JP6284814B2 - Method, apparatus and program for evaluating soundness of fuel gas flow path of 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燃料ガス流路の健全性評価に関する。さらに詳述すると、本発明は、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ得る構造となっているか否かを評価するのに好適な方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a soundness evaluation of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell. More specifically, in the present invention, the structure of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell is a structure that can appropriately contribute the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path to the electrode reaction. The present invention relates to a method, an apparatus, and a program suitable for evaluating whether or not there is a problem.
特許文献1には、固体酸化物形燃料電池の健全性を評価する方法が記載されている。具体的には、発電セルとセパレータを交互に積層してなるセルスタックを有し、発電セルの各々に反応用ガスを供給して発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池において、発電セルの各々に反応用ガスを供給した状態で、セルスタックの積層方向における両端間に試験信号を印加して各セパレータ間のインピーダンスを測定し、そのインピーダンス特性を相互に比較することによって、セルスタックの健全性を評価するようにしている。
特許文献1には、この評価方法によって、単セルユニットのいずれかに性能不良や不具合がある場合に、それが各発電セルに供給される反応用ガスの供給流量の均一性に起因しているのか、あるいは各セパレータ間の内部抵抗の均一性に起因しているのかを特定することが可能であると記載されている。
In
固体酸化物形燃料電池の開発においては、上記以外の健全性の評価も必要となり得る。例えば、ガス流路の健全性の評価、即ち、ガス流路の構造が、当該ガス流路に供給したガスを適切に電極反応に寄与させ得る構造となっているか否かの評価も必要となり得る。しかしながら、ガス流路の健全性の評価手法は、未だ確立されるに至っていない。 In the development of a solid oxide fuel cell, it may be necessary to evaluate the soundness other than the above. For example, it may be necessary to evaluate the soundness of the gas flow path, that is, whether the structure of the gas flow path is a structure that can appropriately contribute to the electrode reaction of the gas supplied to the gas flow path. . However, the method for evaluating the soundness of the gas flow path has not yet been established.
そこで、本発明は、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路について、その健全性を評価する方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method, an apparatus, and a program for evaluating the soundness of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell.
固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極にはメタン等を外部改質した燃料ガスを供給することが一般的であった。ここで、メタン等を外部改質した燃料ガスには、メタンは殆ど含まれていない。したがって、従来は、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極にメタンを殆ど含んでいないガスを供給することが一般的であった。 In general, fuel gas obtained by externally reforming methane or the like is supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell. Here, the fuel gas obtained by externally reforming methane or the like contains almost no methane. Therefore, conventionally, a gas containing almost no methane has been generally supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell.
ところが、本願発明者等が鋭意検討を行った結果、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極に水蒸気を含むメタン含有ガスを直接供給し、燃料ガス流路の入口(燃料ガス導入部)と燃料ガス流路の出口(燃料ガス排出部)においてガスの成分量(つまり、ガスを構成する各種成分の量)を正確に把握することによって、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握することができ、これにより、燃料ガス流路の健全性(つまり、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ得る構造であるか否か)を評価できることを知見するに至り、さらに種々検討を重ねて、本発明を完成するに至った。 However, as a result of intensive studies by the inventors of the present application, the methane-containing gas containing water vapor is directly supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell, and the inlet of the fuel gas flow path (fuel gas In the fuel electrode including the fuel gas flow path, by accurately grasping the amount of gas components (that is, the amount of various components constituting the gas) at the introduction part) and the outlet of the fuel gas flow path (fuel gas discharge part) It is possible to grasp the reaction state of methane, and accordingly, the soundness of the fuel gas flow path (that is, the structure of the fuel gas flow path appropriately supplies the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path). It has been found that it is possible to evaluate whether or not the structure can contribute to the reaction, and various studies have been repeated to complete the present invention.
即ち、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価方法は、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフにより分析し、メタン含有ガスと水蒸気を混合して反応用ガスとし、反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部からオフガスを排出させ、オフガスから水蒸気を除去して分析用オフガスとし、分析用オフガスの成分量をガスクロマトグラフ分析し、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握するようにしている。 That is, the method for evaluating the soundness of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell according to the present invention analyzes a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor using a gas chromatograph. Water vapor is mixed into a reaction gas, and the reaction gas is supplied to the fuel gas introduction part of the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell to discharge the fuel gas from the fuel electrode including the fuel gas flow path. The off-gas is discharged from the head, the water vapor is removed from the off-gas to make an analytical off-gas, the component amount of the analytical off-gas is analyzed by gas chromatograph, Calculates the amount of components, and performs mass balance calculation that takes into account chemical reactions that occur at the fuel electrode including the fuel gas flow path, using the component amounts of the reaction gas and the off-gas component for analysis. The Rukoto, calculates the component amounts of off-gas, using the ingredient amounts and components of the off-gas of the reaction gas, so that to grasp the reaction conditions of the methane in the fuel electrode including a fuel gas passage.
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価方法は、成分量が既知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスと水蒸気を混合して反応用ガスとし、反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部からオフガスを排出させ、オフガスから水蒸気を除去して分析用オフガスとし、分析用オフガスの成分量をガスクロマトグラフ分析し、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握するようにしている。 Further, the method for evaluating the soundness of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell of the present invention comprises mixing a methane-containing gas having a known component amount and substantially free of water vapor and water vapor to form a reaction gas, The reaction gas is supplied to the fuel gas introduction part of the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell, and the off gas is discharged from the fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path. Is removed as an analysis off-gas, and the amount of component of the off-gas for analysis is analyzed by gas chromatography, and the amount of the component of the reaction gas is calculated from the amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas. The off-gas component amount is calculated by performing mass balance calculation considering the chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path using the component amount and the off-gas component amount for analysis. Using the ingredient amounts and components of the off-gas of the scan, so that to grasp the reaction conditions of the methane in the fuel electrode including a fuel gas passage.
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価装置は、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフ分析して取得されるメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段と、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段とを有するものとしている。 Next, the soundness evaluation apparatus for a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell according to the present invention is obtained by gas chromatographic analysis of a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor. A fuel electrode including a fuel gas passage by supplying a component gas content gas, a reaction gas obtained by mixing a methane-containing gas and water vapor to a fuel gas introduction portion of a fuel electrode including a fuel gas passage of a solid oxide fuel cell Means for reading from the storage device the component amount of the analytical off gas obtained by gas chromatographic analysis of the analytical off gas from which the water vapor has been removed from the off gas discharged from the fuel gas discharge section, and the water vapor content of the reaction gas Calculate the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and use the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis to calculate the fuel gas flow. The off-gas component amount is calculated by performing a mass balance calculation in consideration of the chemical reaction occurring at the fuel electrode including the fuel gas, and the fuel gas flow path is included using the reaction gas component amount and the off-gas component amount. And means for obtaining the reaction status of methane at the fuel electrode.
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価装置は、成分量が既知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段と、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段とを有するものとしている。 In addition, the device for evaluating the soundness of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell according to the present invention includes a component amount of a methane-containing gas having a known component amount and substantially free of water vapor, and mixing the methane-containing gas and water vapor. The supplied reaction gas is supplied to the fuel gas introduction part of the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell, and water vapor is discharged from the off-gas discharged from the fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path. Means for reading the analysis offgas component amount obtained by gas chromatographic analysis of the removed analysis offgas and the water vapor content of the reaction gas from the storage device, the component amount of the methane containing gas and the water vapor of the reaction gas Calculate the amount of the reaction gas component from the content, and use the reaction gas component amount and the analysis off-gas component amount to take into account the chemical reaction that occurs in the fuel electrode including the fuel gas flow path. Means for calculating the off-gas component amount by calculating the off-gas component amount, and using the reaction gas component amount and the off-gas component amount to determine the reaction state of methane at the fuel electrode including the fuel gas flow path. I have it.
