JP6578090B2

JP6578090B2 - Cell evaluation system

Info

Publication number: JP6578090B2
Application number: JP2014168596A
Authority: JP
Inventors: 益博江川; 広翔渡辺; 清水　孝雄; 孝雄清水; 直毅柳橋
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: JP2016046040A

Description

本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）の性能特性を評価するためのセル評価システムに関するものである。 The present invention is a solid oxide fuel cell using the flat plate type cell: relates cell Le evaluation system for evaluating the performance characteristics of (Solid Oxide Fuel Cell SOFC).

近年、エネルギー変換効率の高い固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略称する）が次世代のエネルギー供給システムとして注目を集めている。ＳＯＦＣは、電解質膜にイオン伝導性固体電解質を使用し、その電解質膜の一方の面に多孔質焼結体からなる燃料極（アノード）を、他方の面に空気極（カソード）を接合して構成される。ＳＯＦＣでは、燃料極に燃料（水素）を供給し、空気極に空気（酸素）を供給し、電気化学反応によって電気エネルギーを取り出している。 In recent years, solid oxide fuel cells (hereinafter abbreviated as SOFC) with high energy conversion efficiency have attracted attention as next-generation energy supply systems. SOFC uses an ion conductive solid electrolyte as an electrolyte membrane, and a fuel electrode (anode) made of a porous sintered body is joined to one surface of the electrolyte membrane, and an air electrode (cathode) is joined to the other surface. Composed. In the SOFC, fuel (hydrogen) is supplied to a fuel electrode, air (oxygen) is supplied to an air electrode, and electric energy is extracted by an electrochemical reaction.

そして、この種のＳＯＦＣの研究開発に伴い、燃料電池の性能を評価するためのＳＯＦＣの単セル評価装置としては、例えば引用文献１に示す装置、非特許文献１や非特許文献２に開示される三重管構造の高温電気化学セル評価用ホルダ等が公知となっている。 With the research and development of this type of SOFC, as an SOFC single cell evaluation device for evaluating the performance of a fuel cell, for example, the device shown in Cited Document 1, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 are disclosed. A triple-tube structure holder for high-temperature electrochemical cell evaluation is well known.

ところで、一般的な電気化学セル評価用ホルダは、ＳＯＦＣの作動温度（約８００℃）と同程度の雰囲気温度によるセルの評価試験を実施可能とするため、耐熱性を有し、さらにその加工性や安価な製造コスト等を実現するために装置筐体の材料としてステンレス等の金属が用いられている。 By the way, a general electrochemical cell evaluation holder has heat resistance to enable an evaluation test of the cell at an atmospheric temperature similar to the operating temperature of SOFC (about 800 ° C.), and further has its workability. In order to realize a low manufacturing cost and the like, a metal such as stainless steel is used as a material for the apparatus housing.

しかしながら、ＳＯＦＣの作動温度による評価実験では、作動温度が高温であるため、筐体を構成する金属中の成分（例えば、Ｃｒ）が蒸発して酸化した酸化物（例えば、Ｃｒ₂Ｏ₃）がセル表面に付着して汚染され、ＳＯＦＣの評価試験に悪影響を及ぼす虞があった。 However, in the evaluation experiment using the operating temperature of the SOFC, the operating temperature is high, so that an oxide (for example, Cr ₂ O ₃ ) oxidized by evaporation of a component (for example, Cr) in the metal constituting the casing is formed. There is a possibility that the cell surface adheres and is contaminated, and the SOFC evaluation test is adversely affected.

また、上記各文献に開示される装置を含む一般的な電気化学セル評価用ホルダは、セルを両極側からガス導入管で挟持する縦型の三重管構造を採用している。このため、縦型の三重管構造に対応する電気炉にしか使用することができず、またホルダ自体が大型であり、電気炉への設置時の取り扱いが不便であるという問題があった。 Moreover, the general electrochemical cell evaluation holder including the apparatus disclosed in each of the above documents adopts a vertical triple tube structure in which the cell is sandwiched by gas introduction pipes from both electrode sides. For this reason, there is a problem that it can be used only in an electric furnace corresponding to a vertical triple-pipe structure, and the holder itself is large, which is inconvenient to handle when installed in the electric furnace.

さらに、この種の電気化学セル評価用ホルダでは、セル部を挟んで一対のガラスＯ−リングを設置し、電気炉内の熱によって溶融させることでセル部の両極側のシールを行い、燃料ガス及び空気ガスのガス漏れを防止する気密構造を実現している。しかし、Ｏ−リングがガラス製であるため、次の評価試験を行う際に、それまで使用したガラスＯ−リングの除去や清掃作業が必要となり、その作業が面倒であった。 Furthermore, in this type of electrochemical cell evaluation holder, a pair of glass O-rings are installed across the cell part and melted by the heat in the electric furnace to seal both electrode sides of the cell part. And the airtight structure which prevents the gas leakage of air gas is realized. However, since the O-ring is made of glass, when the next evaluation test is performed, it is necessary to remove or clean the glass O-ring used so far, which is troublesome.

そこで、出願人は、上述した問題を解決するため、下記特許文献２に開示される電気化学セル評価用ホルダを出願している。 Therefore, in order to solve the above-described problem, the applicant has applied for an electrochemical cell evaluation holder disclosed in Patent Document 2 below.

この特許文献２に開示される電気化学セル評価用ホルダでは、挟持部品である燃料ガス拡散板、燃料極用集電体、セル部、一対のセラミックス製のガスケット、空気極用集電体、空気ガス拡散板を積層し、燃料極側収容凹部と空気極側収容凹部とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体及び空気極側筐体とを突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体間で挟持部品を挟持した状態で、空気極側挿通孔にセラミックバネを挿入し、燃料極側挿通孔から挿入したボルトをナットで締結固定して組み立てる。 In the electrochemical cell evaluation holder disclosed in Patent Document 2, a fuel gas diffusion plate, a fuel electrode current collector, a cell part, a pair of ceramic gaskets, an air electrode current collector, air, which are sandwiched parts The gas diffusion plates are stacked, and sandwiched between the alumina fuel electrode side housing and the air electrode side housing so that the fuel electrode side housing recess and the air electrode side housing recess face each other. Then, a ceramic spring is inserted into the air electrode side insertion hole in a state where the clamping component is sandwiched between the housings, and the bolt inserted from the fuel electrode side insertion hole is fastened and fixed with a nut.

これにより、性能評価時におけるセルへの悪影響が無く、且つ装置の小型化による電気炉への設置容易性と組立容易性に優れた電気化学セル評価用ホルダを実現している。 This realizes an electrochemical cell evaluation holder that has no adverse effect on the cell during performance evaluation and is excellent in ease of installation in an electric furnace and ease of assembly by downsizing the apparatus.

