電気化学セル評価用ホルダ
【課題】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提供すること。
【解決手段】挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、セル部３４、一対のセラミックス製のガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を積層し、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０を突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締結固定して組み立ててなる。
【解決手段】挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、セル部３４、一対のセラミックス製のガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を積層し、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０を突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締結固定して組み立ててなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の性能特性を評価するための電気化学セル評価用ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）は、電解質として酸素イオン導電性固体電解質を使用した燃料電池であり、燃料と酸化剤の２種類のガスをそれぞれ酸素イオン導電性固体電解質によって隔てられた燃料極と空気極に供給して、それぞれの電極で電気化学反応を進行させることで外部に電力を取り出している。
【０００３】
この固体酸化物形燃料電池は、低公害・高効率な発電方式として、作動温度が高温で出力密度が高いため装置の小型化が可能、電解質が固体であるため取り扱いが容易、高温の排出ガスを利用することで全体の高効率化（コジェネレーション）を図れる等の利点から、例えば大規模発電システムや分散定置型電源として実用化するべく研究開発が進められている。
【０００４】
そして、このような固体酸化物形燃料電池の研究開発に伴い、燃料電池の性能を評価するための固体酸化物型燃料電池の単セル評価装置としては、例えば引用文献１に示すような装置や、非特許文献１又は２に開示されるような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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２３８５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】ＳＯＦＣ研究会編「第１２回ＳＯＦＣ研究発表会講演要旨集」、（２００３）、９４〜９５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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、Ｃｒ2 Ｏ3 ）がセル表面に付着して汚染されることにより、評価試験に悪影響を及ぼす虞があった。
【０００９】
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ため、それ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るため設置時の取り扱いが不便であるという問題があった。
【００１０】
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って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が、Ｏ−リングがガラス製であるため、次の評価試験を行うために使用したガラスＯ−リングの除去や清掃作業が必要となり面倒であった。
【００１１】
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、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提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された電気化学セル評価用ホルダは、燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板、燃料極用集電体の順で底部に収容され、前記燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び前記供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とそれぞれ連通する燃料極側収容凹部と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板、空気極用集電体の順で底部から収容され、前記空気ガスを供給する空気ガス導入管及び前記供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とそれぞれ連通する空気極側収容凹部と、固定用の複数の空気極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の空気極側筐体と、
電解質を燃料極、空気極とで挟んで構成されるセル部と、
ガス漏洩防止用として前記セル部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製の一対のガスケットと、
アルミナ製のボルトと、該ボルトと螺合するアルミナ製のナットと、前記燃料極側挿通孔又は前記空気極側挿通孔の何れか一方側に挿入されるセラミックバネとを有する固定部材と、を備え、
