固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置
【課題】本発明の目的は、空気用チャンバー及び燃料用チャンバーと固体酸化物形燃料電池用セルとの間のシールをより確実に行うと共に、空気用チャンバー及び燃料用チャンバーの繰り返し使用を可能とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することにある。
【解決手段】空気用チャンバー３０の開口側端部と燃料用チャンバー３７の開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段としての押圧スプリング２１を設けると共に、その押圧スプリング２１の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段としての分離スプリング２０を設けた。そして、その付勢力を燃料用チャンバー３７に連結した支持部材１７の付勢受部１８に作用させるようにした。
【解決手段】空気用チャンバー３０の開口側端部と燃料用チャンバー３７の開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段としての押圧スプリング２１を設けると共に、その押圧スプリング２１の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段としての分離スプリング２０を設けた。そして、その付勢力を燃料用チャンバー３７に連結した支持部材１７の付勢受部１８に作用させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置に係り、詳しくは、燃料用チャンバー及び空気極ガス用チャンバーの繰り返し利用が可能な固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池の最小単位であるセルは、電解質と、その一の面に積層された燃料極及びその他の面に積層された空気極とから構成されている。例えば、電解質、燃料極及び空気極は、それぞれが酸化物セラミックスにより形成されている。その固体酸化物形燃料電池は、燃料極に、水素ガスの単体を供給したり、或いは都市ガスやＬＰＧから内部改質により取り出された水素ガスを供給したりすると共に、空気極には空気極ガスを供給して、６００〜１０００°Ｃの温度条件下に作動される。すると、空気極に導入された空気極ガス中の酸素は電解質との界面で解離して酸素イオンとなり、その酸素イオンは、電解質中を拡散して燃料極へ移動し、水素と電気化学的に反応して水を生成するが、その時放出された電子が電気回路を通じて空気極に移動し、空気極での反応に使われる。このように電子が電気回路を流れることによって電気が生じる。この固体酸化物形燃料電池の発電特性を把握するために、セルの発電能力を試験するための試験装置がある。
【０００３】
従来、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置としては、燃料極側ガスを収容するための燃料用チャンバー及び空気極側ガスを収容するための空気極ガス用チャンバーを有し、それぞれのチャンバーで、セルを挟み込む形態の装置が用いられてきた。このような装置が、特許文献１において、従来技術として開示されている。
【０００４】
その発電試験装置では、電解質と、その電解質の上側面に積層された電解質と平面形状が同じ大きさの燃料極と、電解質の下側面に積層された電解質より平面形状が小さい空気極とからなるセルを、燃料用チャンバー（文献ではガス隔離管）と空気極ガス用チャンバー（文献ではガス隔離管）とで、上下から挟み込んでいる。このような構成のセルをシールするために、空気極ガス用チャンバーの開口側端部は電解質に密着し、また、燃料用チャンバーの開口側端部は、燃料極に密着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５９８３３号公報（明細書の［０００５］［０００６］、図面の［図１３］を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記発電試験装置において、空気極ガス用チャンバーの開口側端部が密着する電解質は、緻密な構造を有する酸化物セラミックスであるため、密着性を高めればシール性に問題はない。ところが、燃料用チャンバーの開口側端部が密着する相手は、多孔質構造の燃料極であるため、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極とが十分に密着するようにしても、燃料極側に供給された高圧の燃料ガスは、燃料極の中を通過して外部へ漏れるという問題がある。その燃料ガスの漏出は、試験のための燃料ガスの供給を効率よく行う点からすれば、好ましいものではない。
【０００７】
また、被試験物であるセルを間に挟み込んだ燃料用チャンバーと空気極ガス用チャンバーとは、６００〜１０００°Ｃの雰囲気中において試験に供される。この温度条件下で試験を行う際に、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と電解質との密着性、或いは、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極との密着性を高めると共に、それぞれのチャンバー内の密封性を高める必要がある。そのために、それぞれの密着部において、互いが押圧関係となるように、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーに対して外部から押圧力を作用させることも行われている。更に、密着部でのシール性を高めるために、前記温度条件下で軟化する物質をシール部材として介在させることも行われている。
【０００８】
しかし、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と電解質とが、或いは、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極とが、上記のような高温下において押圧力を受けてシール部材を介して密着する場合、それぞれが仮接着状態となり、そのまま冷却して固化することが起きる。また、シール部材を介在させたときは、そのシール部材の一部が溶融して溶融接着することもある。すると、空気極ガス用チャンバーの端部から電解質を分離したり、燃料用チャンバーの端部から燃料極を分離したりすることが困難となり、空気極ガス用チャンバーや燃料用チャンバーを使い捨てとせざるを得ない状況も起こり得る。
【０００９】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーと固体酸化物形燃料電池用セルとの間のシールをより確実に行うと共に、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーの繰り返し使用を可能とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置の発明は、板状体の電解質の一の面に燃料極が積層され、他の面に空気極が積層された固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記電解質は、前記燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側にシールのためのシール面部を有し、前記燃料極を収容し燃料ガスが供給される燃料用チャンバーの開口側端部と、前記空気極を収容し空気極ガスが供給される空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と前記電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において前記電解質が挟持されるようにし、一方、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、電解質を、燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側の部分をシール面部とすることが可能な大きさとした。そして、燃料用チャンバーの開口側端部と空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において電解質を挟持するようにした。そのため、燃料用チャンバーの開口側端部が多孔質構造の燃料極に密着する従来技術において燃料ガスの漏出が起こることとは異なり、本発明においては、燃料用チャンバーの開口側端部がシール部材を介して緻密な構造の電解質に密着するので、燃料ガスの漏出を防止することができる。