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価プログラムは、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフ分析して取得されるメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段、並びに、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段としてコンピュータを機能させるものとしている。 Next, the program for evaluating the integrity of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell according to the present invention is a methane obtained by gas chromatographic analysis of a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor. A fuel electrode including a fuel gas passage by supplying a component gas content gas, a reaction gas obtained by mixing a methane-containing gas and water vapor to a fuel gas introduction portion of a fuel electrode including a fuel gas passage of a solid oxide fuel cell Means for reading from the storage device the component amount of the off gas for analysis obtained by gas chromatographic analysis of the off gas for analysis obtained by removing the water vapor from the off gas discharged from the fuel gas discharge unit, and the water vapor content of the reaction gas, In addition, the component amount of the reaction gas is calculated from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis are used. By performing mass balance calculation taking into account the chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path, the amount of off-gas component is calculated, and the amount of component of the reaction gas and the amount of off-gas component are used to calculate the fuel gas. The computer functions as a means for obtaining the reaction state of methane at the fuel electrode including the flow path.
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価プログラムは、成分量が既知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段、並びに、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段としてコンピュータを機能させるものとしている。 The program for evaluating the soundness of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell according to the present invention includes a component amount of a methane-containing gas having a known component amount and substantially free of water vapor, and mixing methane-containing gas and water vapor. The supplied reaction gas is supplied to the fuel gas introduction part of the fuel electrode including the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell, and water vapor is discharged from the off-gas discharged from the fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path. Means for reading the analysis off-gas component amount obtained by gas chromatographic analysis of the removed analysis off- gas and the water vapor content of the reaction gas from the storage device, and the methane-containing gas component amount and the reaction gas Calculate the reaction gas component amount from the water vapor content, and consider the chemical reaction that occurs at the fuel electrode including the fuel gas flow path using the reaction gas component amount and the analysis off gas component amount. By calculating the mass balance calculation, the off-gas component amount is calculated, and the reaction state of methane in the fuel electrode including the fuel gas flow path is obtained by using the reaction gas component amount and the off-gas component amount. As a computer function.
本発明の固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価方法、装置及びプログラムによれば、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性を評価することが可能となる。したがって、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ得る構造となっているか否かといった評価を適切に行うことが可能となる。故に、本発明の評価結果を踏まえた燃料ガス流路の設計等が可能となり、固体酸化物形燃料電池の開発に大きく貢献し得る。 According to the soundness evaluation method, apparatus and program for the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell of the present invention, the soundness of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell can be evaluated. Therefore, the evaluation of whether or not the structure of the fuel gas flow path of the solid oxide fuel cell is a structure that can appropriately contribute to the electrode reaction of the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas flow path. It becomes possible to carry out appropriately. Therefore, it becomes possible to design a fuel gas flow path based on the evaluation result of the present invention, and can greatly contribute to the development of a solid oxide fuel cell.
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
尚、以降の説明では、固体酸化物形燃料電池を「SOFC」と呼ぶこともある。 In the following description, the solid oxide fuel cell may be referred to as “SOFC”.
図1〜図3に、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価方法、装置及びプログラムの実施形態の一例を示す。 FIG. 1 to FIG. 3 show an example of embodiments of the soundness evaluation method, apparatus, and program for the SOFC fuel gas flow path of the present invention.
本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価方法は、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフにより分析し(S1)、メタン含有ガスと水蒸気を混合して反応用ガスとし(S2)、反応用ガスをSOFCの燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部からオフガスを排出させ(S3)、オフガスから水蒸気を除去して分析用オフガスとし(S4)、分析用オフガスの成分量をガスクロマトグラフ分析し(S5)、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し(S6)、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し(S7)、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握する(S8)ようにしている。 In the method for evaluating the soundness of the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention, a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor is analyzed by gas chromatography (S1), and the methane-containing gas and water vapor are mixed. The reaction gas is supplied to the fuel gas introduction part of the fuel electrode including the SOFC fuel gas flow path, and the off gas is discharged from the fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path. (S3) Water vapor is removed from the off-gas to obtain an analysis off-gas (S4), and the amount of components of the off-gas for analysis is analyzed by gas chromatography (S5). The amount of component of the working gas is calculated (S6), and the mass considering the chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path using the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis is calculated. By performing lance calculation, the off-gas component amount is calculated (S7), and the reaction state of methane at the fuel electrode including the fuel gas channel is grasped using the reaction gas component amount and off-gas component amount. (S8).
また、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価装置は、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフ分析して取得されるメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスをSOFCの燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段(データ読込部11a)と、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段(演算部11b)とを有するものとしている。
In addition, the soundness evaluation device for the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention includes the component amount of the methane-containing gas obtained by gas chromatographic analysis of the methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor, From the off gas discharged from the fuel gas discharge section of the fuel electrode including the fuel gas flow path by supplying the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor to the fuel gas introduction section of the fuel electrode including the SOFC fuel gas flow path Means for reading from the storage device (
さらに、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラムは、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスをガスクロマトグラフ分析して取得されるメタン含有ガスの成分量、メタン含有ガスと水蒸気を混合した反応用ガスをSOFCの燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部から排出させたオフガスから水蒸気を除去した分析用オフガスをガスクロマトグラフ分析して取得される分析用オフガスの成分量、及び、反応用ガスの水蒸気含有率を記憶装置から読み込む手段(データ読込部11a)、並びに、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、オフガスの成分量を算出し、反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段(演算部11b)としてコンピュータ(10)を機能させるものとしている。
Furthermore, the soundness evaluation program for the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention includes a component amount of a methane-containing gas obtained by gas chromatographic analysis of a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor, From the off gas discharged from the fuel gas discharge section of the fuel electrode including the fuel gas flow path by supplying the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor to the fuel gas introduction section of the fuel electrode including the SOFC fuel gas flow path Means (
本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価の実行にあたっては、まず、S1〜S5までの処理が行われる。 In performing the soundness evaluation of the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention, first, the processes from S1 to S5 are performed.