前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とは、前記セル部を中心として前記一対のガスケットを介在しながら前記燃料極側収容凹部と前記空気極側収容凹部とが対向するように突き合わせた状態で前記ボルトを前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔に挿通し、前記ナットとの螺合により締付固定されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、集電した電流を取り出す電流取出用リード線と、前記セル部の電圧測定を行う電圧測定用リード線と、前記セル部近傍の温度測定を行う温度センサとを導入するためのハーメチック端子が、前記空気ガス導入管のガス流入口及び前記燃料ガス導入管のガス流入口にそれぞれ装着されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１又は２記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、前記空気ガス拡散板及び前記燃料ガス拡散板は、前記セル部の面積に応じた大きさで形成され、
使用する前記セル部の種類に応じて前記燃料ガス拡散板及び前記空気ガス拡散板が交換可能であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１〜３の何れかに記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、前記燃料極側収容凹部及び前記空気極側収容凹部には、供給される前記各ガスを導入するためのガス導入溝と、前記供給された各ガスを排出するためのガス排出溝がそれぞれ設けられ、
前記ガス排出溝の単位時間あたりの流量と前記ガス導入溝の単位時間あたりの流量は、前記供給された各ガスが前記燃料極側収容凹部内又は前記空気極側収容凹部内に所定時間充満した状態が維持できる関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気化学セル評価用ホルダによれば、燃料極側筐体及び空気極側筐体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への悪影響の心配がなく、高精度にセル部の評価試験を行うことができる。また、燃料極側筐体に燃料ガス拡散板及び燃料極用集電体を収容する燃料極側収容凹部が、空気極側筐体に空気ガス拡散板及び空気極用集電体が収容できる空気極側収容凹部がそれぞれ形成できる程度の大きさであるため、ホルダ本体が小型化して電気炉への収容作業等が容易となり、また使用する電気炉も限定されずに汎用性に優れた電気化学セル評価用ホルダを提供することができる。
【００１７】
さらに、セル部と各筐体間に介在される一対のガスケット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。
【００１８】
また、セル部の面積に合せてガス拡散部を形成した燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板を使用することで、効率的にセル部へガスを供給することができる。
【００１９】
さらに、燃料極側収容凹部及び空気極側収容凹部に形成されているガス導入溝とガス排出溝との溝の大きさの関係は、ガス排出溝の単位時間あたりの流量とガス導入溝の単位時間あたりの流量が、供給されたガスが各収容凹部の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係となるように形成されているため、セル部に対して確実に燃料ガス又は空気ガスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの分解斜視図である。
【図２】同ホルダのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】（ａ） 燃料極側筐体の上面図である。 （ｂ） 空気極側筐体の上面図である。
【図４】同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。
【図５】（ａ） 同ホルダに使用される角１００ｍｍセル用の燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板の実施例を示す説明図である。 （ｂ） 同ホルダに使用される角５０ｍｍセル用の燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等によりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれる。
【００２２】
まず、図１を参照しながら、本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの構成について説明する。
図１又は図２に示すように、本例の電気化学セル評価用ホルダ１の基本的構造としては、挟持部品３０を燃料極側筐体１０（図中下方）と、空気極側筐体２０（図中上方）との間に挟持した状態で固定部材４０によって締結固定して組み立てられている。
【００２３】
燃料極側筐体１０は、評価試験時の高温に耐え、且つセル部３４の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる直方体形状を有し、底部から順に燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２を収容する収容領域である燃料極側収容凹部１１が形成されている。
なお、燃料極側筐体１０の厚さや大きさは、使用する燃料ガス拡散板３１や燃料極用集電体３２が収容でき、且つセル部３４の燃料極で十分に発電可能な程度の燃料ガスを充満できる燃料極側収容凹部１１が形成できる程度の大きさであればよい。
【００２４】
燃料極側収容凹部１１には、図３（ａ）に示すように、筐体に設けられた燃料ガスを供給する燃料ガス導入管２と連通する燃料ガス導入溝１２が形成されるとともに、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管３と連通する燃料ガス排出溝１３が形成されている。
【００２５】
燃料ガス導入溝１２と燃料ガス排出溝１３との溝の大きさの関係は、燃料ガス排出溝１３の単位時間あたりの流量と燃料ガス導入溝１２の単位時間あたりの流量が、供給された燃料ガスが燃料極側収容凹部１１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係、すなわち、燃料ガスの供給量、排出量、収容領域の容積等の使用条件を考慮して発電に必要な燃料ガスがセル部３４の燃料極に十分供給される程度の大きさで形成されていればよい。
【００２６】
また、燃料極側収容凹部１１の底部における略中心位置には、必要に応じて収容される燃料ガス拡散板３１及び燃料極用集電体３２を、挟持するセル部３４の燃料極に対して近接した状態で支持するジルコニア製の押付用バネ１４を挿入する挿入溝１５が設けられている。
【００２７】