【００１２】
また、本発明においては、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けた。そのため、高温化で発電試験を行った後、付勢手段の付勢力を解除して、逆付勢手段により、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向に付勢することができる。すると、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とのそれぞれが、シール部材と仮接着状態になっていても、未だ高温雰囲気にある時、押圧力が作用しなくなるので、その仮接着状態を解消することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段は、前記燃料用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれの付勢力を、燃料用チャンバーに連結され、発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部に作用させるようにした。そのため、付勢手段及び逆付勢手段は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持が容易に行われる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段は、前記空気極ガス用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれの付勢力を、空気極ガス用チャンバーに連結され、発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部に作用させるようにした。そのため、付勢手段及び逆付勢手段は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持が容易に行われる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段及び逆付勢手段は、それぞれが線条材で形成された圧縮スプリングであり、前記逆付勢手段は、前記付勢手段の付勢力よりも弱い力の付勢力を発現することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれを線条材で形成した圧縮スプリングとし、付勢手段の付勢力よりも逆付勢手段の付勢力を弱いものとした。そのため、２種類の圧縮スプリングを用いる簡単な構造により、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に、逆付勢手段の付勢力に抗して付勢手段の付勢力を作用させることができる。また、付勢手段の圧縮スプリングに対する圧縮力を解除すれば、逆付勢手段の圧縮スプリングにより、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向に付勢力を作用させることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段の前記付勢受部に当接している側と反対側の端部を押し込む押込み部材が設けられ、その押込み部材の押し込みにより、前記逆付勢手段の反発力に抗して、前記付勢手段が、前記支持部材を介して、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが、前記シール部材を介して前記電解質を挟持する部分に押圧力を作用させることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、押込み部材を設け、その押込み部材により付勢手段の端部を押込み、付勢手段を作動させるようにした。また、押込み部材の押込みを解除すれば、逆付勢手段を作動させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記押込み部材が前記付勢手段の端部から離反した時、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対する付勢力を維持していることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、押込み部材が付勢手段の端部から離反した時、逆付勢手段の付勢受部に対する付勢力を維持できるようにした。そのため、逆付勢手段の付勢力を、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向により確実に作用させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーと固体酸化物形燃料電池用セルとの間のシールをより確実に行うと共に、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーとシール部材との固着を防止することができるため、それぞれのチャンバーの繰り返し使用を可能とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の発電試験装置の全体を模式的に示す一部断面図。
【図２】チャンバーユニットを模式的に示す一部断面図。
【図３】付勢手段及び逆付勢手段を模式的に示し、（ａ）は付勢手段の付勢力が発現される状態を示し、（ｂ）は付勢手段の付勢力が発現されない状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜３を用いて説明する。なお、図１においては、図が込み入ることにより読み取りの妨げになることを避けるために、各４本の下部支持部材１４及び支持部材１７を各１本として描いている。また、本実施形態における空気極側管７及び燃料極側管８は、各２本が配置されているが、これも各１本として描いている。各部材の材質は、特に明記しないものについては、鉄鋼を用いているものとする。また、空気極ガスを単に空気と称するものとする。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の発電試験装置は、箱状の下部フレーム１０と上部フレーム１１とが、それぞれの開口部を対向させた状態で互いに閉合され、それぞれの係合突部２６ａ及び係合突部２６ｂにおいて、係止部材２７により係合されている。
【００２７】
下部フレーム１０は、底板１０ａと側板１０ｂとよりなり、その内部にセラミック製の底部断熱材１、側部断熱材２及び側部断熱材３が収容されている。また、底板１０ａには、四角状に配置された４本の支持ピン１３が固定され、支持ピン１３に螺合された六角ナット１３ａにより、４本の支持ピン１３が貫通した下部支持板１２を支持している。この、下部支持板１２は、底板１０ａ及び底部断熱材１を貫通して、円周上等間隔に配置された４本の下部支持部材１４を下方から支持している。下部支持部材１４の先端部は空気用チャンバー３０に螺合されている。六角ナット１４ａは、下部支持部材１４の上方への移動を制限する位置決め部材として用いられている。
【００２８】
また、下部支持板１２及び底板１０ａを貫通すると共に、底部断熱材１の孔に挿入されたスリーブ７ｃの内部を貫通して、２本の空気極側管７が配管されている。この空気極側管７は、後に詳述するように、空気用チャンバー３０内に空気を供給するためと、余剰の気体を排出するためとに用いられ、図示しない配管を介して、同じく図示しない空気供給装置と、空気排出装置とに連結されている。
【００２９】
底板１０ａの左右のそれぞれの端部には、ブラケット２２が六角ボルト２２ａにより固定され、そのブラケット２２の上部に、セラミック製の位置決めピン２４を支持する支持板２３が六角ボルト２３ａにより固定されている。この位置決めピン２４は側部断熱材３に配置されたスリーブ２５を貫通して、後に詳述するように、その端部において、被試験体５１の位置決めを行っている。六角ナット２４ａは、位置決めピン２４の外方への移動を制限する位置決め部材として用いられている。