S1〜S5までの処理は、例えば図3に示す分析データ取得装置によって実施される。メタン含有ガス供給装置22からは、SOFC21の燃料ガス導入部21aに向けてメタン含有ガスが供給される。メタン含有ガス供給装置22から燃料ガス導入部21aまでのガス流路においては、メタン含有ガスの一部がGC(ガスクロマトグラフ)分析に供される。その後、水蒸気供給装置23によりメタン含有ガスに水蒸気が供給され、メタン含有ガスと水蒸気が混合されて反応用ガスとなる。この反応用ガスが、燃料ガス導入部21aに供給される。燃料ガス導入部21aに供給された反応用ガスは、電気炉25で適切な運転温度に加熱制御されているSOFC21の燃料ガス流路を含む燃料極を流通した後、燃料ガス排出部21bからオフガスとして排出される。このオフガスは、水蒸気除去装置26で水蒸気が除去されて分析用オフガスとなり、GC分析に供される。その後、分析用オフガスは、例えば除害装置等(図示省略)を通過した後に系外に排出される。
The processing from S1 to S5 is performed, for example, by the analysis data acquisition device shown in FIG. A methane-containing gas is supplied from the methane-containing
メタン含有ガス供給装置22からSOFC21の燃料ガス導入部21aに向けて供給されるメタン含有ガスは、成分量が未知で且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスである。即ち、メタンとメタン以外のガスを含み且つ水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスである。メタン以外のガスとは、例えば、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、水素(H2)、窒素(N2)等、SOFCの燃料ガス流路を含む燃料極への供給が許容される(換言すれば、燃料ガス流路構成材料及び燃料極構成材料を酸化させることのないガス)一種以上のガスである。尚、「水蒸気を実質的に含まない」とは、ガスクロマトグラフ分析を妨害し得る量の水蒸気を含んでいないことを意味しており、ガスクロマトグラフ分析を妨害することのない範囲での水蒸気の含有は許容される。
The methane-containing gas supplied from the methane-containing
メタン含有ガスのガスクロマトグラフ分析は、メタン含有ガスの成分(詳細には、メタン含有ガスを構成するガス成分)の定量分析が可能な装置を用いて適宜実施される。ここで、分析データ取得装置のコンパクト性を向上させる上では、小型のガスクロマトグラフ分析装置を用いることが好適である。このようなガスクロマトグラフ分析装置としては、例えば、アジレント社製M200やGLサイエンス社製マイクロGC490等のマイクロガスクロマトグラフ装置が挙げられるが、これに限定されるものではない。 The gas chromatographic analysis of the methane-containing gas is appropriately performed using an apparatus capable of quantitative analysis of the components of the methane-containing gas (specifically, gas components constituting the methane-containing gas). Here, in order to improve the compactness of the analytical data acquisition device, it is preferable to use a small gas chromatograph analyzer. Examples of such a gas chromatograph analysis device include, but are not limited to, a micro gas chromatograph device such as M200 manufactured by Agilent or Micro GC490 manufactured by GL Science.
水蒸気供給装置23は、メタン含有ガスに一定量の水蒸気を持続的に供給可能な装置であれば、特に限定することなく使用することができる。このような装置としては、例えば、バブラー式加湿器等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
The water
水蒸気供給装置23の後段には、露点計24が備えられている。これにより、反応用ガスの水蒸気量を常時監視することができる。但し、メタン含有ガスの供給量(流量)と水蒸気の供給量(流量)が明らかである場合には、露点計24を備えることなく、メタン含有ガスの供給量(流量)と水蒸気の供給量(流量)から、反応用ガスの水蒸気含有率を求めることが可能である。また、露点計24以外の装置を利用して反応用ガスの水蒸気含有率を求めるようにしてもよい。
A
メタン含有ガスと水蒸気が混合して生成される反応用ガスは、燃料ガス導入部21aから導入され、燃料ガス流路を含む燃料極を通過する過程で化学反応に関与した後、燃料ガス排出部21bからオフガスとして排出され、水蒸気除去装置26に導入される。
The reaction gas generated by mixing the methane-containing gas and water vapor is introduced from the fuel
水蒸気除去装置26は、燃料ガス排出部21bから排出されたオフガスから水蒸気を除去できる装置であれば特に限定することなく使用することができる。このような装置としては、例えば、冷却器等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
The water
尚、水蒸気除去装置26によるオフガスからの水蒸気除去は、オフガスから水蒸気を除去して得られる分析用オフガスが実質的に水蒸気を含まないレベルで行えばよい。尚、「水蒸気を実質的に含まない」とは、上記定義と同様、ガスクロマトグラフ分析を妨害し得る量の水蒸気を含んでいないことを意味しており、ガスクロマトグラフ分析を妨害することのない範囲での水蒸気の含有は許容される。
The water vapor removal from the off gas by the water
分析用オフガスのガスクロマトグラフ分析は、分析用オフガスの成分(詳細には、分析用オフガスを構成するガス成分)の定量分析が可能な装置を用いて適宜実施される。ここで、分析データ取得装置のコンパクト性を向上させる上では、小型のガスクロマトグラフ分析装置を用いることが好適である。このようなガスクロマトグラフ分析装置としては、例えば、アジレント社製M200やGLサイエンス社製マイクロGC490等のマイクロガスクロマトグラフ装置が挙げられるが、これに限定されるものではない。 The gas chromatographic analysis of the off gas for analysis is appropriately performed using an apparatus capable of quantitative analysis of the components of the off gas for analysis (specifically, gas components constituting the off gas for analysis). Here, in order to improve the compactness of the analytical data acquisition device, it is preferable to use a small gas chromatograph analyzer. Examples of such a gas chromatograph analysis device include, but are not limited to, a micro gas chromatograph device such as M200 manufactured by Agilent or Micro GC490 manufactured by GL Science.
尚、メタン含有ガスのガスクロマトグラフ分析と分析用オフガスのガスクロマトグラフ分析は、共通のガスクロマトグラフ分析装置を用いて実施するようにしてもよい。これにより、分析データ取得装置のコンパクト製を向上させることができる。そして、この共通のガスクロマトグラフ分析装置を小型のガスクロマトグラフ分析装置(例えば、アジレント社製M200やGLサイエンス社製マイクロGC490等のマイクロガスクロマトグラフ装置)とすれば、分析データ取得装置のコンパクト性をさらに向上させることができる。 In addition, you may make it implement the gas chromatograph analysis of methane containing gas, and the gas chromatograph analysis of the off gas for analysis using a common gas chromatograph analyzer. Thereby, the compact product of the analysis data acquisition device can be improved. If this common gas chromatograph analyzer is a small gas chromatograph analyzer (for example, a micro gas chromatograph such as M200 manufactured by Agilent, or a micro GC 490 manufactured by GL Science), the compactness of the analytical data acquisition device can be further increased. Can be improved.
次に、S1〜S5の処理によって取得されたデータ、即ち、メタン含有ガスの成分量、分析用オフガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率を利用して、S6以降の処理が行われる。 Next, the process after S6 is performed using the data acquired by the process of S1-S5, ie, the component amount of the methane-containing gas, the component amount of the off-gas for analysis, and the water vapor content of the reaction gas.
ここで、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価におけるS6以降の処理は、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価装置によって実行され得る。 Here, the processing after S6 in the soundness evaluation of the SOFC fuel gas flow path of the present invention can be executed by the SOFC fuel gas flow path soundness evaluation apparatus of the present invention.
そして、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価方法におけるS6以降の処理及びこれらの処理を実行するSOFCの燃料ガス流路の健全性評価装置は、本発明のSOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現され得る。 And the process after S6 in the soundness evaluation method for the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention and the soundness evaluation device for the fuel gas flow path of the SOFC that executes these processes are the fuel gas flow path of the SOFC of the present invention. It can also be realized by executing the soundness evaluation program on the computer.
本実施形態では、SOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラムをコンピュータ上で実行することによって、SOFCの燃料ガス流路の健全性評価方法のS6以降の処理が実行される場合、及び、S6以降の処理を実行するSOFCの燃料ガス流路の健全性評価装置が実現される場合について説明する。 In the present embodiment, when the SOFC fuel gas flow path soundness evaluation program is executed on a computer, the processing after S6 of the SOFC fuel gas flow path soundness evaluation method is executed, and S6 The case where the soundness evaluation apparatus of the SOFC fuel gas flow path for executing the subsequent processes is realized will be described.
SOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラム17を実行するためのコンピュータ10(尚、本実施形態では、SOFCの燃料ガス流路の健全性評価装置10でもある)の全体構成を図2に示す。このコンピュータ10は、制御部11、記憶部12、入力部13、表示部14及びメモリ15を備え、相互にバス等の信号回線によって接続されている。また、コンピュータ10には、記憶装置としてのデータサーバ16がバス等の信号回線によって接続されており、その信号回線を介してデータや制御指令等の信号の送受信(即ち、出入力)が相互に行われる。
FIG. 2 shows the overall configuration of a
制御部11は、記憶部12に記憶されているSOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラム17によって、コンピュータ10全体の制御及び演算を行うものであり、例えばCPU(中央演算処理装置)である。
The
記憶部12は、少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
The
メモリ15は、制御部11が種々の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばRAM(Random Access Memory の略)である。
The
入力部13は、少なくとも作業者の命令を制御部11に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。
The
表示部14は、制御部11の制御によって文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
The
本実施形態では、上述のS1〜S5の処理によって取得されたメタン含有ガスの成分量、分析用オフガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率が、演算用データベース18としてデータサーバ16に格納(保存)される。尚、S1〜S5の処理によって取得されたデータは、例えば、適当な記録媒体に保存された後に作業者によってデータサーバ16内の演算用データベース18に記録されるようにしてもよいし、分析装置等から無線又は有線の通信手段を介して、データサーバ16内の演算用データベース18に自動的に記録されるようにしてもよい。
In the present embodiment, the component amount of the methane-containing gas, the component amount of the off-gas for analysis, and the water vapor content rate of the reaction gas obtained by the processing of S1 to S5 described above are stored in the
また、コンピュータ10の制御部11には、SOFCの燃料ガス流路の健全性評価プログラム17を実行することにより、S1〜S5の処理によって取得されたデータを記憶装置としてのデータサーバ16から読み込む処理を行うデータ読込部11aと、これらのデータを利用して演算を行う演算部11bとが構成される。
Further, the
健全性評価プログラム17が実行されると、まず、コンピュータ10の制御部11に構成されたデータ読込部11aが、メタン含有ガスの成分量、分析用オフガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率のデータの読み込みを行う。詳細には、データ読込部11aが、S1〜S5の処理によって取得されてデータサーバ16に格納されている演算用データベース18に記録されているメタン含有ガスの成分量、分析用オフガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率のデータをデータサーバ16から読み込む。
When the
そして、データ読込部11aは、読み込んだメタン含有ガスの成分量、分析用オフガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率のデータをメモリ15に記録させる。
Then, the
続いて、制御部11の演算部11bにおいて、メタン含有ガスの成分量及び反応用ガスの水蒸気含有率から反応用ガスの成分量が算出される(S6)。
Subsequently, in the
次に、算出された反応用ガスの成分量及び分析用オフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算が実施され、オフガスの成分量(つまり、水蒸気除去装置26にて除去された水蒸気分も考慮した成分量)が算出される(S7)。 Next, a mass balance calculation is performed in consideration of a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path, using the calculated reaction gas component amount and analysis off gas component amount, and the off gas component amount is calculated. (In other words, the amount of the component considering the water vapor content removed by the water vapor removing device 26) is calculated (S7).
ここで、燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応としては、(1)発電反応、(2)リーク反応、(3)シフト反応、及び、(4)改質反応が挙げられる。
(1)H2+1/2O2=H2O
(2)H2+1/2O2=H2O
(3)H2+CO2=CO+H2O
(4)CH4+H2O=3H2+CO
Here, examples of the chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas channel include (1) power generation reaction, (2) leak reaction, (3) shift reaction, and (4) reforming reaction.
(1) H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O
(2) H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O
(3) H 2 + CO 2 = CO + H 2 O
(4) CH 4 + H 2 O = 3H 2 + CO
また、化学反応(1)〜(4)の平衡定数K1〜K4は、以下の通りとなる。式中、p(ガス構成分子)はガス中におけるガス構成分子の分圧を意味している。例えば、p(H2)はガス中におけるH2の分圧を意味している。
K1 =p(H2O)/{p(H2)×p(O2)1/2}
K2 =p(H2O)/{p(H2)×p(O2)1/2}
K3 ={p(CO)×p(H2O)}/{p(H2)×p(CO2)}
K4 ={p(H2)3×p(CO)}/{p(CH4)×p(H2O)}
In addition, the equilibrium constants K 1 to K 4 of the chemical reactions (1) to (4) are as follows. In the formula, p (gas constituent molecule) means a partial pressure of the gas constituent molecule in the gas. For example, p (H 2 ) means the partial pressure of H 2 in the gas.
K 1 = p (H 2 O) / {p (H 2 ) × p (O 2 ) 1/2 }
K 2 = p (H 2 O) / {p (H 2 ) × p (O 2 ) 1/2 }
K 3 = {p (CO) × p (H 2 O)} / {p (H 2 ) × p (CO 2 )}
K 4 = {p (H 2 ) 3 × p (CO)} / {p (CH 4 ) × p (H 2 O)}
マスバランス計算は、例えば、以下の手順により行われる。まず、反応用ガスの成分量を、以下の通りとする。
<反応用ガスの成分量>
CH4 A[mol]
H2 B[mol]
CO2 C[mol]
CO D[mol]
N2 E[mol]
H2O F[mol]
計 A+B+C+D+E+F[mol]
The mass balance calculation is performed by the following procedure, for example. First, the component amounts of the reaction gas are as follows.
<Reaction gas component amount>
CH 4 A [mol]
H 2 B [mol]
CO 2 C [mol]
CO D [mol]
N 2 E [mol]
H 2 O F [mol]
Total A + B + C + D + E + F [mol]
ここで、反応用ガスの成分量のうち、CH4、H2、CO2、CO、N2の成分量については、ガスクロマトグラフ分析により取得することができる。H2Oの成分量については、S6の処理により求めることができる。したがって、A〜Fの数値が明らかとなる。
Here, among the component amounts of the reaction gas, the component amounts of CH 4 , H 2 , CO 2 , CO, and N 2 can be obtained by gas chromatographic analysis. The component amount of
次に、(1)発電反応におけるH2の転化量をa[mol]とし、(2)リーク反応におけるH2の転化量をb[mol]とし、(3)シフト反応におけるCO2の転化量をc[mol]とし、(4)改質反応におけるCH4の転化量をd[mol]とする。この場合、オフガスの成分量は、以下の通りとなる。
<オフガスの成分量>
CH4 A−d[mol]
H2 B−a−b−c+3d[mol]
CO2 C−c[mol]
CO D+c+d[mol]
N2 E+2b[mol]
H2O F+a+b+c−d[mol]
計 A+B+C+D+E+F+2b+2d[mol]
Next, (1) the conversion amount of H 2 in the power generation reaction is a [mol], (2) the conversion amount of H 2 in the leak reaction is b [mol], and (3) the conversion amount of CO 2 in the shift reaction. Is c [mol], and (4) the conversion amount of CH 4 in the reforming reaction is d [mol]. In this case, the amount of off-gas components is as follows.
