents
単位燃料電池の特性評価装置Info
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- JPH05205762A JPH05205762A JP4009549A JP954992A JPH05205762A JP H05205762 A JPH05205762 A JP H05205762A JP 4009549 A JP4009549 A JP 4009549A JP 954992 A JP954992 A JP 954992A JP H05205762 A JPH05205762 A JP H05205762A
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【目的】単位セルの発電特性およびガスシ−ル特性を効
率よく評価できる特性評価装置により、不良単位セルを
早期に弁別することにある。 【構成】供試単位セル１をその一対の電極との間に反応
ガス通路を保持して挟持するそれぞれ一対の通電電極２
Ａ，２Ｂと、スチ−ムを熱源として供試単位セルを作動
温度に保持するセラミック製の熱交換器３Ａ，３Ｂと、
押圧板４Ａ，４Ｂとの積層体１０で挟み、これを荷重検
出器７および油圧昇降装置８圧縮バネ６とを介してプレ
ス枠９に挟持して積層面に面圧を加え、押圧板に支持し
たマニホ−ルド５を積層体の四方の側面に気密に押圧接
触させるよう特性評価装置の本体部分を構成する。ま
た、これに反応ガスの制御装置、発電特性評価回路、反
応ガス通路の異常を検知する差圧計、および供試単位セ
ルのガス漏れ特性を評価するリ−クガス流量計を組み合
わせる。
率よく評価できる特性評価装置により、不良単位セルを
早期に弁別することにある。 【構成】供試単位セル１をその一対の電極との間に反応
ガス通路を保持して挟持するそれぞれ一対の通電電極２
Ａ，２Ｂと、スチ−ムを熱源として供試単位セルを作動
温度に保持するセラミック製の熱交換器３Ａ，３Ｂと、
押圧板４Ａ，４Ｂとの積層体１０で挟み、これを荷重検
出器７および油圧昇降装置８圧縮バネ６とを介してプレ
ス枠９に挟持して積層面に面圧を加え、押圧板に支持し
たマニホ−ルド５を積層体の四方の側面に気密に押圧接
触させるよう特性評価装置の本体部分を構成する。ま
た、これに反応ガスの制御装置、発電特性評価回路、反
応ガス通路の異常を検知する差圧計、および供試単位セ
ルのガス漏れ特性を評価するリ−クガス流量計を組み合
わせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、りん酸形燃料電池の
単位セルの量産製造ラインにおいて、単位セルの良否の
選別に使用される特性評価装置に関する。
単位セルの量産製造ラインにおいて、単位セルの良否の
選別に使用される特性評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４はリブ付電極基材を用いたりん酸形
燃料電池の単位セルを展開して示す斜視図であり、単位
セル１はりん酸を保持したマトリックス３４を挟んでそ
の両側に燃料電極３１Ｆおよび空気電極３１Ａを配した
構造となっており、燃料電極３１Ｆはガス透過性の電極
基材３３Ｆのマトリックス側の面に電極触媒層３２Ｆを
設けたものからなり、空気電極３１Ａも同様に電極基材
３３Ａと電極触媒層３２Ａとで構成される。電極基材３
３Ｆ，３３Ａはそれぞれ燃料ガスの供給溝３５Ｆおよび
酸化剤としての反応空気の供給溝３５Ａを互いに直交す
る方向に備え、隣接する単位セル間にガス不透過性のセ
パレ−ト板３９を配して積層することによりガス区分さ
れ、反応ガスの供給溝（燃料ガス通路３５Ｆおよび反応
空気通路３５Ａ）を介して燃料電極には水素リッチな燃
料ガスを，空気電極には酸化剤としての空気を供給する
ことにより、電極触媒層３２Ｆ，３２Ａ間で電気化学反
応に基づく発電が行われる。なお、反応ガスの供給溝を
セパレ−ト板側に形成したリブ付セパレ−ト板を用いた
単位セルも知られている。
燃料電池の単位セルを展開して示す斜視図であり、単位
セル１はりん酸を保持したマトリックス３４を挟んでそ
の両側に燃料電極３１Ｆおよび空気電極３１Ａを配した
構造となっており、燃料電極３１Ｆはガス透過性の電極
基材３３Ｆのマトリックス側の面に電極触媒層３２Ｆを
設けたものからなり、空気電極３１Ａも同様に電極基材
３３Ａと電極触媒層３２Ａとで構成される。電極基材３
３Ｆ，３３Ａはそれぞれ燃料ガスの供給溝３５Ｆおよび
酸化剤としての反応空気の供給溝３５Ａを互いに直交す