【００３０】
上部フレーム１１は、上板１１ａと側板１１ｂとよりなり、その内部にセラミック製の上部断熱材４を収容している。また、上板１１ａには、四角状に配置された４本の支持ピン１６が固定され、支持ピン１６に螺合された六角ナット１６ａと環状部１６ｂとにより上部支持板１５を挟持している。この上部支持板１５には、円周上等間隔に配置された４本の押込み部材１９が螺合されている。
【００３１】
また、上板１１ａ及び上部断熱材４を摺動可能に貫通して、円周上等間隔に配置された４本の丸棒状の支持部材１７が設けられ、その支持部材１７に形成された板状体の付勢受部１８と上板１１ａとの間に逆付勢手段としての線条材からなる分離スプリング２０が装置されている。更に、付勢受部１８の上面部には付勢手段としての線条材からなる押圧スプリング２１が装置されている。支持部材１７の先端部は燃料用チャンバー３７に螺合されている。
【００３２】
また、上部支持板１５、上板１１ａ及び上部断熱材４を貫通して、２本の燃料極側管８が配管されている。この燃料極側管８は、後に詳述するように、燃料用チャンバー３７内に燃料ガスを供給するためと、余剰の燃料ガス及び生成された水分を排出するためとに用いられ、図示しない配管を介して、同じく図示しない燃料ガスの供給装置及び処理装置に連結されている。
【００３３】
側部断熱材３の内面にはヒーター９が配置され、そのヒーター９により、底部断熱材１、側部断熱材２、側部断熱材３及び上部断熱材４で囲まれた空間を加熱して、被試験体５１の条件に対応する６００〜１０００°Ｃのいずれかの温度に設定された高温室５０を形成している。この高温室５０に配置されているチャンバーユニット５は、円周上等間隔に配置されたセラミック製の４本の位置決めピン６により水平方向の位置決めがされ、被試験体５１を挟持したセラミック製の空気用チャンバー３０と燃料用チャンバー３７とよりなっている。そして、４本の下部支持部材１４により空気用チャンバー３０が支持され、４本の支持部材１７により燃料用チャンバー３７が支持されている。各位置決めピン６の両端に螺合されているセラミック製の六角ナット６ａは、位置決めピン６が空気用チャンバー３０又は燃料用チャンバー３７から脱落することを防ぐために用いられている。
【００３４】
次に、図２を用いて、チャンバーユニット５を詳細に説明する。なお、図２においては、下部支持部材１４、支持部材１７及び位置決めピン６の図示を省略している。
被試験体５１は、円盤状の電解質３４の上面に積層された燃料極３５と、電解質３４の下面に積層された空気極３３と、燃料極３５及び空気極３３の外周部の外側における電解質３４の両面に配置された銀製の環状体からなるシール部材３６とにより構成されている。燃料極３５と上部のシール部材３６とは、図示しない集電材と導電材により導通している。同様に、空気極３３と下部のシール部材３６とは、図示しない集電材と導電材により導通している。
【００３５】
そして、前述のように、左右の位置決めピン２４の凹部２４ｃに嵌合した被試験体５１は、左右の位置決めピン２４により、上下方向及び左右方向を位置決めされている。この上下方向の位置決めは、被試験体５１が空気用チャンバー３０と燃料用チャンバー３７とにより挟持されるまでの間に行われる。上記のように、燃料極３５と導通した上部のシール部材３６は、右側の位置決めピン２４の導通部２４ｂに導通しており、燃料極３５は導通部２４ｂを介して図示しない電圧計に電気的に接続されている。また、空気極３３と導通した下部のシール部材３６は、左側の位置決めピン２４の導通部２４ｄに導通しており、空気極３３は導通部２４ｄを介して図示しない電圧計に電気的に接続されている。
【００３６】
空気用チャンバー３０は、円盤状の基体部３０ａと円筒状の筒状体部３０ｂとからなり、筒状体部３０ｂの内部が空気を収容する空気収容室３０ｃとなっている。空気収容室３０ｃの底部には凹部３０ｄが形成され、その凹部３０ｄの底部において、空気Ａを空気収容室３０ｃ内へ供給するための供給管７ａと、剰余の空気Ａを排出するための排出管７ｂが配置されている。凹部３０ｄの底部には、供給管７ａ及び排出管７ｂと、それらが挿通された孔との間をシールするための図示しないシール材が充填されている。この供給管７ａと排出管７ｂとが、図１に示した空気極側管７である。
【００３７】
燃料用チャンバー３７は、円盤状の基体部３７ａと円筒状の筒状体部３７ｂとからなり、筒状体部３７ｂの内部が燃料ガスを収容する燃料ガス収容室３７ｃとなっている。基体部３７ａの上面には凹部３７ｄが形成され、その凹部３７ｄの底部を貫通して燃料ガス収容室３７ｃ内に臨むように、燃料ガスＮを供給するための供給管８ａと、余剰となった燃料ガスＮと生成された水分とを排出するための排出管８ｂとが配置されている。凹部３７ｄの底部には、供給管８ａ及び排出管８ｂと、それらが挿通された孔との間をシールするための図示しないシール材が充填されている。この供給管８ａと排出管８ｂとが、図１に示した燃料極側管８である。
【００３８】
そして、空気用チャンバー３０の開口側端部３１に被試験体５１の下部のシール部材３６を載置し、上部のシール部材３６に燃料用チャンバー３７の開口側端部３８を載置して、開口側端部３１と開口側端部３８とにより、上下のシール部材３６を介して電解質３４は挟持されると共にシールされる。このとき、開口側端部３１は、空気用チャンバー３０を支持する下部支持部材１４により、下方への移動が起こらないように位置決めされている。そして、開口側端部３８は、燃料用チャンバー３７を支持する支持部材１７を介して押圧スプリング２１の付勢力により、上部のシール部材３６を押圧する。従って、開口側端部３１と開口側端部３８との間の上下のシール部材３６及び電解質３４は、それぞれが当接する部分において、押圧力を受けて密着することになる。
【００３９】
次に図３を用いて、付勢手段としての押圧スプリング２１と、逆付勢手段としての分離スプリング２０との作用を説明する。
図３（ａ）に示すように、支持部材１７の付勢受部１８の下面部１８ａと、上板１１ａとの間に分離スプリング２０が配置されている。また、六角頭部１９ｄを有する棒状体の押込み部材１９は、ねじ部１９ｃが上部支持板１５に螺合しており、先端部において押圧板１９ａが螺合されている。押圧板１９ａは止めピン１９ｂにより回転不能となっている。そして、その押圧板１９ａの押圧面部１９ｅと付勢受部１８の上面部１８ｂとの間に押圧スプリング２１が配置されている。
【００４０】
図３（ａ）に示されている状態は、六角頭部１９ｄを正回転することにより、押込み部材１９が下方に前進して押圧スプリング２１に付勢力を発生させ、その付勢力が、分離スプリング２０の付勢力に抗して、付勢受部１８に対して下方へ向かう力を作用させていることを示している。従って、付勢受部１８を介して下方への力を受ける支持部材１７は、燃料用チャンバー３７の開口側端部３８における押圧力を発生させることになる。
【００４１】
そして、図３（ｂ）に示すように、六角頭部１９ｄを逆回転することにより、押込み部材１９を後退させて、押圧面部１９ｅと押圧スプリング２１の端部２１ａとの間に隙間ができるようにすれば、押圧スプリング２１は自然長となって付勢力を発しない。すると、付勢受部１８に対する付勢力は、上方へ向かう分離スプリング２０の付勢力のみとなる。この上方への付勢力が、支持部材１７を介して燃料用チャンバー３７の開口側端部３８に伝わり、開口側端部３８のシール部材３６に対する押圧力に替わり、開口側端部３８がシール部材３６から分離する力として作用する。このとき、チャンバーユニット５は高温室５０内にあるので、開口側端部３８とシール部材３６との仮接着状態は固化しないまま解消される。従って、開口側端部３８がシール部材３６から容易に分離するので、燃料用チャンバー３７の繰り返しの使用が可能となる。
【００４２】
同様にして、空気用チャンバー３０の開口側端部３１とシール部材３６との仮接着状態は固化しないまま解消され、開口側端部３１がシール部材３６から容易に分離するので、空気用チャンバー３０の繰り返しの使用が可能となる。
【００４３】
また、空気用チャンバー３０の開口側端部３１とシール部材３６との仮接着状態が維持された場合であっても、燃料用チャンバー３７は分離されているので、開口側端部３１からシール部材３６を剥がすことは容易に行うことができる。