特開平６−２２３８５７号公報JP-A-6-223857 特開２００３−１０５６６２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-105662

社団法人電気化学協会編「電気化学測定法」、社団法人電気化学協会（１９７２）、１５４〜１５５頁"Electrochemical measurement method" edited by the Electrochemical Society of Japan, Electrochemical Society of Japan (1972), pages 154 to 155 ＳＯＦＣ研究会編「第１２回ＳＯＦＣ研究発表会講演要旨集」、（２００３）、９４〜９５頁SOFC Study Group “Abstracts of 12th SOFC Research Conference Presentation” (2003), 94-95

ところで、ＳＯＦＣは、水素だけでなく、都市ガスやプロパンガス、バイオガス、石炭ガス化ガスなどの炭化水素を含むガスを改質したガスを燃料ガスとして使用することができる。このため、近年では、食品廃棄物及び家畜排泄物のメタン発酵処理時に発生する低品位バイオガス（ＣＨ₄とＣＯ₂の混合ガス）や、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ（登録商標）、Ｃ₁₈Ｈ_34.8Ｏ₂）等の高級炭化水素を含むガスが燃料電池用燃料ガスの候補として期待されている。そして、ＳＯＦＣは、炭化水素改質触媒と同等の材料からなる多孔質焼結体を燃料極に使用し、改質反応が起こる高温で運転されるため、原理的に炭化水素系燃料の直接供給による内部改質運転が可能である。 By the way, SOFC can use not only hydrogen but gas which reformed gas containing hydrocarbons, such as city gas, propane gas, biogas, and coal gasification gas, as fuel gas. For this reason, in recent years, low-grade biogas (mixed gas of CH ₄ and CO ₂ ) generated during methane fermentation treatment of food waste and livestock excreta, biodiesel fuel (BDF (registered trademark), C ₁₈ H _34.8 Gases containing higher hydrocarbons such as O ₂ ) are expected as fuel gas candidates for fuel cells. SOFC uses a porous sintered body made of the same material as the hydrocarbon reforming catalyst for the fuel electrode and is operated at a high temperature at which the reforming reaction takes place. Internal reforming operation is possible.

しかしながら、水蒸気あるいは二酸化炭素と混合された炭化水素系燃料を燃料極側に直接供給すると、強い吸熱反応である水蒸気改質反応やドライリフォーミング反応が燃料極内で生じるが、燃料極を構成する多孔質焼結体が構造に自由度がないため、熱衝撃（サーマルショック）により短時間内にセルの破壊に至るという問題がある。 However, if a hydrocarbon-based fuel mixed with water vapor or carbon dioxide is supplied directly to the fuel electrode side, a steam reforming reaction or a dry reforming reaction, which is a strong endothermic reaction, occurs in the fuel electrode. Since the porous sintered body has no degree of freedom in structure, there is a problem that the cell is destroyed within a short time due to thermal shock (thermal shock).

ところで、特許文献２の開示される電気化学セル評価用ホルダなどを用いてＳＯＦＣの単セルの評価試験を行う場合、セル部を収容した電気化学セル評価用ホルダを電気炉に設置し、一定高温下（例えば、７００〜１０００℃）において、測定条件（例えば、電気炉内の雰囲気温度やセル部への電流値）を色々と変えながら試験が繰り返し行われる。 By the way, when performing an SOFC single cell evaluation test using the electrochemical cell evaluation holder disclosed in Patent Document 2, the electrochemical cell evaluation holder containing the cell portion is installed in an electric furnace, and is kept at a constant high temperature. Under the test (for example, 700 to 1000 ° C.), the test is repeatedly performed while changing the measurement conditions (for example, the atmospheric temperature in the electric furnace and the current value to the cell portion).

そして、単セルをスタック化して実際の運用に見合ったセルの性能を得るためには、セル部の温度分布をリアルタイムで測定し、その測定結果に基づいて温度分布が均一になるような流路を設計し、セルの性能向上につなげることが重要である。その際、セル部の機械的損傷（クラック）が生じる過程の把握や発生メカニズムなどの監視を行うことも必要となる。これらは、単セルをスタック化して設計する際に、電池運転条件の高効率化、ガス流路の設計に有用な知見を得るために必要不可欠であった。 In order to obtain a cell performance suitable for actual operation by stacking single cells, the temperature distribution of the cell part is measured in real time, and the temperature distribution is uniform based on the measurement result. It is important to design the cell and improve the cell performance. At that time, it is necessary to grasp the process in which the mechanical damage (crack) of the cell portion occurs and to monitor the generation mechanism. These are indispensable for obtaining useful knowledge for improving efficiency of battery operating conditions and designing a gas flow path when designing a single cell in a stack.

しかしながら、特許文献２の電気化学セル評価用ホルダを含む従来の構成では、ホルダ内に収容されたセル部の状態を外部から可視的に捉えることができなかった。このため、発電時におけるセル部の温度分布をリアルタイムで把握することができず、測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体を見つけ出すのが困難であった。しかも、上述した熱衝撃によりセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件や発生箇所などを即座に知ることができなかった。 However, in the conventional configuration including the electrochemical cell evaluation holder of Patent Document 2, the state of the cell portion accommodated in the holder cannot be visually recognized from the outside. For this reason, the temperature distribution of the cell part during power generation cannot be grasped in real time, and it has been difficult to find a current collector having a flow path in which the temperature distribution for each measurement condition is uniform. In addition, when mechanical damage (crack) occurs in the cell portion due to the above-described thermal shock, it is impossible to immediately know the generation condition and the generation location.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、発電時のセル部の状態を外部から可視的に捉えることができるセル評価システムを提供することを目的としている。 The present invention was made in view of the above problems, and its object is to provide a ruse Le evaluation system can be grasped visually the state of the cell unit at the time of power generation from the outside.

上記した目的を達成するため、請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダは、燃料ガスを供給する燃料ガス導入管と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とを有するアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを供給する空気ガス導入管と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とを有するアルミナ製の空気極側筐体と、
燃料極と空気極との間に電解質を挟んで構成される固体酸化物形燃料電池からなるセル部と、
前記セル部を挟むように設けられる一対の集電体と、
前記燃料極側筐体又は前記空気極側筐体の少なくとも一方で前記セル部と対向する部分に設けられ、前記セル部の作動温度の赤外線及び可視光線を透過する透過部とを備え、
前記セル部を中心に前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とを突き合わせた状態で固定された電気化学セル評価用ホルダを用いたセル評価システムにおいて、
前記電気化学セル評価用ホルダが収容される測定空間を有する筐体に対し、前記電気化学セル評価用ホルダの透過部と対向する位置に撮像用穴が貫通して形成された電気炉と、
前記撮像用穴に対して所定角度傾斜させて前記透過部を臨むように前記電気炉の外側に配置され、前記撮像用穴から前記透過部を介して前記セル部の状態を撮像する撮像装置と、
前記測定空間の雰囲気温度及び前記セル部に流す電流値を制御しながら前記撮像装置が撮像した画像データを記憶保存する管理装置とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electrochemical cell evaluation holder according to claim 1 is made of alumina having a fuel gas introduction pipe for supplying a fuel gas and a fuel gas discharge pipe for discharging the supplied fuel gas. A fuel electrode side housing;
An air electrode side housing made of alumina having an air gas introduction pipe for supplying air gas and an air gas discharge pipe for discharging the supplied air gas;
A cell portion comprising a solid oxide fuel cell configured by sandwiching an electrolyte between a fuel electrode and an air electrode;
A pair of current collectors disposed so as to sandwich the cell unit,
Provided in a part facing the cell part at least one of the fuel electrode side casing or the air electrode side casing, and including a transmission part that transmits infrared rays and visible rays of the operating temperature of the cell part,
In the cell evaluation system using the electrochemical cell evaluation holder fixed in a state in which the fuel electrode side housing and the air electrode side housing are butted together around the cell portion ,
An electric furnace in which an imaging hole is formed through the housing having a measurement space in which the electrochemical cell evaluation holder is accommodated, at a position facing the transmission portion of the electrochemical cell evaluation holder;
An imaging device that is arranged outside the electric furnace so as to face the transmission part at a predetermined angle with respect to the imaging hole, and that images the state of the cell part from the imaging hole via the transmission part; ,
And a management device that stores and saves image data captured by the imaging device while controlling an ambient temperature of the measurement space and a current value flowing through the cell portion .