<Amount of off-gas components>
CH 4 A-d [mol]
H 2 B-a-b- c + 3d [mol]
CO 2 C-c [mol]
CO D + c + d [mol]
N 2 E + 2b [mol]
H 2 O F + a + b + c-d [mol]
Total A + B + C + D + E + F + 2b + 2d [mol]
尚、反応用ガス及びオフガス共に還元雰囲気であることから、O2は検出されないが、N2については、(2)のリーク反応に起因して、外部から燃料ガス流路を含む燃料極に入り込む酸素(b/2分)に対応する量だけ増加し得る。即ち、乾燥空気中のN2/O2を4とすると、(b/2)×4=2b[mol]分のN2が増加し得る。 Note that O 2 is not detected because both the reaction gas and the off-gas are in a reducing atmosphere, but N 2 enters the fuel electrode including the fuel gas channel from the outside due to the leak reaction of (2). It can be increased by an amount corresponding to oxygen (b / 2 min). That is, when the N 2 / O 2 in dry air and 4, (b / 2) × 4 = 2b [mol] content of N 2 may increase.
ここで、オフガスの成分量のうち、CH4、H2、CO2、CO、N2の成分量については、ガスクロマトグラフ分析により取得することができる。この値をそれぞれX1、X2、X3、X4及びX5とすると、上記の通り明らかとなったA〜Eの数値から、a、b、c及びdの少なくとも1つをパラメータとする以下の5つの方程式が得られる。
A−d=X1
B−a−b−c+3d=X2
C−c=X3
D+c+d=X4
E+2b=X5
Here, among the off-gas component amounts, the component amounts of CH 4 , H 2 , CO 2 , CO, and N 2 can be obtained by gas chromatographic analysis. Assuming that these values are X 1 , X 2 , X 3 , X 4 and X 5 , respectively, at least one of a, b, c and d is used as a parameter from the numerical values of A to E which are clarified as described above. The following five equations are obtained.
Ad = X 1
B−a−b−c + 3d = X 2
Cc = X 3
D + c + d = X 4
E + 2b = X 5
また、ガスクロマトグラフ分析から得られるオフガスのCH4、H2、CO2、CO、N2の成分量X1、X2、X3、X4及びX5並びにSOFCの作動圧力Pを用いて、オフガスの各成分の分圧を以下のように表すことができる。
p(CH4)=P×X1/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
p(H2) =P×X2/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
p(CO2)=P×X3/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
p(CO) =P×X4/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
p(N2) =P×X5/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
p(H2O)=P×(F+a+b+c−d)/(A+B+C+D+E+F+2b+2d)
SOFCの運転温度から、平衡定数K1〜K4の値が明らかになるので、これらの分圧と平衡定数K1〜K4の関係から、さらに4つの方程式が導かれる。
Further, using off-gas CH 4 , H 2 , CO 2 , CO, N 2 component amounts X 1 , X 2 , X 3 , X 4 and X 5 obtained from gas chromatographic analysis and the working pressure P of SOFC, The partial pressure of each component of the off gas can be expressed as follows.
p (CH 4 ) = P × X 1 / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
p (H 2 ) = P × X 2 / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
p (CO 2 ) = P × X 3 / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
p (CO) = P × X 4 / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
p (N 2 ) = P × X 5 / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
p (H 2 O) = P × (F + a + b + c−d) / (A + B + C + D + E + F + 2b + 2d)
Since the values of the equilibrium constants K 1 to K 4 become clear from the operating temperature of the SOFC, four more equations are derived from the relationship between these partial pressures and the equilibrium constants K 1 to K 4 .
そして、この4つの方程式と上記5つの方程式から、(1)発電反応におけるH2の転化量a[mol]、(2)リーク反応におけるH2の転化量b[mol]、(3)シフト反応におけるCO2の転化量c[mol]、(4)改質反応におけるCH4の転化量d[mol]を求めることができる。これにより、オフガス中のH2Oの成分量(F+a+b+c−d[mol])が明らかとなり、オフガスの全ての成分量が明らかとなる。 From these four equations and the above five equations, (1) H 2 conversion amount a [mol] in power generation reaction, (2) H 2 conversion amount b [mol] in leak reaction, (3) shift reaction The conversion amount c [mol] of CO 2 in (4), and the conversion amount d [mol] of CH 4 in the reforming reaction can be obtained. Thereby, the component amount (F + a + b + cd [mol]) of H 2 O in the off gas becomes clear, and all the component amounts of the off gas become clear.
最後に、算出された反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用して、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況が求められる(S8)。具体的には、例えば、算出された反応用ガスの成分量から反応用ガスのメタン分圧を算出し、算出されたオフガスの成分量からオフガスのメタン分圧を算出し、反応用ガスのメタン分圧及びオフガスのメタン分圧から、以下の式により燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタン未反応率[%]を求めることで、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況が求められる。尚、以下の式において、αは反応用ガスのメタン分圧であり、βはオフガスのメタン分圧である。
[メタン未反応率]= β/α × 100
Finally, the reaction state of methane at the fuel electrode including the fuel gas flow path is obtained using the calculated component amounts of the reaction gas and off-gas components (S8). Specifically, for example, the methane partial pressure of the reaction gas is calculated from the calculated component amount of the reaction gas, the methane partial pressure of the off gas is calculated from the calculated component amount of the off gas, and the methane of the reaction gas is calculated. The methane unreacted rate [%] at the fuel electrode including the fuel gas flow path is obtained from the partial pressure and the methane partial pressure of the off-gas by the following formula to obtain the reaction state of methane at the fuel electrode including the fuel gas flow path. It is done. In the following equation, α is the methane partial pressure of the reaction gas, and β is the off-gas methane partial pressure.
[Methane unreacted rate] = β / α × 100
以上の処理により求められる燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタン未反応率[%]は、SOFC21の燃料ガス流路(燃料ガス導入部21a〜燃料ガス排出部21b)の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ得る構造となっているか否かを判断する指標となる。但し、当該燃料ガス流路にメタン改質触媒を設置していないものとする。即ち、メタン未反応率が高いほど、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させにくい(換言すれば、燃料ガスが電極反応を経ることなく素通りし易い)構造になっているといえる。逆に、メタン未反応率が低いほど、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ易い構造になっているといえる。尚、メタン未反応率が高い場合、ネルンストロスが大きくなり、セルスタック性能が低下する。したがって、本発明により健全性を評価することで、SOFCセルをスタック化したときのセルスタックの性能の良否についても評価し得る。
The methane unreacted rate [%] in the fuel electrode including the fuel gas flow path obtained by the above processing is determined by the structure of the fuel gas flow path (fuel
尚、算出された反応用ガスの成分量及びオフガスの成分量を利用した燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況の計算は、上記の方法に限定されるものではなく、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況が把握できる限りにおいて、適宜変更しても構わない。例えば、燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタン未反応率ではなく、燃料ガス流路を含む燃料極のおけるメタン反応率を求めるようにしてもよい。この場合、メタン反応率が高いほど、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ易い構造になっているといえる。逆に、メタン反応率が低いほど、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給した燃料ガスを適切に電極反応に寄与させにくい構造になっているといえる。 The calculation of the reaction state of methane in the fuel electrode including the fuel gas flow path using the calculated reaction gas component amount and off-gas component amount is not limited to the above method. As long as the reaction state of methane at the fuel electrode including the road can be grasped, it may be appropriately changed. For example, not the methane unreacted rate at the fuel electrode including the fuel gas channel, but the methane reaction rate at the fuel electrode including the fuel gas channel may be obtained. In this case, it can be said that the higher the methane reaction rate, the more easily the structure of the fuel gas channel easily contributes to the electrode reaction of the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas channel. On the contrary, it can be said that the lower the methane reaction rate, the more the structure of the fuel gas channel is less likely to appropriately contribute to the electrode reaction of the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas channel.