【００４４】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、電解質３４を、燃料極３５及び空気極３３のそれぞれの外周部の外側の部分をシール面部とすることが可能な大きさとした。そして、燃料用チャンバー３７の開口側端部３８と空気用チャンバー３０の開口側端部３１とにより、それぞれの開口側端部３８、３１と電解質３４との間にシール部材３６を介在させて、シール面部において電解質３４を挟持するようにした。そのため、開口側端部３８、３１がシール部材３６を介して緻密な構造の電解質３４に密着するので、高圧で供給された燃料ガスＮの漏出を防止することができる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、空気用チャンバー３０の開口側端部３１と燃料用チャンバー３７の開口側端部３８とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段としての押圧スプリング２１を設けると共に、その押圧スプリング２１の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段としての分離スプリング２０を設けた。このため、高温下で発電試験を行った後、押圧スプリング２１の付勢力を解除して、分離スプリング２０の付勢力により、開口側端部３１と開口側端部３８とが互いに離反する方向に付勢することができる。すると、開口側端部３１と開口側端部３８とのそれぞれが、シール部材３６と仮接着状態になっていても、未だ高温雰囲気にある時、押圧力が作用しなくなるので、その仮接着状態を解消することができる。従って、燃料用チャンバー３７及び空気用チャンバー３０からシール部材３６を分離することを容易に行うことができるので、燃料用チャンバー３７及び空気用チャンバー３０の繰り返しの使用が可能な固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することができる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、分離スプリング２０及び押圧スプリング２１を上部フレーム１１の上板１１ａの外側に配置し、上板１１ａ外へ露出し、燃料用チャンバー３７に連結された支持部材１７の付勢受部１８に作用させるようにした。そのため、分離スプリング２０及び押圧スプリング２１は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持を容易に行うことができる。
【００４７】
（４）上記実施形態では、押込み部材１９を設け、その押込み部材１９の六角頭部１９ｄを正回転することにより、押圧スプリング２１の端部２１ａを押込むと共に、付勢受部１８を介して分離スプリング２０を圧縮して、それぞれの付勢力を発生させるようにした。また、押込み部材１９の六角頭部１９ｄを逆回転して押込みを解除すれば、分離スプリング２０の付勢力のみを作動させることができる。従って、押込み部材１９の六角頭部１９ｄの正逆回転により、空気用チャンバー３０の開口側端部３１及び燃料用チャンバー３７の開口側端部３８とシール部材３６との間に押圧力を付与したり、分離力を作用させたりすることを容易に行うことができる。
【００４８】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 押圧スプリング２１により付勢受部１８を介して支持部材１７に対して下方を向く力を作用させる際、同時に押圧スプリング２１を圧縮するようにしたが、付勢受部１８の下面部１８ａと上板１１ａとの間で分離スプリング２０を非圧縮状態とすることにより、押圧スプリング２１が分離スプリング２０による逆付勢力を受けないようにすること。このようにした場合、付勢受部１８を、支持部材１７と一体化させることなく、支持部材１７に形成されたねじ部に螺合することが可能な六角ナット状体とする。その上で、付勢受部１８を介して支持部材１７に対して上方を向く力を作用させる時は、押圧スプリング２１を除いた後、六角ナット状体とした付勢受部１８を正回転させることにより、分離スプリング２０を圧縮して、その反力により支持部材１７に対して上方を向く力を作用させるようにすることができる。
・ 付勢手段及び逆付勢手段として２種類の圧縮スプリングを用いたが、進退可能なロッドを備えた空圧シリンダーを用いること。
・ 付勢手段及び逆付勢手段として２種類の圧縮スプリングを用いたが、合成樹脂製弾性体からなる２種類の中空筒状体とすること。
・ 左右の位置決めピン２４のうち、右側の位置決めピン２４の導通部２４ｂと燃料極３５とを導通し、左側の位置決めピン２４の導通部２４ｄと空気極３３とを導通したが、一方の位置決めピン２４の上部に導通部２４ｂを設け、下部に導通部２４ｄを設けるようにすること。
・ 空気用チャンバー３０の空気収容室３０ｃに凹部３０ｄを形成したが、凹部３０ｄを形成せずに、供給管７ａ及び排出管７ｂを空気収容室３０ｃに臨むように配管すること。
・ シール部材３６を銀製としたが、シール部材３６は銀に限定されず、試験の際の温度条件下で軟化する金属、硝子等を適宜選択し、例えば、硼珪酸硝子、ジルコンフリット又はアルミナシリケートＢ２０３等を用いるようにすること。シール部材３６として電気抵抗の大きい部材を用いた場合は、空気極３３と導通部２４ｄとの導通のための導通材を配置する必要があり、燃料極３５と導通部２４ｂとの導通のための導通材を配置する必要がある。
・ 燃料用チャンバー３７を上方に配置し、空気用チャンバー３０を下方に配置したが、燃料用チャンバー３７を下方に配置し、空気用チャンバー３０を上方に配置すること。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ…空気、Ｎ…燃料ガス、１７…支持部材、１８…付勢受部、１９…押込み部材、２１ａ…端部、３０…空気用チャンバー、３１，３８…開口側端部、３３…空気極、３４…電解質、３５…燃料極、３６…シール部材、３７…燃料用チャンバー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置に係り、詳しくは、燃料用チャンバー及び空気極ガス用チャンバーの繰り返し利用が可能な固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池の最小単位であるセルは、電解質と、その一の面に積層された燃料極及びその他の面に積層された空気極とから構成されている。例えば、電解質、燃料極及び空気極は、それぞれが酸化物セラミックスにより形成されている。その固体酸化物形燃料電池は、燃料極に、水素ガスの単体を供給したり、或いは都市ガスやＬＰＧから内部改質により取り出された水素ガスを供給したりすると共に、空気極には空気極ガスを供給して、６００〜１０００°Ｃの温度条件下に作動される。すると、空気極に導入された空気極ガス中の酸素は電解質との界面で解離して酸素イオンとなり、その酸素イオンは、電解質中を拡散して燃料極へ移動し、水素と電気化学的に反応して水を生成するが、その時放出された電子が電気回路を通じて空気極に移動し、空気極での反応に使われる。このように電子が電気回路を流れることによって電気が生じる。この固体酸化物形燃料電池の発電特性を把握するために、セルの発電能力を試験するための試験装置がある。
【０００３】
従来、固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置としては、燃料極側ガスを収容するための燃料用チャンバー及び空気極側ガスを収容するための空気極ガス用チャンバーを有し、それぞれのチャンバーで、セルを挟み込む形態の装置が用いられてきた。このような装置が、特許文献１において、従来技術として開示されている。
【０００４】