る方向に備え、隣接する単位セル間にガス不透過性のセ
パレ−ト板３９を配して積層することによりガス区分さ
れ、反応ガスの供給溝（燃料ガス通路３５Ｆおよび反応
空気通路３５Ａ）を介して燃料電極には水素リッチな燃
料ガスを，空気電極には酸化剤としての空気を供給する
ことにより、電極触媒層３２Ｆ，３２Ａ間で電気化学反
応に基づく発電が行われる。なお、反応ガスの供給溝を
セパレ−ト板側に形成したリブ付セパレ−ト板を用いた
単位セルも知られている。
【０００３】ところで、上述の単位セルの出力電圧（セ
ル電圧）は通常０．８Ｖ以下と低いため、出力数百ｋｗ
の大容量発電装置を得るためには、数百枚程度の単位セ
ルを積層して出力電圧を数百Ｖ程度に高め、かつ単位セ
ルの電極面積を数千ｃｍ2 程度に大型化して出力電流を
数百Ａオ−ダに高めた積層燃料電池（スタック）が用い
られる。このように、多数の単位セルの積層体として構
成されるスタックにおいて、単位セルの積層数に比例し
た出力電力を得るためには単位セル相互の品質のばらつ
きが少ないことが重要であり、例えば、各単位セルの電
極反応が均一で単位セル間に発電性能の差がなく、かつ
単位セルのマトリックスにりん酸が均一に含浸されて電
極間に加わる反応ガスの差圧に耐え、反応ガスの吹き抜
けやマトリックスを透過する反応ガスのリ−ク量が少な
いことが求められる。しかしながら、単位セルの品質の
ばらつきをチェックするための特性評価試験には大掛か
りな評価装置と、複雑な試験手順に基づく長時間の試験
操作を必要とするため、多数の単位セルについて個々に
特性評価を行うことが困難であり、通常スタックが完成
した時点で総合的な特性評価試験が行われている。
ル電圧）は通常０．８Ｖ以下と低いため、出力数百ｋｗ
の大容量発電装置を得るためには、数百枚程度の単位セ
ルを積層して出力電圧を数百Ｖ程度に高め、かつ単位セ
ルの電極面積を数千ｃｍ2 程度に大型化して出力電流を
数百Ａオ−ダに高めた積層燃料電池（スタック）が用い
られる。このように、多数の単位セルの積層体として構
成されるスタックにおいて、単位セルの積層数に比例し
た出力電力を得るためには単位セル相互の品質のばらつ
きが少ないことが重要であり、例えば、各単位セルの電
極反応が均一で単位セル間に発電性能の差がなく、かつ
単位セルのマトリックスにりん酸が均一に含浸されて電
極間に加わる反応ガスの差圧に耐え、反応ガスの吹き抜
けやマトリックスを透過する反応ガスのリ−ク量が少な
いことが求められる。しかしながら、単位セルの品質の
ばらつきをチェックするための特性評価試験には大掛か
りな評価装置と、複雑な試験手順に基づく長時間の試験
操作を必要とするため、多数の単位セルについて個々に
特性評価を行うことが困難であり、通常スタックが完成
した時点で総合的な特性評価試験が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】単位セルの積層体から
なるスタックは、多数の単位セルに直列に出力電流が流
れるので、積層体中に一つでもガスシ−ル性能に欠陥の
ある単位セルが含まれていると、燃料ガスと反応空気が
混合して爆鳴気を生ずる危険性が高まるため、評価試験
が不可能になる。また、セル電圧の低い単位セルが介在
すると、その単位セルは出力電流に対して単なる抵抗負
荷となって発熱し、ついには隣接する単位セルを含めて
燃損する事態に進展する。スタックの特性評価試験でこ
れらの不良単位セルが発見された場合、スタックを分解
して新しい単位セルに交換するための大掛かりな分解修
理が必要であり、経済的に大きな不利益を生ずるという
問題があった。
なるスタックは、多数の単位セルに直列に出力電流が流
れるので、積層体中に一つでもガスシ−ル性能に欠陥の
ある単位セルが含まれていると、燃料ガスと反応空気が
混合して爆鳴気を生ずる危険性が高まるため、評価試験
が不可能になる。また、セル電圧の低い単位セルが介在
すると、その単位セルは出力電流に対して単なる抵抗負
荷となって発熱し、ついには隣接する単位セルを含めて
燃損する事態に進展する。スタックの特性評価試験でこ
れらの不良単位セルが発見された場合、スタックを分解
して新しい単位セルに交換するための大掛かりな分解修
理が必要であり、経済的に大きな不利益を生ずるという
問題があった。
【０００５】この発明の目的は、単位セルの発電特性お
よびガスシ−ル特性を効率よく評価できる特性評価装置
により、不良単位セルを早期に弁別することにある。
よびガスシ−ル特性を効率よく評価できる特性評価装置