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダによれば、セル部を中心とする燃料極側筐体と空気極側筐体の少なくとも対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部からなり、セル部の燃料極側及び空気極側を可視化した構成なので、発電時におけるセル部の状態を外部から直接確認することができる。これにより、電気化学セル評価ホルダ内に収容されたセル部の状態を外部から可視的に捉えることができ、セル部の発電状態を直接目視により確認することができる。 According to the electrochemical cell evaluation holder according to the present invention, the fuel electrode side housing centering on the cell portion and the air electrode side housing at least facing portions are each formed of a transmission portion that transmits infrared rays and visible light. Since the fuel electrode side and the air electrode side of the part are visualized, the state of the cell part during power generation can be confirmed directly from the outside. Thereby, the state of the cell part accommodated in the electrochemical cell evaluation holder can be visually recognized from the outside, and the power generation state of the cell part can be confirmed directly visually.

本発明に係るセル評価システムによれば、発電時におけるセル部の燃料極及び空気極の温度分布を監視し、その画像データを管理装置に逐次記憶保存するので、逐次記憶保存される画像データを元に測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体の組合せを見つけ出し、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。しかも、発電時のセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件（雰囲気温度、電流値など）や発生箇所を熱画像から即座に確認することができる。 According to the cell evaluation system of the present invention, the temperature distribution of the fuel electrode and the air electrode in the cell part during power generation is monitored, and the image data is sequentially stored and stored in the management device. It is possible to find a combination of current collectors having a flow path where the temperature distribution for each measurement condition is uniform, and to use it for designing an optimal current collector that can obtain performance suitable for actual operation. In addition, when mechanical damage (crack) occurs in the cell portion during power generation, the generation conditions (atmosphere temperature, current value, etc.) and the generation location can be immediately confirmed from the thermal image.

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the holder for electrochemical cell evaluation which concerns on this invention. 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the holder for electrochemical cell evaluation concerning the present invention. （ａ）〜（ｆ）発電時の電気を取り出すための集電体に形成される流路の形状例を示す平面図及び斜視図である。(A)-(f) It is the top view and perspective view which show the example of the shape of the flow path formed in the electrical power collector for taking out the electricity at the time of electric power generation. 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの燃料極側筐体及び空気極側筐体に形成されたガス導入溝及びガス排出溝とそれに取り付けられるハーメチック端子を説明するための部分断面図である。It is a fragmentary sectional view for demonstrating the gas introduction groove | channel and gas discharge groove | channel formed in the fuel electrode side housing | casing and air electrode side housing | casing of the holder for electrochemical cell evaluation which concern on this invention, and the hermetic terminal attached to it. 本発明に係る電気化学セル評価用ホルダを用いたセル評価システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the cell evaluation system using the holder for electrochemical cell evaluation which concerns on this invention.

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

［電気化学セル評価用ホルダの構成］
図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、電気化学セル評価用ホルダ（以下、評価用ホルダと略称する）１は、燃料極側筐体２（図中下方）と空気極側筐体３（図中上方）との間に挟持部品４（後述するセル部２１を含む）を挟持し、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定部材５で締結固定して組み立てる構成を基本構造としている。そして、発電時のセルの状態が可視できるように、挟持部材４を中心とする燃料極側筐体２と空気極側筐体３の少なくとも対向部分を赤外線及び可視光線が透過可能な構成としている。 [Configuration of electrochemical cell evaluation holder]
As shown in FIG. 1 and FIGS. 2 (a) and 2 (b), an electrochemical cell evaluation holder (hereinafter abbreviated as an evaluation holder) 1 includes a fuel electrode side housing 2 (downward in the figure) and an air electrode. The clamping part 4 (including a cell part 21 to be described later) is sandwiched between the side casing 3 (upper side in the figure), and the fuel electrode side casing 2 and the air electrode side casing 3 are fastened and fixed by the fixing member 5. The structure to be assembled is the basic structure. And so that the state of the cell at the time of power generation can be seen, at least the facing part of the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 with the sandwiching member 4 as the center is configured to transmit infrared rays and visible light. .

燃料極側筐体２は、評価試験時の高温に耐え、且つ後述するセル部２１の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる。燃料極側筐体２は、図２（ｂ）に示すように、中央部分が矩形状に貫通した貫通部６を有する枠状をなしている。空気極側筐体３と対面する貫通部６の表面側には枠状の段差部６ａが形成されており、段差部６ａには透過性を有する窓状の燃料極側透過部７が固設されている。燃料極側透過部７は、高温時（後述するセル部２１の作動温度：８００℃前後）の赤外線や可視光線を透過し、セル部２１の発電時の雰囲気（酸化、還元）に対して安定性があり、熱膨張係数が燃料極側筐体２と近く、セラミックシールなどの高温ガラス材による接合が可能で気密性が維持できる材料（例えば、サファイア、透光性アルミナ、石英などを主成分とする材料）からなる。 The fuel electrode side housing 2 is made of alumina having an effect of withstanding the high temperature at the time of the evaluation test and preventing contamination of the cell portion 21 described later. As shown in FIG. 2B, the fuel electrode side housing 2 has a frame shape having a through portion 6 with a central portion penetrating in a rectangular shape. A frame-shaped stepped portion 6a is formed on the surface side of the through portion 6 facing the air electrode side housing 3, and a window-like fuel electrode side transmitting portion 7 having permeability is fixed to the stepped portion 6a. Has been. The fuel electrode side transmission part 7 transmits infrared rays and visible rays at high temperatures (operating temperature of the cell unit 21 to be described later: around 800 ° C.) and is stable against the atmosphere (oxidation and reduction) during power generation of the cell unit 21. Material with a thermal expansion coefficient close to that of the fuel electrode side housing 2 and capable of being joined by a high-temperature glass material such as a ceramic seal and maintaining hermeticity (for example, sapphire, translucent alumina, quartz, etc.) Material).