その発電試験装置では、電解質と、その電解質の上側面に積層された電解質と平面形状が同じ大きさの燃料極と、電解質の下側面に積層された電解質より平面形状が小さい空気極とからなるセルを、燃料用チャンバー（文献ではガス隔離管）と空気極ガス用チャンバー（文献ではガス隔離管）とで、上下から挟み込んでいる。このような構成のセルをシールするために、空気極ガス用チャンバーの開口側端部は電解質に密着し、また、燃料用チャンバーの開口側端部は、燃料極に密着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５９８３３号公報（明細書の［０００５］［０００６］、図面の［図１３］を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記発電試験装置において、空気極ガス用チャンバーの開口側端部が密着する電解質は、緻密な構造を有する酸化物セラミックスであるため、密着性を高めればシール性に問題はない。ところが、燃料用チャンバーの開口側端部が密着する相手は、多孔質構造の燃料極であるため、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極とが十分に密着するようにしても、燃料極側に供給された高圧の燃料ガスは、燃料極の中を通過して外部へ漏れるという問題がある。その燃料ガスの漏出は、試験のための燃料ガスの供給を効率よく行う点からすれば、好ましいものではない。
【０００７】
また、被試験物であるセルを間に挟み込んだ燃料用チャンバーと空気極ガス用チャンバーとは、６００〜１０００°Ｃの雰囲気中において試験に供される。この温度条件下で試験を行う際に、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と電解質との密着性、或いは、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極との密着性を高めると共に、それぞれのチャンバー内の密封性を高める必要がある。そのために、それぞれの密着部において、互いが押圧関係となるように、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーに対して外部から押圧力を作用させることも行われている。更に、密着部でのシール性を高めるために、前記温度条件下で軟化する物質をシール部材として介在させることも行われている。
【０００８】
しかし、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と電解質とが、或いは、燃料用チャンバーの開口側端部と燃料極とが、上記のような高温下において押圧力を受けてシール部材を介して密着する場合、それぞれが仮接着状態となり、そのまま冷却して固化することが起きる。また、シール部材を介在させたときは、そのシール部材の一部が溶融して溶融接着することもある。すると、空気極ガス用チャンバーの端部から電解質を分離したり、燃料用チャンバーの端部から燃料極を分離したりすることが困難となり、空気極ガス用チャンバーや燃料用チャンバーを使い捨てとせざるを得ない状況も起こり得る。
【０００９】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーと固体酸化物形燃料電池用セルとの間のシールをより確実に行うと共に、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーの繰り返し使用を可能とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置の発明は、板状体の電解質の一の面に燃料極が積層され、他の面に空気極が積層された固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記電解質は、前記燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側にシールのためのシール面部を有し、前記燃料極を収容し燃料ガスが供給される燃料用チャンバーの開口側端部と、前記空気極を収容し空気極ガスが供給される空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と前記電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において前記電解質が挟持されるようにし、一方、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、電解質を、燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側の部分をシール面部とすることが可能な大きさとした。そして、燃料用チャンバーの開口側端部と空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において電解質を挟持するようにした。そのため、燃料用チャンバーの開口側端部が多孔質構造の燃料極に密着する従来技術において燃料ガスの漏出が起こることとは異なり、本発明においては、燃料用チャンバーの開口側端部がシール部材を介して緻密な構造の電解質に密着するので、燃料ガスの漏出を防止することができる。
【００１２】
また、本発明においては、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けた。そのため、高温化で発電試験を行った後、付勢手段の付勢力を解除して、逆付勢手段により、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向に付勢することができる。すると、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とのそれぞれが、シール部材と仮接着状態になっていても、未だ高温雰囲気にある時、押圧力が作用しなくなるので、その仮接着状態を解消することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段は、前記燃料用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれの付勢力を、燃料用チャンバーに連結され、発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部に作用させるようにした。そのため、付勢手段及び逆付勢手段は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持が容易に行われる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段は、前記空気極ガス用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれの付勢力を、空気極ガス用チャンバーに連結され、発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部に作用させるようにした。そのため、付勢手段及び逆付勢手段は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持が容易に行われる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段及び逆付勢手段は、それぞれが線条材で形成された圧縮スプリングであり、前記逆付勢手段は、前記付勢手段の付勢力よりも弱い力の付勢力を発現することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、付勢手段及び逆付勢手段のそれぞれを線条材で形成した圧縮スプリングとし、付勢手段の付勢力よりも逆付勢手段の付勢力を弱いものとした。そのため、２種類の圧縮スプリングを用いる簡単な構造により、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に、逆付勢手段の付勢力に抗して付勢手段の付勢力を作用させることができる。また、付勢手段の圧縮スプリングに対する圧縮力を解除すれば、逆付勢手段の圧縮スプリングにより、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向に付勢力を作用させることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記付勢手段の前記付勢受部に当接している側と反対側の端部を押し込む押込み部材が設けられ、その押込み部材の押し込みにより、前記逆付勢手段の反発力に抗して、前記付勢手段が、前記支持部材を介して、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが、前記シール部材を介して前記電解質を挟持する部分に押圧力を作用させることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、押込み部材を設け、その押込み部材により付勢手段の端部を押込み、付勢手段を作動させるようにした。