により、不良単位セルを早期に弁別することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、りん酸を含むマトリックスを一
対の燃料電極および空気電極で挟持した単位セルを実運
転状態を模擬した作動温度，反応ガスの供給量，および
電気的出力状態に保持して特性評価を行うものにおい
て、供試単位セルをその一対の電極との間に反応ガス通
路を保持して挟持するそれぞれ一対の通電電極，スチ−
ムを熱源として供試単位セルを作動温度に保持するセラ
ミック製熱交換器，および押圧板の積層体が、その下方
に配された荷重検出器および油圧昇降装置と、上方に配
された圧縮バネとを介してプレス枠に挟持され、前記反
応ガス通路に燃料ガスおよび反応ガスを給排出するマニ
ホ−ルドが前記積層体の側面に気密に押圧接触するよう
前記押圧板に支持されてなるものとする。
に、この発明によれば、りん酸を含むマトリックスを一
対の燃料電極および空気電極で挟持した単位セルを実運
転状態を模擬した作動温度，反応ガスの供給量，および
電気的出力状態に保持して特性評価を行うものにおい
て、供試単位セルをその一対の電極との間に反応ガス通
路を保持して挟持するそれぞれ一対の通電電極，スチ−
ムを熱源として供試単位セルを作動温度に保持するセラ
ミック製熱交換器，および押圧板の積層体が、その下方
に配された荷重検出器および油圧昇降装置と、上方に配
された圧縮バネとを介してプレス枠に挟持され、前記反
応ガス通路に燃料ガスおよび反応ガスを給排出するマニ
ホ−ルドが前記積層体の側面に気密に押圧接触するよう
前記押圧板に支持されてなるものとする。
【０００７】また、バイアス電源およびパワ−トランジ
スタの直列回路からなり供試単位セルの出力電流を所定
値に制御して計測する電流制御装置と、電圧検出装置と
からなる発電特性評価回路が一対の通電電極間に接続さ
れてなるものとする。さらに、反応ガスの排出系に配さ
れて燃料オフガス中の水素濃度および空気オフガス中の
酸素濃度を検出する分析計と、反応ガスの供給系に配さ
れ前記分析計の出力信号に基づいて燃料ガスおよび反応
空気の供給量を制御する流量調節器とを備えてなるも
の、および反応ガスの排出系と供給系とに連結されて両
系間の圧力差を検出する差圧計を備えてなるものとす
る。
スタの直列回路からなり供試単位セルの出力電流を所定
値に制御して計測する電流制御装置と、電圧検出装置と
からなる発電特性評価回路が一対の通電電極間に接続さ
れてなるものとする。さらに、反応ガスの排出系に配さ
れて燃料オフガス中の水素濃度および空気オフガス中の
酸素濃度を検出する分析計と、反応ガスの供給系に配さ
れ前記分析計の出力信号に基づいて燃料ガスおよび反応
空気の供給量を制御する流量調節器とを備えてなるも
の、および反応ガスの排出系と供給系とに連結されて両
系間の圧力差を検出する差圧計を備えてなるものとす
る。
【０００８】さらにまた、反応ガスの供給および排出を
遮断した２対のマニホ−ルドの一方の対側に所定の圧力
の窒素ガスを供給し、供試単位セルを透過して他方の対
側に漏れる窒素ガス量を計測するリ−クガス流量計を備
えてなるものとする。
遮断した２対のマニホ−ルドの一方の対側に所定の圧力
の窒素ガスを供給し、供試単位セルを透過して他方の対
側に漏れる窒素ガス量を計測するリ−クガス流量計を備
えてなるものとする。
【０００９】
【作用】この発明の構成において、供試単位セルを、そ
の一対の電極との間に反応ガス通路を保持して挟持する
それぞれ一対の通電電極，スチ−ムを熱源として供試単
位セルを作動温度に保持するセラミック製の熱交換器，
および押圧板の積層体で挟み、その下方に配された荷重
検出器および油圧昇降装置と、上方に配された圧縮バネ
とを介してプレス枠に挟持し，積層面に面圧を加えて供
試単位セルのガスシ−ルを行い、この状態で押圧板に支
持したマニホ−ルドを積層体の四方の側面に気密に押圧
接触させるよう単位燃料電池（単位セル）の特性評価装
置の本体部分を構成したことにより、供試単位セルに反
応ガスを供給できる状態にする準備作業を自動化された
特性評価装置により容易化できる。また、セラミックを
用いたことにより熱伝導性にすぐれ，スチ−ムを熱媒体
としたことにより温度制御が容易かつ迅速な熱交換器に
より、試験開始時には供試単位セルを迅速に作動温度に
加熱し，発電時には発電生成熱を吸収して供試単位セル
を作動温度に保持する機能が得られる。
の一対の電極との間に反応ガス通路を保持して挟持する
それぞれ一対の通電電極，スチ−ムを熱源として供試単
位セルを作動温度に保持するセラミック製の熱交換器，