図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、燃料極側筐体２の一側面（図中では左側面）には、燃料ガス導入管８と燃料ガス排出管９とが並設されている。燃料ガス導入管８は、外部から燃料ガスを取り込むガス導入口８ａを有し、ガス導入口８ａから取り込んだ燃料ガスを燃料極側筐体２に形成された不図示の流路を介して後述するセル部２１に供給している。燃料ガス排出管９は、燃料ガスを排出するガス排出口９ａを有し、後述するセル部２１に供給された未反応の燃料ガスを燃料極側筐体２に形成された不図示の流路を介してガス排出口９ａから排出している。 As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), a fuel gas introduction pipe 8 and a fuel gas discharge pipe 9 are arranged on one side surface (left side surface in the drawing) of the fuel electrode side housing 2. It is installed. The fuel gas introduction pipe 8 has a gas introduction port 8a for taking in fuel gas from the outside, and the fuel gas taken in from the gas introduction port 8a will be described later via a flow path (not shown) formed in the fuel electrode side housing 2. Is supplied to the cell unit 21. The fuel gas discharge pipe 9 has a gas discharge port 9a for discharging fuel gas, and a flow path (not shown) formed in the fuel electrode side housing 2 with unreacted fuel gas supplied to the cell unit 21 described later. Through the gas discharge port 9a.

図１に示すように、燃料極側筐体２には、固定部材５により空気極側筐体３との締結固定を行うための複数の燃料極側挿通孔１０が形成されている。図１の例では、燃料極側筐体２の枠状部分の各辺の中央４箇所に貫通して燃料極側挿通孔１０が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。 As shown in FIG. 1, the fuel electrode side housing 2 is formed with a plurality of fuel electrode side insertion holes 10 for fastening and fixing to the air electrode side housing 3 by a fixing member 5. In the example of FIG. 1, fuel electrode side insertion holes 10 are formed penetrating through the central four portions of each side of the frame-like portion of the fuel electrode side housing 2, and the hole diameter is appropriately determined according to the fixing member 5 to be used. The

空気極側筐体３は、燃料極側筐体２と同様に、評価試験時の高温に耐え、且つ後述するセル部２１の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる。空気極側筐体３は、燃料極側筐体２と略同一形状であり、図２（ｂ）に示すように、中央部分が矩形状に貫通した貫通部１１を有する枠状をなしている。燃料極側筐体２と対面する貫通部１１の底部側には枠状の段差部１１ａが形成されており、段差部１１ａには透過性を有する窓状の空気極側透過部１２が固設されている。空気極側透過部１２は、燃料極側透過部７と同様に、高温時（後述するセル部２１の作動温度：８００℃前後）の赤外線や可視光線を透過し、セル部２１の発電時の雰囲気（酸化、還元）に対して安定性があり、熱膨張係数が空気極側筐体３と近く、セラミックシールなどの高温ガラス材による接合が可能で気密性が維持できる材料（例えば、サファイア、透光性アルミナ、石英などを主成分とする材料）からなる。 As with the fuel electrode side housing 2, the air electrode side housing 3 is made of alumina having an effect of withstanding the high temperature during the evaluation test and preventing contamination of the cell portion 21 described later. The air electrode side housing 3 has substantially the same shape as the fuel electrode side housing 2, and as shown in FIG. 2 (b), the air electrode side housing 3 has a frame shape having a penetrating portion 11 penetrating in a rectangular shape. . A frame-shaped stepped portion 11a is formed on the bottom side of the through portion 11 facing the fuel electrode side housing 2, and a window-like air electrode side transmitting portion 12 having permeability is fixed to the stepped portion 11a. Has been. Similar to the fuel electrode side transmission unit 7, the air electrode side transmission unit 12 transmits infrared rays and visible rays at high temperatures (operating temperature of the cell unit 21 to be described later: around 800 ° C.), and the cell unit 21 generates power during power generation. A material that is stable to the atmosphere (oxidation, reduction), has a thermal expansion coefficient close to that of the air electrode side housing 3, can be joined with a high-temperature glass material such as a ceramic seal, and can maintain hermeticity (for example, sapphire, A material mainly composed of translucent alumina or quartz).

図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、空気極側筐体３の一側面（図中では左側面）には、空気ガス導入管１３と空気ガス排出管１４とが並設されている。空気ガス導入管１３は、外部から空気ガスを取り込むガス導入口１３ａを有し、ガス導入口１３ａから取り込んだ空気ガスを空気極側筐体３に形成された不図示の流路を介して後述するセル部２１に供給している。空気ガス排出管１４は、空気ガスを排出するガス排出口１４ａを有し、後述するセル部２１に供給された未反応の空気ガスを空気極側筐体３に形成された不図示の流路を介してガス排出口１４ａから排出している。 As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), an air gas introduction pipe 13 and an air gas discharge pipe 14 are arranged on one side surface (the left side surface in the drawing) of the air electrode side housing 3. It is installed. The air gas introduction pipe 13 has a gas introduction port 13 a for taking in air gas from the outside, and the air gas taken in from the gas introduction port 13 a is described later via a flow path (not shown) formed in the air electrode side housing 3. Is supplied to the cell unit 21. The air gas discharge pipe 14 has a gas discharge port 14a for discharging air gas, and a flow path (not shown) formed in the air electrode side housing 3 with unreacted air gas supplied to the cell unit 21 described later. Through the gas discharge port 14a.

図１に示すように、空気極側筐体３には、固定部材５により燃料極側筐体２との締結固定を行うための複数の空気極側挿通孔１５が形成されている。図１の例では、空気極側筐体３の枠状部分の各辺の中央４箇所に貫通して空気極側挿通孔１５が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。 As shown in FIG. 1, the air electrode side housing 3 is formed with a plurality of air electrode side insertion holes 15 for fastening and fixing to the fuel electrode side housing 2 by a fixing member 5. In the example of FIG. 1, air electrode side insertion holes 15 are formed penetrating through the four central portions of each side of the frame-shaped portion of the air electrode side housing 3, and the hole diameter is appropriately determined according to the fixing member 5 to be used. The

なお、図１に示すように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５は、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２を対向させて燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５の後述するボルト５１が挿入可能なように各孔の個数が同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上となる位置にそれぞれ形成されている。 As shown in FIG. 1, the fuel electrode side insertion hole 10 and the air electrode side insertion hole 15 are configured so that the fuel electrode side transmission portion 7 and the air electrode side transmission portion 12 face each other, and the fuel electrode side housing 2 and the air electrode. When the side housing 3 is abutted, the number of holes is the same so that bolts 51 described later of the fixing member 5 can be inserted, and the opposing holes are formed at positions where they are in a straight line. Yes.