また、押込み部材の押込みを解除すれば、逆付勢手段を作動させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記押込み部材が前記付勢手段の端部から離反した時、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対する付勢力を維持していることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、押込み部材が付勢手段の端部から離反した時、逆付勢手段の付勢受部に対する付勢力を維持できるようにした。そのため、逆付勢手段の付勢力を、空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに離反する方向により確実に作用させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーと固体酸化物形燃料電池用セルとの間のシールをより確実に行うと共に、空気極ガス用チャンバー及び燃料用チャンバーとシール部材との固着を防止することができるため、それぞれのチャンバーの繰り返し使用を可能とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の発電試験装置の全体を模式的に示す一部断面図。
【図２】チャンバーユニットを模式的に示す一部断面図。
【図３】付勢手段及び逆付勢手段を模式的に示し、（ａ）は付勢手段の付勢力が発現される状態を示し、（ｂ）は付勢手段の付勢力が発現されない状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜３を用いて説明する。なお、図１においては、図が込み入ることにより読み取りの妨げになることを避けるために、各４本の下部支持部材１４及び支持部材１７を各１本として描いている。また、本実施形態における空気極側管７及び燃料極側管８は、各２本が配置されているが、これも各１本として描いている。各部材の材質は、特に明記しないものについては、鉄鋼を用いているものとする。また、空気極ガスを単に空気と称するものとする。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の発電試験装置は、箱状の下部フレーム１０と上部フレーム１１とが、それぞれの開口部を対向させた状態で互いに閉合され、それぞれの係合突部２６ａ及び係合突部２６ｂにおいて、係止部材２７により係合されている。
【００２７】
下部フレーム１０は、底板１０ａと側板１０ｂとよりなり、その内部にセラミック製の底部断熱材１、側部断熱材２及び側部断熱材３が収容されている。また、底板１０ａには、四角状に配置された４本の支持ピン１３が固定され、支持ピン１３に螺合された六角ナット１３ａにより、４本の支持ピン１３が貫通した下部支持板１２を支持している。この、下部支持板１２は、底板１０ａ及び底部断熱材１を貫通して、円周上等間隔に配置された４本の下部支持部材１４を下方から支持している。下部支持部材１４の先端部は空気用チャンバー３０に螺合されている。六角ナット１４ａは、下部支持部材１４の上方への移動を制限する位置決め部材として用いられている。
【００２８】
また、下部支持板１２及び底板１０ａを貫通すると共に、底部断熱材１の孔に挿入されたスリーブ７ｃの内部を貫通して、２本の空気極側管７が配管されている。この空気極側管７は、後に詳述するように、空気用チャンバー３０内に空気を供給するためと、余剰の気体を排出するためとに用いられ、図示しない配管を介して、同じく図示しない空気供給装置と、空気排出装置とに連結されている。
【００２９】
底板１０ａの左右のそれぞれの端部には、ブラケット２２が六角ボルト２２ａにより固定され、そのブラケット２２の上部に、セラミック製の位置決めピン２４を支持する支持板２３が六角ボルト２３ａにより固定されている。この位置決めピン２４は側部断熱材３に配置されたスリーブ２５を貫通して、後に詳述するように、その端部において、被試験体５１の位置決めを行っている。六角ナット２４ａは、位置決めピン２４の外方への移動を制限する位置決め部材として用いられている。
【００３０】
上部フレーム１１は、上板１１ａと側板１１ｂとよりなり、その内部にセラミック製の上部断熱材４を収容している。また、上板１１ａには、四角状に配置された４本の支持ピン１６が固定され、支持ピン１６に螺合された六角ナット１６ａと環状部１６ｂとにより上部支持板１５を挟持している。この上部支持板１５には、円周上等間隔に配置された４本の押込み部材１９が螺合されている。
【００３１】
また、上板１１ａ及び上部断熱材４を摺動可能に貫通して、円周上等間隔に配置された４本の丸棒状の支持部材１７が設けられ、その支持部材１７に形成された板状体の付勢受部１８と上板１１ａとの間に逆付勢手段としての線条材からなる分離スプリング２０が装置されている。更に、付勢受部１８の上面部には付勢手段としての線条材からなる押圧スプリング２１が装置されている。支持部材１７の先端部は燃料用チャンバー３７に螺合されている。
【００３２】
また、上部支持板１５、上板１１ａ及び上部断熱材４を貫通して、２本の燃料極側管８が配管されている。この燃料極側管８は、後に詳述するように、燃料用チャンバー３７内に燃料ガスを供給するためと、余剰の燃料ガス及び生成された水分を排出するためとに用いられ、図示しない配管を介して、同じく図示しない燃料ガスの供給装置及び処理装置に連結されている。
【００３３】
側部断熱材３の内面にはヒーター９が配置され、そのヒーター９により、底部断熱材１、側部断熱材２、側部断熱材３及び上部断熱材４で囲まれた空間を加熱して、被試験体５１の条件に対応する６００〜１０００°Ｃのいずれかの温度に設定された高温室５０を形成している。この高温室５０に配置されているチャンバーユニット５は、円周上等間隔に配置されたセラミック製の４本の位置決めピン６により水平方向の位置決めがされ、被試験体５１を挟持したセラミック製の空気用チャンバー３０と燃料用チャンバー３７とよりなっている。そして、４本の下部支持部材１４により空気用チャンバー３０が支持され、４本の支持部材１７により燃料用チャンバー３７が支持されている。各位置決めピン６の両端に螺合されているセラミック製の六角ナット６ａは、位置決めピン６が空気用チャンバー３０又は燃料用チャンバー３７から脱落することを防ぐために用いられている。
【００３４】
次に、図２を用いて、チャンバーユニット５を詳細に説明する。なお、図２においては、下部支持部材１４、支持部材１７及び位置決めピン６の図示を省略している。
被試験体５１は、円盤状の電解質３４の上面に積層された燃料極３５と、電解質３４の下面に積層された空気極３３と、燃料極３５及び空気極３３の外周部の外側における電解質３４の両面に配置された銀製の環状体からなるシール部材３６とにより構成されている。燃料極３５と上部のシール部材３６とは、図示しない集電材と導電材により導通している。同様に、空気極３３と下部のシール部材３６とは、図示しない集電材と導電材により導通している。
【００３５】
そして、前述のように、左右の位置決めピン２４の凹部２４ｃに嵌合した被試験体５１は、左右の位置決めピン２４により、上下方向及び左右方向を位置決めされている。この上下方向の位置決めは、被試験体５１が空気用チャンバー３０と燃料用チャンバー３７とにより挟持されるまでの間に行われる。上記のように、燃料極３５と導通した上部のシール部材３６は、右側の位置決めピン２４の導通部２４ｂに導通しており、燃料極３５は導通部２４ｂを介して図示しない電圧計に電気的に接続されている。また、空気極３３と導通した下部のシール部材３６は、左側の位置決めピン２４の導通部２４ｄに導通しており、空気極３３は導通部２４ｄを介して図示しない電圧計に電気的に接続されている。
【００３６】