および押圧板の積層体で挟み、その下方に配された荷重
検出器および油圧昇降装置と、上方に配された圧縮バネ
とを介してプレス枠に挟持し，積層面に面圧を加えて供
試単位セルのガスシ−ルを行い、この状態で押圧板に支
持したマニホ−ルドを積層体の四方の側面に気密に押圧
接触させるよう単位燃料電池（単位セル）の特性評価装
置の本体部分を構成したことにより、供試単位セルに反
応ガスを供給できる状態にする準備作業を自動化された
特性評価装置により容易化できる。また、セラミックを
用いたことにより熱伝導性にすぐれ，スチ−ムを熱媒体
としたことにより温度制御が容易かつ迅速な熱交換器に
より、試験開始時には供試単位セルを迅速に作動温度に
加熱し，発電時には発電生成熱を吸収して供試単位セル
を作動温度に保持する機能が得られる。
【００１０】また、バイアス電源およびパワ−トランジ
スタの直列回路からなり供試単位セルの出力電流を所定
値に制御して計測する電流制御装置と、電圧検出装置と
からなる発電特性評価回路を一対の通電電極間に接続す
るよう構成したことにより、通常パワ−トランジスタで
は制御できない単位セルの低電圧，大電流出力を、直列
バイアス電源でパワ−トランジスタのコレクタ−エミッ
タ間の電圧を高めることにより制御することが可能にな
る。
スタの直列回路からなり供試単位セルの出力電流を所定
値に制御して計測する電流制御装置と、電圧検出装置と
からなる発電特性評価回路を一対の通電電極間に接続す
るよう構成したことにより、通常パワ−トランジスタで
は制御できない単位セルの低電圧，大電流出力を、直列
バイアス電源でパワ−トランジスタのコレクタ−エミッ
タ間の電圧を高めることにより制御することが可能にな
る。
【００１１】さらに、反応ガスの排出系に燃料オフガス
中の水素濃度および空気オフガス中の酸素濃度を検出す
る分析計と、反応ガスの供給系に分析計の出力信号に基
づいて燃料ガスおよび反応空気の供給量を制御する流量
調節器とを設けたことにより、単位セルにおける水素お
よび酸素の濃度およびその消費率を基準状態に保持して
特性評価を行えるので、精度の高い特性評価が可能にな
る。また、反応ガスの排出系と供給系とに連結されて両
系間の圧力差を検出する差圧計を備えるよう構成すれ
ば、反応ガス通路の流体抵抗の異常の有無を差圧の検出
値を基準値と比較することにより、簡単に評価できる機
能が得られる。
中の水素濃度および空気オフガス中の酸素濃度を検出す
る分析計と、反応ガスの供給系に分析計の出力信号に基
づいて燃料ガスおよび反応空気の供給量を制御する流量
調節器とを設けたことにより、単位セルにおける水素お
よび酸素の濃度およびその消費率を基準状態に保持して
特性評価を行えるので、精度の高い特性評価が可能にな
る。また、反応ガスの排出系と供給系とに連結されて両
系間の圧力差を検出する差圧計を備えるよう構成すれ
ば、反応ガス通路の流体抵抗の異常の有無を差圧の検出
値を基準値と比較することにより、簡単に評価できる機
能が得られる。
【００１２】さらにまた、反応ガスの供給および排出を
遮断した２対のマニホ−ルドの一方の対側に所定の圧力
の窒素ガスを供給し、他方の対側に供試単位セルを透過
して漏れる窒素ガス量を計測するリ−クガス流量計を設
けたことにより、供試単位セルの機械的損傷、あるいは
マトリックスへのりん酸の含浸処理不良などに起因する
ガスシ−ル性能の欠陥の有無を評価する機能が得られ
る。
遮断した２対のマニホ−ルドの一方の対側に所定の圧力
の窒素ガスを供給し、他方の対側に供試単位セルを透過
して漏れる窒素ガス量を計測するリ−クガス流量計を設
けたことにより、供試単位セルの機械的損傷、あるいは
マトリックスへのりん酸の含浸処理不良などに起因する
ガスシ−ル性能の欠陥の有無を評価する機能が得られ
る。
【００１３】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる単位燃料電池の特性
評価装置の本体部分を模式化して示す側面図であり、従
来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことによ
り、重複した説明を省略する。図において、リブ付電極
基材を用いた供試単位セル１はその燃料電極および空気
電極に密接した一対の通電電極２Ａ，２Ｂと、これを支
持するセラミック材からなる熱交換器３Ａ，３Ｂと、さ
らにその両側に配された押圧板４Ａ，４Ｂとの積層体１
０に挟持され、積層体１０の下側が荷重検出器７および
油圧昇降装置８を介して，積層体の上部が圧縮ばね６を