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、成分量が既知で水蒸気を実質的に含まないメタン含有ガスを用いる場合には、上述の健全性評価方法のうち、メタン含有ガスのガスクロマトグラフ分析(S1)を省略してもよい。また、上述の分析データ取得装置のうち、前段のGC分析を省略することも可能である。尚、メタン含有ガスの成分量が既知である場合とは、例えば、メタン含有ガスが実質的にメタンのみで構成されている場合や、事前に分析済みのメタン含有ガスが用いられる場合、十分に校正されたマスフローコントローラーでメタン含有ガスを構成するガス成分をそれぞれ供給する場合等が挙げられる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, when a methane-containing gas having a known component amount and substantially free of water vapor is used, gas chromatographic analysis (S1) of the methane-containing gas may be omitted from the above-described soundness evaluation method. Moreover, it is also possible to omit the previous GC analysis in the above-described analysis data acquisition apparatus. Note that when the component amount of the methane-containing gas is known, for example, when the methane-containing gas is substantially composed only of methane, or when a methane-containing gas that has been analyzed in advance is used, it is sufficient. The case where each gas component which comprises methane containing gas is supplied with the calibrated mass flow controller is mentioned.
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
1.セル仕様
本実施例では、NexTech Materials(NTM)社の平板形SOFCを使用した。SOFC単セルと金属治具の仕様を表1に示す。尚、表1中、電極面積は実測値である。また、電極厚は二次電子像写真より計測して得られた値である。
1. Cell Specification In this example, a flat SOFC manufactured by NexTech Materials (NTM) was used. Table 1 shows the specifications of the SOFC single cell and metal jig. In Table 1, the electrode area is a measured value. The electrode thickness is a value obtained by measurement from a secondary electron image photograph.
本実施例では、電解質支持形構造のSOFC単セルを用いた。具体的には、表1に示す空気極材料と燃料極材料とをそれぞれ電解質板に塗布した後に焼成した。単セルの写真を図4に示す。図4中、左が燃料極側セルであり、右が空気極側セルである。 In this example, an SOFC single cell having an electrolyte support structure was used. Specifically, the air electrode material and the fuel electrode material shown in Table 1 were each applied to the electrolyte plate and then fired. A photograph of the single cell is shown in FIG. In FIG. 4, the left is the fuel electrode side cell, and the right is the air electrode side cell.
2.セルセットアップ
以下の手順でセルセットアップを行った。
2. Cell setup Cell setup was performed according to the following procedure.
まず、燃料極側の金属治具の燃料ガス流路に、プレスしたニッケル線(φ1mm)を埋め込んだ。そして、この金属治具上の外側にシール用金(0.2mm厚、田中貴金属製)を配置し、内側にニッケル網(0.2mm厚60メッシュ、ニラコ製)を一枚配置した。ニッケル網の表面及び裏面には、燃料極ペースト(Ni、NTM製)をスポンジで塗布した。燃料極側の金属治具上にシール用金とニッケル網を配置した状態を図5に示す。
First, a pressed nickel wire (φ1 mm) was embedded in the fuel gas flow path of the metal jig on the fuel electrode side. And the gold | metal | money for a seal | sticker (0.2 mm thickness, made from Tanaka Kikinzoku) was arrange | positioned on the outer side on this metal jig, and the nickel net | network (0.2
次に、SOFC単セルの燃料極が、上記ニッケル網の真上に配置されるように重ねた。その際、SOFC単セルの燃料極の表面には、上記燃料極ペーストをスポンジで塗布した。燃料極側の金属治具上にSOFC単セルをセットした状態を図6に示す。SOFC単セルの上面は空気極である。 Next, the fuel electrode of the SOFC single cell was stacked so as to be disposed immediately above the nickel net. At that time, the fuel electrode paste was applied to the surface of the fuel electrode of the SOFC single cell with a sponge. FIG. 6 shows a state where the SOFC single cell is set on the metal jig on the fuel electrode side. The upper surface of the SOFC single cell is an air electrode.
次に、空気極側の金属治具上の外側にアルミナフェルトを配置し、内側に白金網(80メッシュ、田中貴金属製)を3枚配置した。アルミナフェルトにはアルミナスラリーを充分に浸み込ませた。また、白金網の表面と裏面には、空気極ペースト(La0.80Sr0.20MnO3−d、NTM製)を塗布した。空気極側の金属治具上にアルミナフェルトと白金網(空気極ペースト塗布済み)を配置した状態を図7に示す。 Next, alumina felt was placed on the outside on the metal jig on the air electrode side, and three platinum meshes (80 mesh, made by Tanaka Kikinzoku) were placed on the inside. The alumina slurry was sufficiently immersed in the alumina felt. The surface and the rear surface of the platinum gauze was air electrode paste (La 0.80 Sr 0.20 MnO 3- d, manufactured by NTM) was applied. FIG. 7 shows a state in which alumina felt and platinum net (air electrode paste applied) are arranged on a metal jig on the air electrode side.
次に、金属架台上に厚さ3mmのファインフレックス1300ペーパー(ニチアス株式会社)を3枚重ね、その上にSOFC単セルをセットした燃料極側の金属治具(図5)を載置した(図8)。 Next, three sheets of fine flex 1300 paper (Nichias Co., Ltd.) having a thickness of 3 mm were stacked on a metal stand, and a metal jig on the fuel electrode side (FIG. 5) on which a SOFC single cell was set was placed thereon (FIG. 5). FIG. 8).
最後に、図8に示す状態のSOFC単セルの空気極に上記空気極ペーストを100ミクロン以上塗布し、空気極側の金属治具を、白金網がSOFC単セルの空気極の真上に配置されるように重ねた後、おもり(12kg)を置いた。最終的なセットアップ状態を図9に示す。尚、金属治具の重さは1.3kgである。 Finally, apply the air electrode paste to the air electrode of the SOFC single cell in the state shown in FIG. 8 for 100 microns or more, and place the metal jig on the air electrode side directly above the air electrode of the SOFC single cell. After stacking as described, a weight (12 kg) was placed. The final setup state is shown in FIG. The weight of the metal jig is 1.3 kg.
上記方法でセルセットアップしたものを以降の説明では、「セットアップA」と呼ぶ。 The cell set up by the above method is referred to as “setup A” in the following description.
また、上記セルセットアップ方法において、シール用金の厚さを0.5mm厚(田中貴金属製)に変更し、燃料極側の金属治具の燃料ガス流路に、プレスしたニッケル線を埋め込むこと無く、代わりにニッケル網(0.3mm厚30メッシュ、NTM製)を燃料極側の金属治具の内側に配置し、おもりを4kgとしたものも準備した。以降の説明では、これを「セットアップB」と呼ぶ。
Further, in the above cell setup method, the thickness of the sealing gold is changed to 0.5 mm (made by Tanaka Kikinzoku), and the pressed nickel wire is not embedded in the fuel gas flow path of the metal jig on the fuel electrode side. Instead, a nickel net (0.3
尚、図10に示すように、電圧線は、金属治具のガスの導入に用いる外径1/4インチ・肉厚1mmの配管に外径1.2mm・孔径0.8mmのアルミナ管で保護した白金線(直径0.3mm)を2本(1本は予備)通して、燃料極側はニッケル網に、空気極側は白金網に接続した。その際、金属治具と電圧線である白金線が接触していないことをテスターにて確認した。また、金属治具の配管を電流線とした。 In addition, as shown in FIG. 10, the voltage line is protected by an alumina tube having an outer diameter of 1.2 mm and a hole diameter of 0.8 mm on a pipe having an outer diameter of 1/4 inch and a wall thickness of 1 mm used for introducing a metal jig gas. Two platinum wires (diameter 0.3 mm) were passed through (one was a spare), and the fuel electrode side was connected to the nickel net and the air electrode side was connected to the platinum net. At that time, it was confirmed by a tester that the metal jig and the platinum wire as the voltage wire were not in contact. Moreover, the piping of the metal jig was used as a current line.