空気用チャンバー３０は、円盤状の基体部３０ａと円筒状の筒状体部３０ｂとからなり、筒状体部３０ｂの内部が空気を収容する空気収容室３０ｃとなっている。空気収容室３０ｃの底部には凹部３０ｄが形成され、その凹部３０ｄの底部において、空気Ａを空気収容室３０ｃ内へ供給するための供給管７ａと、剰余の空気Ａを排出するための排出管７ｂが配置されている。凹部３０ｄの底部には、供給管７ａ及び排出管７ｂと、それらが挿通された孔との間をシールするための図示しないシール材が充填されている。この供給管７ａと排出管７ｂとが、図１に示した空気極側管７である。
【００３７】
燃料用チャンバー３７は、円盤状の基体部３７ａと円筒状の筒状体部３７ｂとからなり、筒状体部３７ｂの内部が燃料ガスを収容する燃料ガス収容室３７ｃとなっている。基体部３７ａの上面には凹部３７ｄが形成され、その凹部３７ｄの底部を貫通して燃料ガス収容室３７ｃ内に臨むように、燃料ガスＮを供給するための供給管８ａと、余剰となった燃料ガスＮと生成された水分とを排出するための排出管８ｂとが配置されている。凹部３７ｄの底部には、供給管８ａ及び排出管８ｂと、それらが挿通された孔との間をシールするための図示しないシール材が充填されている。この供給管８ａと排出管８ｂとが、図１に示した燃料極側管８である。
【００３８】
そして、空気用チャンバー３０の開口側端部３１に被試験体５１の下部のシール部材３６を載置し、上部のシール部材３６に燃料用チャンバー３７の開口側端部３８を載置して、開口側端部３１と開口側端部３８とにより、上下のシール部材３６を介して電解質３４は挟持されると共にシールされる。このとき、開口側端部３１は、空気用チャンバー３０を支持する下部支持部材１４により、下方への移動が起こらないように位置決めされている。そして、開口側端部３８は、燃料用チャンバー３７を支持する支持部材１７を介して押圧スプリング２１の付勢力により、上部のシール部材３６を押圧する。従って、開口側端部３１と開口側端部３８との間の上下のシール部材３６及び電解質３４は、それぞれが当接する部分において、押圧力を受けて密着することになる。
【００３９】
次に図３を用いて、付勢手段としての押圧スプリング２１と、逆付勢手段としての分離スプリング２０との作用を説明する。
図３（ａ）に示すように、支持部材１７の付勢受部１８の下面部１８ａと、上板１１ａとの間に分離スプリング２０が配置されている。また、六角頭部１９ｄを有する棒状体の押込み部材１９は、ねじ部１９ｃが上部支持板１５に螺合しており、先端部において押圧板１９ａが螺合されている。押圧板１９ａは止めピン１９ｂにより回転不能となっている。そして、その押圧板１９ａの押圧面部１９ｅと付勢受部１８の上面部１８ｂとの間に押圧スプリング２１が配置されている。
【００４０】
図３（ａ）に示されている状態は、六角頭部１９ｄを正回転することにより、押込み部材１９が下方に前進して押圧スプリング２１に付勢力を発生させ、その付勢力が、分離スプリング２０の付勢力に抗して、付勢受部１８に対して下方へ向かう力を作用させていることを示している。従って、付勢受部１８を介して下方への力を受ける支持部材１７は、燃料用チャンバー３７の開口側端部３８における押圧力を発生させることになる。
【００４１】
そして、図３（ｂ）に示すように、六角頭部１９ｄを逆回転することにより、押込み部材１９を後退させて、押圧面部１９ｅと押圧スプリング２１の端部２１ａとの間に隙間ができるようにすれば、押圧スプリング２１は自然長となって付勢力を発しない。すると、付勢受部１８に対する付勢力は、上方へ向かう分離スプリング２０の付勢力のみとなる。この上方への付勢力が、支持部材１７を介して燃料用チャンバー３７の開口側端部３８に伝わり、開口側端部３８のシール部材３６に対する押圧力に替わり、開口側端部３８がシール部材３６から分離する力として作用する。このとき、チャンバーユニット５は高温室５０内にあるので、開口側端部３８とシール部材３６との仮接着状態は固化しないまま解消される。従って、開口側端部３８がシール部材３６から容易に分離するので、燃料用チャンバー３７の繰り返しの使用が可能となる。
【００４２】
同様にして、空気用チャンバー３０の開口側端部３１とシール部材３６との仮接着状態は固化しないまま解消され、開口側端部３１がシール部材３６から容易に分離するので、空気用チャンバー３０の繰り返しの使用が可能となる。
【００４３】
また、空気用チャンバー３０の開口側端部３１とシール部材３６との仮接着状態が維持された場合であっても、燃料用チャンバー３７は分離されているので、開口側端部３１からシール部材３６を剥がすことは容易に行うことができる。
【００４４】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、電解質３４を、燃料極３５及び空気極３３のそれぞれの外周部の外側の部分をシール面部とすることが可能な大きさとした。そして、燃料用チャンバー３７の開口側端部３８と空気用チャンバー３０の開口側端部３１とにより、それぞれの開口側端部３８、３１と電解質３４との間にシール部材３６を介在させて、シール面部において電解質３４を挟持するようにした。そのため、開口側端部３８、３１がシール部材３６を介して緻密な構造の電解質３４に密着するので、高圧で供給された燃料ガスＮの漏出を防止することができる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、空気用チャンバー３０の開口側端部３１と燃料用チャンバー３７の開口側端部３８とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段としての押圧スプリング２１を設けると共に、その押圧スプリング２１の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段としての分離スプリング２０を設けた。このため、高温下で発電試験を行った後、押圧スプリング２１の付勢力を解除して、分離スプリング２０の付勢力により、開口側端部３１と開口側端部３８とが互いに離反する方向に付勢することができる。すると、開口側端部３１と開口側端部３８とのそれぞれが、シール部材３６と仮接着状態になっていても、未だ高温雰囲気にある時、押圧力が作用しなくなるので、その仮接着状態を解消することができる。従って、燃料用チャンバー３７及び空気用チャンバー３０からシール部材３６を分離することを容易に行うことができるので、燃料用チャンバー３７及び空気用チャンバー３０の繰り返しの使用が可能な固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置を提供することができる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、分離スプリング２０及び押圧スプリング２１を上部フレーム１１の上板１１ａの外側に配置し、上板１１ａ外へ露出し、燃料用チャンバー３７に連結された支持部材１７の付勢受部１８に作用させるようにした。そのため、分離スプリング２０及び押圧スプリング２１は、高温の雰囲気に曝されることがないので、それぞれの付勢力の調整及び維持を容易に行うことができる。
【００４７】
（４）上記実施形態では、押込み部材１９を設け、その押込み部材１９の六角頭部１９ｄを正回転することにより、押圧スプリング２１の端部２１ａを押込むと共に、付勢受部１８を介して分離スプリング２０を圧縮して、それぞれの付勢力を発生させるようにした。また、押込み部材１９の六角頭部１９ｄを逆回転して押込みを解除すれば、分離スプリング２０の付勢力のみを作動させることができる。従って、押込み部材１９の六角頭部１９ｄの正逆回転により、空気用チャンバー３０の開口側端部３１及び燃料用チャンバー３７の開口側端部３８とシール部材３６との間に押圧力を付与したり、分離力を作用させたりすることを容易に行うことができる。
【００４８】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 押圧スプリング２１により付勢受部１８を介して支持部材１７に対して下方を向く力を作用させる際、同時に押圧スプリング２１を圧縮するようにしたが、付勢受部１８の下面部１８ａと上板１１ａとの間で分離スプリング２０を非圧縮状態とすることにより、押圧スプリング２１が分離スプリング２０による逆付勢力を受けないようにすること。このようにした場合、付勢受部１８を、支持部材１７と一体化させることなく、支持部材１７に形成されたねじ部に螺合することが可能な六角ナット状体とする。その上で、付勢受部１８を介して支持部材１７に対して上方を向く力を作用させる時は、押圧スプリング２１を除いた後、六角ナット状体とした付勢受部１８を正回転させることにより、分離スプリング２０を圧縮して、その反力により支持部材１７に対して上方を向く力を作用させるようにすることができる。