介してプレス枠９に挟持されており、供試単位セル１を
積層体１０にセットした状態で油圧昇降装置８を上昇さ
せて圧縮ばね６を圧縮し、荷重検出器が所定の圧縮荷重
を検出した位置に油圧昇降装置を停止することにより、
各部の温度変化による膨張収縮を圧縮ばね６が吸収して
供試単位セル１に加わる面圧が所定値に保持され、供試
単位セル１はガスシ−ルされる。
る。図１はこの発明の実施例になる単位燃料電池の特性
評価装置の本体部分を模式化して示す側面図であり、従
来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことによ
り、重複した説明を省略する。図において、リブ付電極
基材を用いた供試単位セル１はその燃料電極および空気
電極に密接した一対の通電電極２Ａ，２Ｂと、これを支
持するセラミック材からなる熱交換器３Ａ，３Ｂと、さ
らにその両側に配された押圧板４Ａ，４Ｂとの積層体１
０に挟持され、積層体１０の下側が荷重検出器７および
油圧昇降装置８を介して，積層体の上部が圧縮ばね６を
介してプレス枠９に挟持されており、供試単位セル１を
積層体１０にセットした状態で油圧昇降装置８を上昇さ
せて圧縮ばね６を圧縮し、荷重検出器が所定の圧縮荷重
を検出した位置に油圧昇降装置を停止することにより、
各部の温度変化による膨張収縮を圧縮ばね６が吸収して
供試単位セル１に加わる面圧が所定値に保持され、供試
単位セル１はガスシ−ルされる。
【００１４】また、押圧板４Ａまたは４Ｂには例えば油
圧操作される４個のマニホ−ルド５が設けられ、積層体
１０の四方の端面にマニホ−ルド５が弾力接触すること
により、燃料ガス通路（３５Ｆ）には図示しない燃料ガ
ス供給系から燃料ガスが，反応空気通路（３５Ａ）には
図示しない反応空気の供給系から反応空気が供給され、
運転状態を模擬した供試単位セルの特性評価が可能にな
る。さらに、セラミック製の熱交換器３Ａ，３Ｂには単
位セルの作動温度より所定温度低いスチ−ムが通流さ
れ、セラミック材の持つ優れた熱伝導性およびスチ−ム
の持つ大きな熱エネルギ−を利用して、評価試験の開始
時には供試単位セルを急速に作動温度近くに加熱し、発
電試験時には供試単位セルの発電生成熱を吸収して供試
単位セル１をその作動温度に保持する温度制御が精度よ
く行われる。
圧操作される４個のマニホ−ルド５が設けられ、積層体
１０の四方の端面にマニホ−ルド５が弾力接触すること
により、燃料ガス通路（３５Ｆ）には図示しない燃料ガ
ス供給系から燃料ガスが，反応空気通路（３５Ａ）には
図示しない反応空気の供給系から反応空気が供給され、
運転状態を模擬した供試単位セルの特性評価が可能にな
る。さらに、セラミック製の熱交換器３Ａ，３Ｂには単
位セルの作動温度より所定温度低いスチ−ムが通流さ
れ、セラミック材の持つ優れた熱伝導性およびスチ−ム
の持つ大きな熱エネルギ−を利用して、評価試験の開始
時には供試単位セルを急速に作動温度近くに加熱し、発
電試験時には供試単位セルの発電生成熱を吸収して供試
単位セル１をその作動温度に保持する温度制御が精度よ
く行われる。
【００１５】図２はこの発明の実施例における供試単位
セルの発電特性評価回路を示す接続図であり、供試単位
セル１を挟持する通電電極２Ａ，２Ｂ間には電流制御装
置１２および電圧検出器１３からなる発電特性評価回路
１１が接続され、供試単位セル１の発電電流ｉを電流制
御装置１２によって例えば０〜５００Ａの範囲で制御
し、複数ステップの電流ｉに対応する出力電圧ｖを測定
することにより供試単位セルの発電特性（ｉ−ｖ特性）
が評価される。この時、供試単位セル１の出力電圧は１
Ｖ以下と低くパワ−トランジスタ１２Ｂだけでは５００
Ａにおよぶ低電圧大電流の制御を行えないが、出力電圧
が数Ｖ程度で大電流の通流が可能なバイアス電源１２Ａ
をパワ−トランジスタ１２Ｂのコレクタに直列接続する
よう電流制御回路１２を構成したことにより、供試単位
セルの出力電流の制御が可能になり、供試単位セルのｉ
−ｖ特性を評価することができる。
セルの発電特性評価回路を示す接続図であり、供試単位
セル１を挟持する通電電極２Ａ，２Ｂ間には電流制御装
置１２および電圧検出器１３からなる発電特性評価回路
１１が接続され、供試単位セル１の発電電流ｉを電流制
御装置１２によって例えば０〜５００Ａの範囲で制御
し、複数ステップの電流ｉに対応する出力電圧ｖを測定
することにより供試単位セルの発電特性（ｉ−ｖ特性）
が評価される。この時、供試単位セル１の出力電圧は１
Ｖ以下と低くパワ−トランジスタ１２Ｂだけでは５００