図１や図２（ｂ）に示すように、挟持部品４は、セル部２１、燃料極用集電体２２、空気極用集電体２３、一対のガスケット２４（２４ａ，２４ｂ）から構成される。 As shown in FIGS. 1 and 2 (b), the clamping component 4 is composed of a cell portion 21, a fuel electrode current collector 22, an air electrode current collector 23, and a pair of gaskets 24 (24a, 24b). The

図１や図２（ｂ）に示すように、挟持部品４は、燃料極側筐体２を下方、空気極側筐体３を上方として配置した場合に、ガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、ガスケット２４ｂの順に積層した状態で燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持される。その際、一方のガスケット２４ａは、セル部２１の外周縁部と燃料極側透過部７の外縁部分との間に介在され、他方のガスケット２４ｂは、セル部２１の外周縁部と空気極側透過部１２の外縁部分との間に介在される。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2B, the sandwiching component 4 includes a gasket 24 a and a fuel electrode current collector when the fuel electrode side housing 2 is disposed below and the air electrode side housing 3 is disposed above. 22, the cell part 21, the air electrode current collector 23, and the gasket 24 b are stacked in this order, and are sandwiched between the fuel electrode side permeation part 7 and the air electrode side permeation part 12. At that time, one gasket 24a is interposed between the outer peripheral edge of the cell part 21 and the outer edge part of the fuel electrode side transmission part 7, and the other gasket 24b is the outer peripheral edge of the cell part 21 and the air electrode side. It is interposed between the outer edge portions of the transmission part 12.

セル部２１は、例えばＹＳＺ／Ｎｉサーメットなどの燃料極と、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃などの空気極との間に、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などの電解質を一体化して構成される。 The cell portion 21 is, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia) or ScSZ (scandia stabilized zirconia) between a fuel electrode such as YSZ / Ni cermet and an air electrode such as (La, Sr) MnO _3. The electrolyte is integrated.

燃料極用集電体２２は、還元雰囲気で安定であるＮｉ網などで構成される。また、空気極用集電体２３は、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などで構成される。 The fuel electrode current collector 22 is formed of a Ni net or the like that is stable in a reducing atmosphere. The air electrode current collector 23 is made of a net made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt), which is a noble metal that is not easily oxidized at high temperatures.

図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、燃料極用集電体２２や空気極用集電体２３は、開口の形状によってガスの流れの異なるものが複数種類用意されている。図３（ａ），（ｂ）では、図中、縦方向に所定間隔おきに複数形成される直線状の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。図３（ｃ），（ｄ）では、図中、左上から右下に向かって蛇行した１本の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。図３（ｅ），（ｆ）では、図中、左下から右上に向かって蛇行した１本の溝によって流路２２ａ，２３ａを形成している。燃料極用集電体２２や空気極用集電体２３は、発電時のセル部２１の性能評価を行う際に適宜組み合わせて用いられる。 As shown in FIGS. 3A to 3F, a plurality of types of fuel electrode current collector 22 and air electrode current collector 23 having different gas flows depending on the shape of the opening are prepared. 3A and 3B, the flow paths 22a and 23a are formed by a plurality of linear grooves formed at predetermined intervals in the vertical direction. 3C and 3D, the flow paths 22a and 23a are formed by one groove meandering from the upper left to the lower right in the drawing. 3E and 3F, the flow paths 22a and 23a are formed by one groove meandering from the lower left to the upper right in the drawing. The fuel electrode current collector 22 and the air electrode current collector 23 are used in appropriate combinations when performing performance evaluation of the cell unit 21 during power generation.

そして、予め用意した燃料極用集電体２２と空気極用集電体２３を組み合わせて発電時のセル部２１の性能評価を行った結果、最も均一な温度分布が得られる流路２２ａ，２３ａが形成された燃料極用集電体２２と空気極用集電体２３の組合せがセル部２１の性能を一番引き出すことができる集電体であり、これらの結果から、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。 Then, as a result of performance evaluation of the cell unit 21 during power generation by combining the fuel electrode current collector 22 and the air electrode current collector 23 prepared in advance, the flow paths 22a and 23a that provide the most uniform temperature distribution. The combination of the fuel electrode current collector 22 and the air electrode current collector 23 formed with a current collector is the current collector that can best bring out the performance of the cell portion 21, and from these results, it is suitable for the actual operation. It can be used to design an optimal current collector that can achieve high performance.

一対のガスケット２４（２４ａ，２４ｂ）は、ガス漏洩防止用としてセル部２１の外周縁部を挟んで対向配置される弾力性を有するセラミックス（例えば、バーミキュライト、マイカ、アルミナファイバー等）からなる。 The pair of gaskets 24 (24a, 24b) is made of elastic ceramics (for example, vermiculite, mica, alumina fiber, etc.) that are opposed to each other with the outer peripheral edge of the cell portion 21 interposed therebetween for preventing gas leakage.

図４に示すように、燃料ガス導入管８及び空気ガス導入管１３のガス導入口には、セル部２１で発電した電流を燃料極用集電体２２又は空気極用集電体２３から取り出す電流取出用リード線３１と、セル部２１の各電極の電圧測定を行う電圧測定用リード線３２と、セル部２１近傍の温度測定を行う温度センサ３３とを導入するためのハーメチック端子４１（燃料極側ハーメチック端子４１ａ、空気極側ハーメチック端子４１ｂ）がそれぞれ設置されている。 As shown in FIG. 4, at the gas inlets of the fuel gas inlet pipe 8 and the air gas inlet pipe 13, the current generated by the cell portion 21 is taken out from the fuel electrode current collector 22 or the air electrode current collector 23. A hermetic terminal 41 (fuel) for introducing a current extraction lead 31, a voltage measurement lead 32 for measuring the voltage of each electrode of the cell part 21, and a temperature sensor 33 for measuring the temperature in the vicinity of the cell part 21. A pole-side hermetic terminal 41a and an air-pole-side hermetic terminal 41b) are respectively installed.

図４に示すように、ハーメチック端子４１（４１ａ，４１ｂ）は、燃料ガス導入管８、燃料ガス排出管９、空気ガス導入管１３、空気ガス排出管１４に装着され、燃料ガス（又は空気ガス）を案内するガス案内路４２ａが設けられた端子本体４２と、各ガス導入管８，１３やガス排出管９，１４に挿入された状態で端子本体４２とＯ−リング４３を介して螺合してガス漏れを防止する第１係合部材４４と、端子導入部材４５とＯ−リング４６とを介在した状態で端子本体４２と螺合してガス漏れを防止する第２係合部材４７とで構成され、電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３をガス漏れさせずに外部から導入して評価用ホルダ１内の所定箇所に配置するための気密端子である。 As shown in FIG. 4, the hermetic terminal 41 (41a, 41b) is attached to the fuel gas introduction pipe 8, the fuel gas discharge pipe 9, the air gas introduction pipe 13, and the air gas discharge pipe 14, and the fuel gas (or air gas). ) And a terminal main body 42 provided with a gas guide path 42 a for guiding the gas, and screwed through the terminal main body 42 and the O-ring 43 while being inserted into the gas introduction pipes 8 and 13 and the gas discharge pipes 9 and 14. A first engaging member 44 for preventing gas leakage, and a second engaging member 47 for preventing gas leakage by screwing with the terminal body 42 with the terminal introducing member 45 and the O-ring 46 interposed therebetween, These are airtight terminals for introducing the current extraction lead wire 31, the voltage measurement lead wire 32, and the temperature sensor 33 from the outside without causing gas leakage and disposing them at a predetermined location in the evaluation holder 1.