試験は、図11に示す分析データ取得装置を用い、電気炉25の温度を825℃に設定して実施した。メタン含有ガス供給装置22としての機能を有するガス混合器からのメタン含有ガスをバブラー23で加湿して反応用ガスとし、これを燃料ガス流路を含む燃料極の入口(燃料ガス導入部21a)に導入した。バブラー23によりメタン含有ガスに供給される水蒸気量は、露点計24(ロトロニック社製 HygroFlex3)をバブラーの下流に設置して、常時監視した。燃料ガス流路を含む燃料極の出口(燃料ガス排出部21b)から排出されるオフガスは、冷却器26で十分に水蒸気を除去して分析用オフガスとし、マイクロガスクロマトグラフ(セットアップAはアジレント社製M200、セットアップBはGLサイエンス社製マイクロGC490)により分析した。分析後の分析用オフガスは除害装置を通過した後に系外に排出された。
The test was performed using the analytical data acquisition apparatus shown in FIG. 11 and setting the temperature of the
尚、後述するように、試験は、同一条件について、1回目はOCV(開回路電圧)で、2回目は電流密度200mA/cm2(電流値6.4A)で実施したが、メタン含有ガスのガスクロマトグラフ分析は1回目のみ行った。2回目は1回目と同一のガス供給条件としたことから、メタン含有ガスの成分量は既知であるものとして取り扱い、ガスクロマトグラフ分析を省略した。 As will be described later, the test was performed under the same conditions, the first time with OCV (open circuit voltage) and the second time with a current density of 200 mA / cm 2 (current value 6.4 A). The gas chromatographic analysis was performed only once. Since the gas supply conditions for the second time were the same as those for the first time, the component amount of the methane-containing gas was handled as known, and gas chromatographic analysis was omitted.
また、ガス混合器からSOFCの空気極側の入口(空気導入部)に向けて空気を供給し、空気極側の出口(空気排出部)から排出させた。空気極側の出口から排出した後の空気は、O2センサーでO2含有率が分析された後、系外に排出された。 In addition, air was supplied from the gas mixer toward the inlet (air introduction part) on the air electrode side of the SOFC, and was discharged from the outlet (air discharge part) on the air electrode side. The air after being discharged from the outlet on the air electrode side was discharged out of the system after the O 2 content was analyzed by the O 2 sensor.
セットアップAについて、以下の表2〜表4に示す条件にて試験を実施した。 For the setup A, the test was performed under the conditions shown in Tables 2 to 4 below.
表2に示す試験条件1では、S/C(スチームカーボン比)=2.5の場合について、Rf(燃料改質率)とUf(燃料利用率)を異ならせて、8条件の試験を実施した。また、この8条件の試験は、1回目はOCV(開回路電圧)で、2回目は電流密度200mA/cm2(電流値6.4A)で実施した。
In
表3に示す試験条件2では、S/C(スチームカーボン比)=3.0について、Rf(燃料改質率)とUf(燃料利用率)を異ならせて、8条件の試験を実施した。また、この8条件の試験は、1回目はOCV(開回路電圧)で、2回目は電流密度200mA/cm2(電流値6.4A)で実施した。
In
表4に示す試験条件3では、S/C(スチームカーボン比)=2.5及び3.0については、試験条件1及び2で検討しなかったUf(燃料利用率)について、それぞれ4〜5条件の試験を実施した。また、S/C(スチームカーボン比)=2.0について、Uf(燃料利用率)を異ならせて、6条件の試験を実施した。これらの試験も、試験条件1及び2と同様、1回目はOCV(開回路電圧)で、2回目は電流密度200mA/cm2(電流値6.4A)で実施した。
In test condition 3 shown in Table 4, with respect to S / C (steam carbon ratio) = 2.5 and 3.0, Uf (fuel utilization rate) not examined in
尚、表2〜4中、UO2は酸素利用率であり、An(又はAnガス)は反応用ガスである。また、Ca(又はCaガス)はカソードガスである。露点温度は設定目標値であり、露点計(ロトロニック社製 HygroFlex3)が露点温度になるように、バブラーの温度を調整した。測定した露点温度から湿度計算ソフト(http://www.vaisala.co.jp/jp/support/HumidityCalculator/Pages/default.aspx)により水蒸気量の計算を行った。 In Tables 2 to 4, UO2 is an oxygen utilization rate, and An (or An gas) is a reaction gas. Ca (or Ca gas) is a cathode gas. The dew point temperature is a set target value, and the temperature of the bubbler was adjusted so that the dew point meter (HyroFlex 3 manufactured by Rotronic Co.) reached the dew point temperature. The amount of water vapor was calculated from the measured dew point temperature using humidity calculation software (http://www.vaisala.co.jp/jp/support/HumidityCalculator/Pages/default.aspx).
次に、セットアップBの試験条件を表5に示す。 Next, Table 5 shows the test conditions of the setup B.
セットアップBについては、S/C(スチームカーボン比)=2.5及び2.6について、Rf(燃料改質率)とUf(燃料利用率)を異ならせて、5条件の試験を実施した。また、この5条件の試験は、1回目はOCV(開回路電圧)で、2回目は電流密度200mA/cm2(電流値6.4A)で実施した。また、一部の条件については、電流密度100mA/cm2(電流値3.2A)でも試験を実施した。 Regarding the setup B, tests of 5 conditions were carried out with different Rf (fuel reforming rate) and Uf (fuel utilization rate) for S / C (steam carbon ratio) = 2.5 and 2.6. Moreover, the test of these 5 conditions was implemented by OCV (open circuit voltage) 1st time, and current density 200mA / cm < 2 > (current value 6.4A) 2nd time. For some conditions, the test was also performed at a current density of 100 mA / cm 2 (current value 3.2 A).
非メタン改質率に対してメタン未反応率をプロットした結果を図12に示す。 The result of plotting the methane unreacted rate against the non-methane reforming rate is shown in FIG.
OCV条件と200mA/cm2条件で大きな差は見られなかったことから、本発明は、OCV条件で実施可能であることが明らかとなった。 Since no significant difference was observed between the OCV condition and the 200 mA / cm 2 condition, it was revealed that the present invention can be implemented under the OCV condition.
また、セットアップBのS/C=2.5、Uf6.2%条件は、セットアップAのS/C=2.5、Uf20%とメタン未反応率が大きな差が見られなかった。Uf6.2%条件は、Uf20%条件と比べて、燃料ガス利用率が小さい。それにもかかわらず、メタン未反応率に大きな差が見られなかったことから、セットアップBはセットアップAに比べて燃料ガス流路の健全性が高い、即ち、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給される燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ易い構造となっていることが明らかとなった。また、この結果から、セットアップAとセットアップBの相違点であるシール用金の厚み、及び、燃料極側の金属治具の燃料ガス流路に使用する材料(プレスしたニッケル線、ニッケル網)の少なくともいずれかが、燃料ガス流路の健全性の向上に寄与し得るものと考えられた。
Moreover, the S / C = 2.5 and Uf 6.2% conditions of the setup B did not show a great difference in the methane unreacted rate from the S / C = 2.5 and
次に、燃料利用率に対してメタン未反応率をプロットした結果を図13に示す。 Next, the result of plotting the methane unreacted rate against the fuel utilization rate is shown in FIG.