Ａにおよぶ低電圧大電流の制御を行えないが、出力電圧
が数Ｖ程度で大電流の通流が可能なバイアス電源１２Ａ
をパワ−トランジスタ１２Ｂのコレクタに直列接続する
よう電流制御回路１２を構成したことにより、供試単位
セルの出力電流の制御が可能になり、供試単位セルのｉ
−ｖ特性を評価することができる。
【００１６】図３はこの発明の実施例における反応ガス
系の制御および特性評価装置を示すシステム構成図であ
り、積層体１０に挟持された供試単位セル１には燃料ガ
ス供給系から流量調節器２２Ｆ，遮断弁２３Ｆ，および
マニホ−ルド５Ａを介して燃料ガス通路（３５Ｆ）に燃
料ガスが供給され、電極反応により水素の大部分が消費
された燃料オフガスはマニホ−ルド５Ｂ，遮断弁２４Ｆ
を介して排出系に放出される。また、反応空気供給系か
ら流量調節器２２Ａ，遮断弁２３Ａ，およびマニホ−ル
ド５Ｃを介して反応空気通路（３５Ａ）に反応空気が供
給され、酸素の一部が消費された空気オフガスはマニホ
−ルド５Ｄ，遮断弁２４Ａを介して排出系に放出され
る。
系の制御および特性評価装置を示すシステム構成図であ
り、積層体１０に挟持された供試単位セル１には燃料ガ
ス供給系から流量調節器２２Ｆ，遮断弁２３Ｆ，および
マニホ−ルド５Ａを介して燃料ガス通路（３５Ｆ）に燃
料ガスが供給され、電極反応により水素の大部分が消費
された燃料オフガスはマニホ−ルド５Ｂ，遮断弁２４Ｆ
を介して排出系に放出される。また、反応空気供給系か
ら流量調節器２２Ａ，遮断弁２３Ａ，およびマニホ−ル
ド５Ｃを介して反応空気通路（３５Ａ）に反応空気が供
給され、酸素の一部が消費された空気オフガスはマニホ
−ルド５Ｄ，遮断弁２４Ａを介して排出系に放出され
る。
【００１７】この発明の場合、水素濃度および酸素濃度
の分析計２８がオフガス系に接続され、燃料オフガス中
の水素濃度および空気オフガス中の酸素濃度を一定に保
持する分析計の出力指令信号により流量調節器２２Ｆ，
２２Ａで供給ガス量が制御されており、水素の消費率お
よび酸素の消費率を所定値に保持して供試単位セルの発
電特性を評価することができる。また、燃料ガスの入
口，出口のマニホ−ルド５Ａ，５Ｂ間には差圧計２５Ｆ
が、反応空気のそれには差圧計２５Ａが接続され任意の
反応ガス量に対する差圧を測定することにより、燃料ガ
ス通路および反応空気通路の流路に異常が有るか否かを
評価することができる。
の分析計２８がオフガス系に接続され、燃料オフガス中
の水素濃度および空気オフガス中の酸素濃度を一定に保
持する分析計の出力指令信号により流量調節器２２Ｆ，
２２Ａで供給ガス量が制御されており、水素の消費率お
よび酸素の消費率を所定値に保持して供試単位セルの発
電特性を評価することができる。また、燃料ガスの入
口，出口のマニホ−ルド５Ａ，５Ｂ間には差圧計２５Ｆ
が、反応空気のそれには差圧計２５Ａが接続され任意の
反応ガス量に対する差圧を測定することにより、燃料ガ
ス通路および反応空気通路の流路に異常が有るか否かを
評価することができる。
【００１８】さらに、燃料ガス側および反応空気側のマ
ニホ−ルドには遮断弁２６Ｆおよび２６Ａを介してリ−
クガス流量計２７が接続され、反応ガス系の遮断弁２３
Ｆ，２４Ｆ，２３Ａ，２４Ａを遮断した状態で遮断弁２
６Ｆ側から窒素ガスを供給して供試単位セル１の燃料ガ
ス通路，空気通路間に所定の差圧を加え、供試単位セル
を介して反応空気通路側に漏れる窒素ガス量をリ−クガ
ス流量計２７で計量することにより、供試単位セルの差
圧強度の不足や損傷に起因するガス漏れ、およびマトリ
ックスへのりん酸の含浸処理不良に起因するガス漏れを
検知できるよう構成され、供試単位セルのガス漏れ特性
を評価できる。
ニホ−ルドには遮断弁２６Ｆおよび２６Ａを介してリ−
クガス流量計２７が接続され、反応ガス系の遮断弁２３
Ｆ，２４Ｆ，２３Ａ，２４Ａを遮断した状態で遮断弁２
６Ｆ側から窒素ガスを供給して供試単位セル１の燃料ガ
ス通路，空気通路間に所定の差圧を加え、供試単位セル
を介して反応空気通路側に漏れる窒素ガス量をリ−クガ
ス流量計２７で計量することにより、供試単位セルの差
圧強度の不足や損傷に起因するガス漏れ、およびマトリ
ックスへのりん酸の含浸処理不良に起因するガス漏れを
検知できるよう構成され、供試単位セルのガス漏れ特性
を評価できる。
【００１９】
【発明の効果】この発明は前述のように、供試単位セル
をその一対の電極との間に反応ガス通路を保持して挟持
するそれぞれ一対の通電電極と、スチ−ムを熱源として
供試単位セルを作動温度に保持するセラミック製の熱交
換器と、押圧板との積層体で挟み、これを荷重検出器お