図１や図４に示すように、固定部材５は、アルミナ製のボルト５１と、ボルト５１の軸部に挿入される座金５２と、ボルト５１と螺合するアルミナ製のナット５３と、燃料極側挿通孔１０又は空気極側挿通孔１５の何れか一方側に挿入されるセラミックバネ５４とで構成されている。図示の例では、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するように燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせた状態で、挟持部品４（一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂの順で積層）を挟持する。その後、セル部２１の性能評価試験中の雰囲気温度による熱膨張等の影響を吸収するため、空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入して、燃料極側挿通孔１０からボルト５１を挿通し、ボルト５１の頭部とセラミックバネ５４との間に座金５２が挿通された状態でボルト５１をナット５３で締付固定している。 As shown in FIGS. 1 and 4, the fixing member 5 includes an alumina bolt 51, a washer 52 inserted into a shaft portion of the bolt 51, an alumina nut 53 that is screwed to the bolt 51, and a fuel electrode. The ceramic spring 54 is inserted into either the side insertion hole 10 or the air electrode side insertion hole 15. In the example shown in the drawing, the clamping component 4 (one of the holding parts 4) is placed in a state where the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 face each other so that the fuel electrode side transmission portion 7 and the air electrode side transmission portion 12 face each other. Gasket 24a, fuel electrode current collector 22, cell portion 21, air electrode current collector 23, and the other gasket 24b are stacked in this order). Thereafter, in order to absorb the influence of thermal expansion or the like due to the ambient temperature during the performance evaluation test of the cell portion 21, the ceramic spring 54 is inserted into the air electrode side insertion hole 15 and the bolt 51 is inserted from the fuel electrode side insertion hole 10. The bolt 51 is fastened and fixed by the nut 53 with the washer 52 inserted between the head of the bolt 51 and the ceramic spring 54.

次に、上記のように構成される評価用ホルダ１の組み立て手順について説明する。
まず、挟持部品４を構成する一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂを、燃料極側筐体２と空気極側筐体３の挟持方向に従って順に積層する。そして、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するように燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせ、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持部品４を挟持させる。 Next, the assembly procedure of the evaluation holder 1 configured as described above will be described.
First, one gasket 24a, fuel electrode current collector 22, cell part 21, air electrode current collector 23, and the other gasket 24b constituting the clamping component 4 are connected to the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing. Lamination is performed in order according to the clamping direction of the body 3. Then, the fuel electrode side casing 2 and the air electrode side casing 3 are abutted so that the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12 face each other, and the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part The clamping part 4 is clamped between the two.

そして、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２との間に挟持部品４を挟持させた状態で空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入し、燃料極側挿通孔１０から挿入したボルト５１をナット５３で締め付け、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定する。これにより、評価用ホルダ１の組み立て作業が終了する。 Then, the ceramic spring 54 is inserted into the air electrode side insertion hole 15 in a state where the clamping component 4 is sandwiched between the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12, and is inserted from the fuel electrode side insertion hole 10. The bolt 51 is tightened with a nut 53, and the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 are fixed. Thereby, the assembly work of the evaluation holder 1 is completed.

このように、上記構成による評価用ホルダ１は、一方のガスケット２４ａ、燃料極用集電体２２、セル部２１、空気極用集電体２３、他方のガスケット２４ｂの順に積層して挟持部材４を構成し、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体２と空気極側筐体３を突き合わせた状態で挟持部材４を挟持させる。そして、各筐体２，３間で挟持部品４を挟持した状態で、空気極側挿通孔１５にセラミックバネ５４を挿入し、燃料極側挿通孔１０から挿入したボルト５１をナット５３で締結固定して組み立てる。 As described above, the evaluation holder 1 having the above-described configuration has the sandwiching member 4 in which one gasket 24a, the fuel electrode current collector 22, the cell part 21, the air electrode current collector 23, and the other gasket 24b are stacked in this order. The sandwiching member 4 is clamped in a state where the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 made of alumina face each other so that the fuel electrode side transmission portion 7 and the air electrode side transmission portion 12 face each other. . The ceramic spring 54 is inserted into the air electrode side insertion hole 15 and the bolt 51 inserted from the fuel electrode side insertion hole 10 is fastened and fixed by the nut 53 while the clamping component 4 is held between the housings 2 and 3. And assemble.

そして、上記構成の評価用ホルダ１によれば、セル部２１を中心とする燃料極側筐体２と空気極側筐体３の対向する部分が赤外線及び可視光線を透過する透過部（燃料極側透過部７、空気極側透過部１２）からなり、セル部２１の燃料極側及び空気極側を可視化した構成なので、発電時におけるセル部２１の状態を外部から可視的に捉えることができ、セル部２１の発電状態を目視により確認することができる。しかも、燃料極側筐体２及び空気極側筐体３の材質がアルミナ製であるため、評価試験時の炉内温度により筐体の材質が蒸発することによるセル部２１への悪影響の心配がなく、信頼性の高いセル部２１の評価試験を行うことができる。 According to the evaluation holder 1 having the above-described configuration, the opposed portions of the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 centering on the cell portion 21 transmit the infrared ray and the visible light (the fuel electrode). Since the fuel cell side and the air electrode side of the cell unit 21 are visualized, the state of the cell unit 21 during power generation can be visually recognized from the outside. The power generation state of the cell unit 21 can be confirmed visually. Moreover, since the material of the fuel electrode side housing 2 and the air electrode side housing 3 is made of alumina, there is a concern that the cell portion 21 may be adversely affected by the evaporation of the material of the housing due to the furnace temperature during the evaluation test. In addition, the highly reliable evaluation test of the cell unit 21 can be performed.

さらに、セル部２１と各筐体２，３間に介在される一対のガスケット２４ａ，２４ｂが弾力性を有するセラミックス製であるため、従来のようなガラスＯ−リングによる取り替え時の清掃等の煩雑さが解消され、よりスムーズに評価試験を行うことができる。 Further, since the pair of gaskets 24a and 24b interposed between the cell portion 21 and the respective housings 2 and 3 are made of ceramics having elasticity, it is troublesome to perform cleaning at the time of replacement by a conventional glass O-ring. Therefore, the evaluation test can be performed more smoothly.

［セル評価システムの構成］
図５に示すように、セル評価システム１００は、電気炉１０１、撮像装置１０２、管理装置１０３を備えて概略構成され、上述した評価用ホルダ１に装着された挟持部材４のセル部２１の発電時の評価試験を行う際に用いられる。 [Configuration of cell evaluation system]
As shown in FIG. 5, the cell evaluation system 100 is schematically configured to include an electric furnace 101, an imaging device 102, and a management device 103, and generates power in the cell portion 21 of the clamping member 4 attached to the evaluation holder 1 described above. Used when performing time evaluation tests.

なお、図５では、管理装置１０３に接続される燃料ガス排出管９から電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３の信号線についてのみ示している。実際には、燃料ガス導入管８、空気ガス導入管１３、空気ガス排出管１４についても同様に、電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３の信号線が管理装置１０３と接続される。 In FIG. 5, only the current extraction lead wire 31, the voltage measurement lead wire 32, and the signal line of the temperature sensor 33 from the fuel gas discharge pipe 9 connected to the management device 103 are shown. Actually, the fuel gas introduction pipe 8, the air gas introduction pipe 13, and the air gas discharge pipe 14 similarly have the current extraction lead wire 31, the voltage measurement lead wire 32, and the temperature sensor 33 signal lines connected to the management device 103. Connected.