燃料利用率の増加に伴って、メタン未反応率も低下することが確認できた。また、同じ燃料利用率で比較すると、セットアップBはセットアップAよりもメタン未反応率が低いことが明らかとなった。この結果からも、セットアップBはセットアップAに比べて燃料ガス流路の健全性が高い、即ち、燃料ガス流路の構造が、当該燃料ガス流路を含む燃料極に供給される燃料ガスを適切に電極反応に寄与させ易い構造となっていることが明らかとなった。
It was confirmed that as the fuel utilization rate increased, the methane unreacted rate also decreased. In addition, when compared at the same fuel utilization rate, it became clear that setup B had a lower methane unreacted rate than setup A. Also from this result, the setup B has higher fuel gas channel soundness than the setup A, that is, the structure of the fuel gas channel is suitable for the fuel gas supplied to the fuel electrode including the fuel gas channel. It was revealed that the structure easily contributes to the electrode reaction.
10 コンピュータ
11a 読込部
11b 演算部
21 固体酸化物形燃料電池
21a 燃料ガス導入部
21b 燃料ガス排出部
10
Claims (6)
前記メタン含有ガスと水蒸気を混合して反応用ガスとし、
前記反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して前記燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部からオフガスを排出させ、
前記オフガスから水蒸気を除去して分析用オフガスとし、
前記分析用オフガスの成分量をガスクロマトグラフ分析し、
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、
前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、
前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握する
ことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価方法。 Analyzing a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor by gas chromatography,
Mixing the methane-containing gas and water vapor into a reaction gas,
Supplying the reaction gas to a fuel gas introduction part of a fuel electrode including a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell to discharge off-gas from a fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path;
Water vapor is removed from the off-gas to make an off-gas for analysis,
Gas chromatographic analysis of the component amount of the off-gas for analysis,
Calculate the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas,
By performing a mass balance calculation that takes into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path using the component amount of the reaction gas and the component amount of the analysis off gas, the component amount of the off gas is calculated. Calculate
A fuel gas for a solid oxide fuel cell, characterized in that a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path is grasped by using a component amount of the reaction gas and a component amount of the off gas. A method for evaluating the integrity of the flow path.
前記反応用ガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス導入部に供給して前記燃料ガス流路を含む燃料極の燃料ガス排出部からオフガスを排出させ、
前記オフガスから水蒸気を除去して分析用オフガスとし、
前記分析用オフガスの成分量をガスクロマトグラフ分析し、
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、
前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、
前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を把握する
ことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価方法。 Mixing a methane-containing gas with a known component amount and substantially free of water vapor and water vapor to form a reaction gas,
Supplying the reaction gas to a fuel gas introduction part of a fuel electrode including a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell to discharge off-gas from a fuel gas discharge part of the fuel electrode including the fuel gas flow path;
Water vapor is removed from the off-gas to make an off-gas for analysis,
Gas chromatographic analysis of the component amount of the off-gas for analysis,
Calculate the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas,
By performing a mass balance calculation that takes into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the fuel gas flow path using the component amount of the reaction gas and the component amount of the analysis off gas, the component amount of the off gas is calculated. Calculate
A fuel gas for a solid oxide fuel cell, characterized in that a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path is grasped by using a component amount of the reaction gas and a component amount of the off gas. A method for evaluating the integrity of the flow path.
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段と
を有することを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価装置。 The component amount of the methane-containing gas obtained by gas chromatographic analysis of a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor, and the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor is in solid oxide form Gas chromatograph for analyzing off-gas from which off-gas is supplied to fuel gas introduction part of fuel electrode including fuel gas flow path of fuel cell and discharged from fuel gas discharge part of fuel electrode including fuel gas flow path Means for reading from the storage device the component amount of the off gas for analysis obtained by analysis and the water vapor content of the reaction gas;
The fuel gas is calculated by calculating the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and using the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis. By performing a mass balance calculation taking into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the flow path, the component amount of the off gas is calculated, and the component amount of the reaction gas and the component amount of the off gas are used. An apparatus for evaluating the soundness of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell, comprising: means for obtaining a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path.
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段と
を有することを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価装置。 The component amount of methane-containing gas component amount does not include and water vapor substantially known, the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor in the fuel electrode including a fuel gas flow passage of the solid oxide fuel cell Components of the off gas for analysis obtained by gas chromatographic analysis of the off gas for analysis obtained by removing water vapor from the off gas supplied to the fuel gas introduction unit and discharged from the fuel gas discharge unit of the fuel electrode including the fuel gas flow path Means for reading the amount and the water vapor content of the reaction gas from a storage device;
The fuel gas is calculated by calculating the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and using the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis. By performing a mass balance calculation taking into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the flow path, the component amount of the off gas is calculated, and the component amount of the reaction gas and the component amount of the off gas are used. An apparatus for evaluating the soundness of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell, comprising: means for obtaining a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path .
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段
としてコンピュータを機能させることを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価プログラム。 The component amount of the methane-containing gas obtained by gas chromatographic analysis of a methane-containing gas whose component amount is unknown and substantially free of water vapor, and the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor is in solid oxide form Gas chromatograph for analyzing off-gas from which off-gas is supplied to fuel gas introduction part of fuel electrode including fuel gas flow path of fuel cell and discharged from fuel gas discharge part of fuel electrode including fuel gas flow path Means for reading from the storage device the component amount of the analytical off-gas obtained by analysis and the water vapor content of the reaction gas; and
The fuel gas is calculated by calculating the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and using the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis. By performing a mass balance calculation taking into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the flow path, the component amount of the off gas is calculated, and the component amount of the reaction gas and the component amount of the off gas are used. A program for evaluating the soundness of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell, wherein the computer functions as a means for obtaining a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path.
前記メタン含有ガスの成分量及び前記反応用ガスの水蒸気含有率から前記反応用ガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記分析用オフガスの成分量を利用して前記燃料ガス流路を含む燃料極において生じる化学反応を考慮したマスバランス計算を実施することにより、前記オフガスの成分量を算出し、前記反応用ガスの成分量及び前記オフガスの成分量を利用して、前記燃料ガス流路を含む燃料極におけるメタンの反応状況を求める手段
としてコンピュータを機能させることを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の燃料ガス流路の健全性評価プログラム。 The component amount of methane-containing gas component amount does not include and water vapor substantially known, the reaction gas mixed with the methane-containing gas and water vapor in the fuel electrode including a fuel gas flow passage of the solid oxide fuel cell Components of the off gas for analysis obtained by gas chromatographic analysis of the off gas for analysis obtained by removing water vapor from the off gas supplied to the fuel gas introduction unit and discharged from the fuel gas discharge unit of the fuel electrode including the fuel gas flow path Means for reading the amount and the water vapor content of the reaction gas from a storage device; and
The fuel gas is calculated by calculating the component amount of the reaction gas from the component amount of the methane-containing gas and the water vapor content of the reaction gas, and using the component amount of the reaction gas and the component amount of the off-gas for analysis. By performing a mass balance calculation taking into account a chemical reaction occurring in the fuel electrode including the flow path, the component amount of the off gas is calculated, and the component amount of the reaction gas and the component amount of the off gas are used. A program for evaluating the soundness of a fuel gas flow path of a solid oxide fuel cell, wherein the computer functions as a means for obtaining a reaction state of methane in a fuel electrode including the fuel gas flow path.
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