・ 付勢手段及び逆付勢手段として２種類の圧縮スプリングを用いたが、進退可能なロッドを備えた空圧シリンダーを用いること。
・ 付勢手段及び逆付勢手段として２種類の圧縮スプリングを用いたが、合成樹脂製弾性体からなる２種類の中空筒状体とすること。
・ 左右の位置決めピン２４のうち、右側の位置決めピン２４の導通部２４ｂと燃料極３５とを導通し、左側の位置決めピン２４の導通部２４ｄと空気極３３とを導通したが、一方の位置決めピン２４の上部に導通部２４ｂを設け、下部に導通部２４ｄを設けるようにすること。
・ 空気用チャンバー３０の空気収容室３０ｃに凹部３０ｄを形成したが、凹部３０ｄを形成せずに、供給管７ａ及び排出管７ｂを空気収容室３０ｃに臨むように配管すること。
・ シール部材３６を銀製としたが、シール部材３６は銀に限定されず、試験の際の温度条件下で軟化する金属、硝子等を適宜選択し、例えば、硼珪酸硝子、ジルコンフリット又はアルミナシリケートＢ２０３等を用いるようにすること。シール部材３６として電気抵抗の大きい部材を用いた場合は、空気極３３と導通部２４ｄとの導通のための導通材を配置する必要があり、燃料極３５と導通部２４ｂとの導通のための導通材を配置する必要がある。
・ 燃料用チャンバー３７を上方に配置し、空気用チャンバー３０を下方に配置したが、燃料用チャンバー３７を下方に配置し、空気用チャンバー３０を上方に配置すること。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ…空気、Ｎ…燃料ガス、１７…支持部材、１８…付勢受部、１９…押込み部材、２１ａ…端部、３０…空気用チャンバー、３１，３８…開口側端部、３３…空気極、３４…電解質、３５…燃料極、３６…シール部材、３７…燃料用チャンバー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の電解質の一の面に燃料極が積層され、他の面に空気極が積層された固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記電解質は、前記燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側にシールのためのシール面部を有し、前記燃料極を収容し燃料ガスが供給される燃料用チャンバーの開口側端部と、前記空気極を収容し空気極ガスが供給される空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と前記電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において前記電解質が挟持されるようにし、一方、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記燃料用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項３】
前記付勢手段は、前記空気極ガス用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項４】
前記付勢手段及び逆付勢手段は、それぞれが線条材で形成された圧縮スプリングであり、前記逆付勢手段は、前記付勢手段の付勢力よりも弱い力の付勢力を発現することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項５】
前記付勢手段の前記付勢受部に当接している側と反対側の端部を押し込む押込み部材が設けられ、その押込み部材の押し込みにより、前記逆付勢手段の反発力に抗して、前記付勢手段が、前記支持部材を介して、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが、前記シール部材を介して前記電解質を挟持する部分に押圧力を作用させることを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項６】
前記押込み部材が前記付勢手段の端部から離反した時、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対する付勢力を維持していることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項１】
板状体の電解質の一の面に燃料極が積層され、他の面に空気極が積層された固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置において、前記電解質は、前記燃料極及び空気極のそれぞれの外周部の外側にシールのためのシール面部を有し、前記燃料極を収容し燃料ガスが供給される燃料用チャンバーの開口側端部と、前記空気極を収容し空気極ガスが供給される空気極ガス用チャンバーの開口側端部とにより、それぞれの開口側端部と前記電解質との間にシール部材を介在させて、前記シール面部において前記電解質が挟持されるようにし、一方、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが互いに接近する方向に付勢する付勢手段を設けると共に、その付勢手段の付勢方向とは逆方向に付勢する逆付勢手段を設けたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記燃料用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項３】
前記付勢手段は、前記空気極ガス用チャンバーに連結されて発電試験装置のフレーム外に露出した支持部材に形成された付勢受部の一の面に対して、前記空気極から燃料極へ向かう方向へ付勢力を与え、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対して、前記燃料極から空気極へ向かう方向へ付勢力を与えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項４】
前記付勢手段及び逆付勢手段は、それぞれが線条材で形成された圧縮スプリングであり、前記逆付勢手段は、前記付勢手段の付勢力よりも弱い力の付勢力を発現することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項５】
前記付勢手段の前記付勢受部に当接している側と反対側の端部を押し込む押込み部材が設けられ、その押込み部材の押し込みにより、前記逆付勢手段の反発力に抗して、前記付勢手段が、前記支持部材を介して、前記空気極ガス用チャンバーの開口側端部と燃料用チャンバーの開口側端部とが、前記シール部材を介して前記電解質を挟持する部分に押圧力を作用させることを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【請求項６】
前記押込み部材が前記付勢手段の端部から離反した時、前記逆付勢手段は、前記付勢受部の他の面に対する付勢力を維持していることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの発電試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１５７４６６（Ｐ２０１０−１５７４６６Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６（Ｐ２００９−１３６）
【出願日】平成２１年１月５日（２００９．１．５）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月５日（２００９．１．５）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
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