電気炉１０１は、一定温度（例えば７００〜１０００℃であり、セル部２１の作動温度：８００℃前後）に制御される測定空間１０１ａが形成された断熱材１０１ｂの外側を矩形状の金属製のケース１０１ｃで覆った構成である。測定空間１０１ａに面する断熱材１０２ｂの内壁周面には、測定空間１０１ａ内を一定高温に保持するように加熱制御される不図示のヒータが設置される。また、ケース１０１ｃの対向する両側面には、断熱材１０１ｂを介して測定空間１０１ａを臨むように一対の撮像用穴１０１ｄ，１０１ｄが貫通して形成される。さらに、測定空間１０１ａには、セル部２１を収容した評価用ホルダ１が監視対象として設置される。その際、評価用ホルダ１は、燃料極側透過部７と空気極側透過部１２が一対の撮像用穴１０１ｄ，１０１ｄと対向するように測定空間１０１ａに設置される。 The electric furnace 101 is made of a rectangular metal outside the heat insulating material 101b in which the measurement space 101a controlled to a constant temperature (for example, 700 to 1000 ° C. and the operating temperature of the cell unit 21 is around 800 ° C.) is formed. The configuration is covered with a case 101c. On the inner wall peripheral surface of the heat insulating material 102b facing the measurement space 101a, a heater (not shown) that is heated and controlled to keep the measurement space 101a at a constant high temperature is installed. In addition, a pair of imaging holes 101d and 101d are formed through the opposite side surfaces of the case 101c so as to face the measurement space 101a through the heat insulating material 101b. Furthermore, in the measurement space 101a, the evaluation holder 1 that houses the cell unit 21 is installed as a monitoring target. At that time, the evaluation holder 1 is installed in the measurement space 101a so that the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12 face the pair of imaging holes 101d and 101d.

撮像装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ）は、評価用ホルダ１に収容されたセル部２１の発電時の状態を撮像する熱画像カメラで構成される。一方の撮像装置１０２ａは、測定空間１０１ａ内に設置された評価用ホルダ１の燃料極側透過部７に対し、一方の撮像用穴１０１ｄを介して対向するように電気炉１０１の外側に設置される。撮像装置１０２ａは、撮像用穴１０１ｄから燃料極側透過部７を介して発電時のセル部２１の燃料極側の状態を撮像し、撮像した熱画像を管理装置１０３に逐次入力している。他方の撮像装置１０２ｂは、測定用空間１０１ａ内に設置された評価用ホルダ１の空気極側透過部１２に対し、他方の監視用孔１０１ｄを介して対向するように電気炉１０１の外側に設置される。撮像装置１０２ｂは、撮像用穴１０１ｄから空気極側透過部１２を介して発電時のセル部２１の空気極側の状態を撮像し、撮像した熱画像を管理装置１０３に逐次入力している。 The imaging device 102 (102a, 102b) includes a thermal image camera that captures an image of the state of the cell unit 21 accommodated in the evaluation holder 1 during power generation. One imaging device 102a is installed outside the electric furnace 101 so as to face the fuel electrode side transmission portion 7 of the evaluation holder 1 installed in the measurement space 101a through one imaging hole 101d. The The imaging device 102a images the state of the fuel electrode side of the cell unit 21 during power generation from the imaging hole 101d through the fuel electrode side transmission unit 7, and sequentially inputs the captured thermal image to the management device 103. The other imaging device 102b is installed outside the electric furnace 101 so as to face the air electrode side transmission portion 12 of the evaluation holder 1 installed in the measurement space 101a through the other monitoring hole 101d. Is done. The imaging device 102b images the state of the air electrode side of the cell unit 21 during power generation from the imaging hole 101d through the air electrode side transmission unit 12, and sequentially inputs the captured thermal image to the management device 103.

なお、撮像装置１０２（１０２ａ，１０２ｂ）は、熱画像に代えて写真画像（カラー、モノクロ）を管理装置に入力するようにしてもよい。また、撮像装置１０２は、評価用ホルダ１の透過部に合わせて少なくとも一方に設けられる構成であってもよい。すなわち、評価用ホルダ１に燃料極側透過部７のみが形成される場合は撮像装置１０２ａのみを設置し、評価用ホルダ１に空気極側透過部１２のみが形成される場合は撮像装置１０２ｂのみを設置する。さらに、撮像装置１０２は、撮像用穴１０１ｄを介して評価用ホルダ１や測定空間１０１ａからの反射の影響を低減するため、撮像用穴１０１ｄに対し、所定角度傾斜させて透過部（燃料極側透過部７、空気極側透過部１２）を臨むように設置するのが好ましい。 Note that the imaging device 102 (102a, 102b) may input a photographic image (color or monochrome) to the management device instead of the thermal image. Further, the imaging device 102 may be configured to be provided on at least one side in accordance with the transmission part of the evaluation holder 1. That is, when only the fuel electrode side transmission part 7 is formed in the evaluation holder 1, only the imaging device 102a is installed, and when only the air electrode side transmission part 12 is formed in the evaluation holder 1, only the imaging device 102b is installed. Is installed. Further, in order to reduce the influence of reflection from the evaluation holder 1 and the measurement space 101a through the imaging hole 101d, the imaging device 102 is inclined by a predetermined angle with respect to the imaging hole 101d and transmits the transmission part (fuel electrode side). It is preferable to install it so as to face the transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12).

管理装置１０３は、電気炉１０１の測定空間１０１ａの雰囲気温度を一定の高温状態に保持するように不図示のヒータを加熱制御している。また、管理装置１０３は、評価用ホルダ１に収容されたセル部２１の発電時に、電気炉１０１内の雰囲気温度やセル部２１に流す電流値を制御して測定条件を変えながら撮像装置１０２ａ，１０２ｂから入力される熱画像（画像データ）を測定条件（雰囲気温度、電流値など）とともに逐次記憶保存している。 The management device 103 controls the heating of a heater (not shown) so that the atmospheric temperature of the measurement space 101a of the electric furnace 101 is maintained at a constant high temperature. In addition, the management device 103 controls the imaging device 102a, while changing the measurement conditions by controlling the ambient temperature in the electric furnace 101 and the current value flowing through the cell unit 21 when the cell unit 21 accommodated in the evaluation holder 1 generates power. The thermal image (image data) input from 102b is sequentially stored and stored together with measurement conditions (atmosphere temperature, current value, etc.).