よび油圧昇降装置と、圧縮バネとを介してプレス枠に挟
持し、積層面に面圧を加えて供試単位セルのガスシ−ル
を行い、この状態で押圧板に支持したマニホ−ルドを積
層体の四方の側面に気密に押圧接触させるよう単位燃料
電池（単位セル）の特性評価装置の本体部分を構成する
とともに、これに水素および酸素の消費率を一定に保持
して反応ガスの供給量を制御する反応ガスの制御装置、
供試単位セルの定電圧，大電流出力を制御してｉ−ｖ特
性を測定する発電特性評価回路、反応ガス通路の異常を
検知する差圧計、および供試単位セルのガス漏れ特性を
評価するリ−クガス流量計を組み合わせるよう構成し
た。その結果、供試単位セルに反応ガスを供給できる状
態にする準備作業を自動化された特性評価装置により容
易化できるとともに、特性評価試験おも容易化できるの
で、単位セルの量産ラインにこの発明の単位燃料電池の
特性評価装置を組み込むことにより、品質が良好で特性
の揃った単位セルを選別して性能の優れたスタックを効
率よく組立てられる利点が得られる。また、スタックに
組立てた後特性評価を行う従来技術において、特性試験
中不良単位セルの損傷が隣接単位セルに波及するなどの
トラブルを排除できるとともに、不良単位セルや損傷単
位セルを交換するために余儀無くされたスタックの分解
修理が不用となるので、分解修理に要する費用および時
間が大幅に低減され、したがって大容量燃料電池の製造
コストおよび製造期間を大幅に縮減できる利点が得られ
る。
をその一対の電極との間に反応ガス通路を保持して挟持
するそれぞれ一対の通電電極と、スチ−ムを熱源として
供試単位セルを作動温度に保持するセラミック製の熱交
換器と、押圧板との積層体で挟み、これを荷重検出器お
よび油圧昇降装置と、圧縮バネとを介してプレス枠に挟
持し、積層面に面圧を加えて供試単位セルのガスシ−ル
を行い、この状態で押圧板に支持したマニホ−ルドを積
層体の四方の側面に気密に押圧接触させるよう単位燃料
電池（単位セル）の特性評価装置の本体部分を構成する
とともに、これに水素および酸素の消費率を一定に保持
して反応ガスの供給量を制御する反応ガスの制御装置、
供試単位セルの定電圧，大電流出力を制御してｉ−ｖ特
性を測定する発電特性評価回路、反応ガス通路の異常を
検知する差圧計、および供試単位セルのガス漏れ特性を
評価するリ−クガス流量計を組み合わせるよう構成し
た。その結果、供試単位セルに反応ガスを供給できる状
態にする準備作業を自動化された特性評価装置により容
易化できるとともに、特性評価試験おも容易化できるの
で、単位セルの量産ラインにこの発明の単位燃料電池の
特性評価装置を組み込むことにより、品質が良好で特性
の揃った単位セルを選別して性能の優れたスタックを効
率よく組立てられる利点が得られる。また、スタックに
組立てた後特性評価を行う従来技術において、特性試験
中不良単位セルの損傷が隣接単位セルに波及するなどの
トラブルを排除できるとともに、不良単位セルや損傷単
位セルを交換するために余儀無くされたスタックの分解
修理が不用となるので、分解修理に要する費用および時
間が大幅に低減され、したがって大容量燃料電池の製造
コストおよび製造期間を大幅に縮減できる利点が得られ
る。
【図１】この発明の実施例になる単位燃料電池の特性評
価装置の本体部分を模式化して示す側面図
価装置の本体部分を模式化して示す側面図
【図２】この発明の実施例における供試単位セルの発電
特性評価回路を示す接続図
特性評価回路を示す接続図
【図３】この発明の実施例における反応ガス系の特性評
価装置を示すシステム構成図
価装置を示すシステム構成図
【図４】リブ付電極基材を用いたりん酸形燃料電池の単
位セルを展開して示す斜視図
位セルを展開して示す斜視図
１ 単位セル ２Ａ 通電電極 ２Ｂ 通電電極 ３Ａ 熱交換器 ３Ｂ 熱交換器 ４Ａ 押圧板 ４Ｂ 押圧板 ５ マニホ−ルド ６ 圧縮ばね ７ 荷重検出器 ８ 油圧昇降装置 ９ プレス枠 １０ 積層体 １１ 発電特性評価回路 １２ 電流制御装置 １２Ａ バイアス電源 １３ 電圧検出器 ２２Ａ 流量調節器（反応空気側） ２２Ｆ 流量調節器（燃料ガス側） ２５ 差圧計 ２７ リ−クガス流量計 ２８ 分析計
Claims (5)
- 【請求項１】りん酸を含むマトリックスを一対の燃料電
極および空気電極で挟持した単位セルを実運転状態を模
擬した作動温度，反応ガスの供給量，および電気的出力
状態に制御して特性評価を行うものにおいて、供試単位
セルをその一対の電極との間に反応ガス通路を保持して
挟持するそれぞれ一対の通電電極，スチ−ムを熱源とし
て供試単位セルを作動温度に保持するセラミック製熱交
換器，および押圧板の積層体が、その下方に配された荷
重検出器および油圧昇降装置と、上方に配された圧縮バ
ネとを介してプレス枠に挟持され、前記反応ガス通路に
燃料ガスおよび反応ガスを給排出するマニホ−ルドが前
記積層体の側面に気密に押圧接触するよう前記押圧板に
支持されてなることを特徴とする単位燃料電池の特性評
価装置。 - 【請求項２】バイアス電源およびパワ−トランジスタの
直列回路からなり供試単位セルの出力電流を所定値に制
御して計測する電流制御装置と、電圧検出装置とからな
る発電特性評価回路が一対の通電電極間に接続されてな
ることを特徴とする請求項１記載の単位燃料電池の特性
評価装置。 - 【請求項３】反応ガスの排出系に配されて燃料オフガス
中の水素濃度および空気オフガス中の酸素濃度の分析計
と、反応ガスの供給系に配され，前記分析計の出力信号
に基づいて燃料ガスおよび反応空気の供給量を制御する
流量調節器とを備えてなることを特徴とする請求項１記
載の単位燃料電池の特性評価装置。 - 【請求項４】反応ガスの排出系と供給系とに連結されて
両系間の圧力差を検出する差圧計を備えてなることを特
徴とする請求項３記載の単位燃料電池の特性評価装置。 - 【請求項５】反応ガスの供給および排出を遮断した２対
のマニホ−ルドの一方の対側に所定の圧力の窒素ガスを
供給し、供試単位セルを透過して他方の対側に漏れる窒
素ガス量を計測するリ−クガス流量計を備えてなること
を特徴とする請求項１記載の単位燃料電池の特性評価装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4009549A JPH05205762A (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 単位燃料電池の特性評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4009549A JPH05205762A (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 単位燃料電池の特性評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05205762A true JPH05205762A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=11723362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4009549A Pending JPH05205762A (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 単位燃料電池の特性評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05205762A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6815107B2 (en) | 2001-07-26 | 2004-11-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Gas leak detection method for fuel cell |
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| CN107421765A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-01 | 南京分析仪器厂有限公司 | Cq‑1瓷珠消氢性能试验操作工艺及其使用装置 |
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-
1992
- 1992-01-23 JP JP4009549A patent/JPH05205762A/ja active Pending
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| CN111602279B (zh) * | 2018-04-17 | 2023-06-13 | 株式会社Lg化学 | 用于评估燃料电池堆性能的设备 |
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