上記構成によるセル評価システム１００では、電気炉１０１の測定空間１０１ａにセル部２１を収容した評価用ホルダ１を設置し、一定高温下において、測定条件を変えながらセル部２１の発電状態を２台の撮像装置１０２ａ，１０２ｂによって逐次撮像している。撮像装置１０２の撮像によって得られる熱画像（画像データ）は、測定条件（雰囲気温度や電流値など）とともに管理装置１０３に逐次記憶保存される。保存された熱画像は、管理装置１０３の表示画面上に都度表示させり、後から選択的に画面上に表示させて確認する。そして、流路の異なる集電体（燃料極用集電体２２、空気極用集電体２３）を色々と組み合わせてセル部２１の評価試験を行う。 In the cell evaluation system 100 having the above-described configuration, the evaluation holder 1 containing the cell unit 21 is installed in the measurement space 101a of the electric furnace 101, and two power generation states of the cell unit 21 are changed while changing measurement conditions at a constant high temperature. The imaging devices 102a and 102b sequentially capture images. A thermal image (image data) obtained by imaging by the imaging apparatus 102 is sequentially stored and saved in the management apparatus 103 together with measurement conditions (atmosphere temperature, current value, etc.). The stored thermal image is displayed on the display screen of the management apparatus 103 each time, and is selectively displayed later on the screen for confirmation. And the evaluation test of the cell part 21 is done combining various collectors (current collector 22 for fuel electrodes, current collector 23 for air electrodes) with different flow paths.

このように、上述したセル評価システム１００では、セル部２１の燃料極側及び空気極側が可視化した構成の評価用ホルダ１を用い、発電時におけるセル部２１の燃料極及び空気極の温度分布を監視し、その熱画像を逐次記憶保存している。これにより、管理装置１０３に逐次記憶保存される熱画像を元に測定条件毎の温度分布が均一になる流路を有する集電体の組合せを見つけ出し、実際の運用に見合った性能が得られる最適な集電体の設計に役立てることができる。また、発電時のセル部に機械的損傷（クラック）が発生した場合には、その発生条件（雰囲気温度、電流値など）や発生箇所を熱画像から即座に確認することができる。 As described above, in the cell evaluation system 100 described above, the temperature distribution of the fuel electrode and the air electrode of the cell unit 21 during power generation is calculated using the evaluation holder 1 having a configuration in which the fuel electrode side and the air electrode side of the cell unit 21 are visualized. The thermal images are monitored and stored sequentially. This makes it possible to find a combination of current collectors having flow paths that have a uniform temperature distribution for each measurement condition based on thermal images that are sequentially stored and stored in the management device 103, and to obtain performance suitable for actual operation. Can be used to design a current collector. Further, when mechanical damage (crack) occurs in the cell portion during power generation, the generation conditions (atmosphere temperature, current value, etc.) and the generation location can be immediately confirmed from the thermal image.

ところで、上述した実施の形態では、発電時におけるセル部２１の燃料極側及び空気極側の状態がそれぞれ可視できるように、挟持部品４を中心として燃料極側筐体２と空気極側筐体３の対向位置に設けられる燃料極側透過部７と空気極側透過部１２を窓状に形成しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、燃料極側透過部７や空気極側透過部１２と同一材料で燃料極側筐体２と空気極側筐体３を形成することもできる。これにより、燃料極側筐体２と空気極側筐体３が燃料極側透過部７と空気極側透過部１２の機能を兼ねるので、構成部品として貫通部６，１１、燃料極側透過部７、空気極側透過部１２が不要となり、構成の簡素化を図ることができる。また、評価用ホルダ１には、燃料極側透過部７又は空気極側透過部１２の一方のみを形成してもよい。 By the way, in embodiment mentioned above, the fuel electrode side housing | casing 2 and the air electrode side housing | casing centering on the clamping component 4 so that the state of the fuel electrode side and the air electrode side of the cell part 21 at the time of electric power generation can respectively be seen. Although the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12 provided in the 3 opposing position are formed in window shape, it is not limited to this structure. For example, the fuel electrode side casing 2 and the air electrode side casing 3 can be formed of the same material as the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12. As a result, the fuel electrode side casing 2 and the air electrode side casing 3 serve as the functions of the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12, so that the through parts 6 and 11 and the fuel electrode side transmission part are used as components. 7. The air electrode side transmission part 12 becomes unnecessary, and the configuration can be simplified. Further, only one of the fuel electrode side transmission part 7 and the air electrode side transmission part 12 may be formed in the evaluation holder 1.

以上、本発明に係る評価用ホルダ及びそれを用いたセル評価システムの最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。 The best mode of the evaluation holder and the cell evaluation system using the same according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited by the description and drawings according to this mode. That is, it is a matter of course that all other forms, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on this form are included in the scope of the present invention.

１電気化学セル評価用ホルダ（評価用ホルダ）
２燃料極側筐体
３空気極側筐体
４挟持部品
５固定部材
６貫通部
６ａ段差部
７燃料極側透過部
８燃料ガス導入管
９燃料ガス排出管
１０燃料極側挿通孔
１１貫通部
１１ａ段差部
１２空気極側透過部
１３空気ガス導入管
１４空気ガス排出管
１５空気極側挿通孔
２１セル部
２２燃料極用集電体
２３空気極用集電体
１００セル評価システム
１０１電気炉
１０２撮像装置
１０３管理装置 1 Electrochemical cell evaluation holder (Evaluation holder)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Fuel electrode side housing | casing 3 Air electrode side housing | casing 4 Clamping parts 5 Fixing member 6 Penetration part 6a Step part 7 Fuel electrode side permeation | transmission part 8 Fuel gas introduction pipe 9 Fuel gas discharge pipe 10 Fuel electrode side insertion hole 11 Through part 11a Step part 12 Air electrode side transmission part 13 Air gas introduction pipe 14 Air gas discharge pipe 15 Air electrode side insertion hole 21 Cell part 22 Current collector for fuel electrode 23 Current collector for air electrode 100 Cell evaluation system 101 Electric furnace 102 Imaging Device 103 Management device

Claims

A fuel electrode side housing made of alumina having a fuel gas introduction pipe for supplying fuel gas and a fuel gas discharge pipe for discharging the supplied fuel gas;
An air electrode side housing made of alumina having an air gas introduction pipe for supplying air gas and an air gas discharge pipe for discharging the supplied air gas;
A cell portion comprising a solid oxide fuel cell configured by sandwiching an electrolyte between a fuel electrode and an air electrode;
A pair of current collectors disposed so as to sandwich the cell unit,
Provided in a part facing the cell part at least one of the fuel electrode side casing or the air electrode side casing, and including a transmission part that transmits infrared rays and visible rays of the operating temperature of the cell part,
In the cell evaluation system using the electrochemical cell evaluation holder fixed in a state in which the fuel electrode side housing and the air electrode side housing are butted together around the cell portion ,
An electric furnace in which an imaging hole is formed through the housing having a measurement space in which the electrochemical cell evaluation holder is accommodated, at a position facing the transmission portion of the electrochemical cell evaluation holder;
An imaging device that is arranged outside the electric furnace so as to face the transmission part at a predetermined angle with respect to the imaging hole, and that images the state of the cell part from the imaging hole via the transmission part; ,
A cell evaluation system comprising: a management device that stores and saves image data captured by the imaging device while controlling an atmospheric temperature of the measurement space and a current value flowing through the cell unit .