さらに、燃料極側筐体１０には、固定部材４０による空気極側筐体２０との締結固定を行うための複数の燃料極側挿通孔１６（図例では、筐体の四隅に貫通して形成され、使用する固定部材４０に応じて孔径が適宜決定される）が形成されている。
【００２８】
空気極側筐体２０は、燃料極側筐体１０と同様に、評価試験時の高温に耐え、且つセル部３４の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる直方体形状を有し、底部から順に空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板３６、空気極用集電体３５を収容する収容領域である空気極側収容凹部２１が形成されている。なお、空気極側筐体２０の厚さや大きさは、使用する空気ガス拡散板３６や空気極用集電体３５が収容でき、且つセル部３４の空気極で十分に発電可能な程度の空気ガスを充満できる空気極側収容凹部２１が形成できる程度の大きさであればよい。
【００２９】
空気極側収容凹部２１には、図３（ｂ）に示すように、筐体に設けられた空気ガスを供給する空気ガス導入管４と連通する空気ガス導入溝２２が形成されるとともに、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管５と連通する空気ガス排出溝２３が形成されている。
【００３０】
空気ガス導入溝２２と空気ガス排出溝２３との溝の大きさの関係は、空気ガス排出溝２３の単位時間あたりの流量と空気ガス導入溝２２の単位時間あたりの流量が、供給された空気ガスが空気極側収容凹部２１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係、すなわち、空気ガスの供給量、排出量、収容領域の容積等の使用条件を考慮して発電に必要な空気ガスがセル部３４の空気極に十分供給される程度の大きさで形成されていればよい。
【００３１】
また、空気極側収容凹部２１の底部における略中心位置には、必要に応じて収容される空気ガス拡散板３６及び空気極用集電体３５を、挟持するセル部３４の空気極に対して近接した状態で支持するジルコニア製の押付用バネ２４を挿入する挿入溝２５が設けられている。
【００３２】
さらに、空気極側筐体２０には、固定部材４０による燃料極側筐体１０との締結固定を行うための複数の空気極側挿通孔２６（図例では、筐体の四隅に貫通して形成され、使用する固定部材４０に応じて孔径が適宜決定される）形成されている。
【００３３】
なお、燃料極側挿通孔１６及び空気極側挿通孔２６は、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態としたときに、後述する固定部材４０のボルト４１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。
【００３４】
また、図２に示すように、燃料ガス導入管２及び空気ガス導入管４のガス導入口には、セル部３４で発電した電流を燃料極用集電体３２又は空気極用集電体３５から取り出す電流取出用リード線６と、セル部３４の各電極の電圧測定を行う電圧測定用リード線７と、セル部３４近傍の温度測定を行う温度センサ８とを導入するためのハーメチック端子５０（燃料極側ハーメチック端子５０ａ、空気極側ハーメチック端子５０ｂ）がそれぞれ設置されている。
【００３５】
ハーメチック端子５０（５０ａ、５０ｂ）は、図４に示すように、燃料ガス導入管２（又は空気ガス導入管４）におけるガス導入口に装着され、燃料ガス（又は空気ガス）をホルダ内へ導入するガス導入路５１ａが設けられた端子本体５１と、各ガス導入管２、４に挿入された状態で端子本体５１とＯ−リング５２を介して螺合してガス漏れを防止する第１係合部材５３と、端子導入部材５４とＯ−リング５５とを介在した状態で端子本体５１と螺合してガス漏れを防止する第２係合部材５６とで構成され、電流取出用リード線６、電圧測定用リード線７、温度センサ８をガス漏れさせずに外部から導入してホルダ内の所定箇所に配置するための気密端子である。
【００３６】
挟持部品３０は、燃料ガス導入管２から供給された燃料ガスを拡散してセル部３４の燃料極に均等に供給するための燃料ガス拡散領域３１ｄを備えた燃料ガス拡散板３１と、還元雰囲気で安定であるＮｉ網などからなる燃料極用集電体３２と、ガス漏洩防止用としてセル部３４の外周縁部３４ａ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）からなる一対のガスケット３３と、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たセル部３４と、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などからなる空気極用集電体３５と、空気ガス導入管４から供給された空気ガスを拡散してセル部３４の空気極に均等に供給するための空気ガス拡散領域３６ｄを備えた空気ガス拡散板３６と、から構成されている。
【００３７】
挟持部品３０は、図１又は図２に示すように、燃料極側筐体１０を下方、空気極側筐体２０を上方とした場合に、燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６の順で積層された状態で挟持されている。この際、燃料ガス拡散板３１と燃料極用集電体３２は燃料極側収容凹部１１に収容され、空気ガス拡散板３６と空気極用集電体３５は空気極側収容凹部２１に収容される。また、一方のガスケット３３は、セル部３４の外周縁部３４ａと燃料極側収容凹部１１の外縁部分との間に介在され、他方のガスケット３３は、セル部３４の外周縁部３４ａと空気極側収容凹部２１の外縁部分との間に介在されている。
【００３８】
また、燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、供給されたガスの通路となる複数の凹溝形状からなるガス通路３１ａ、３６ａ、供給されたガスを導入するガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂ、供給されたガスを排出するガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃがそれぞれ形成されており、各々が燃料ガス拡散領域３１ｄ、空気ガス拡散領域３６ｄとして機能している。さらに、燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６は、セル部３４の面積（図５（ａ）では角１００ｍｍ、図５（ｂ）では角５０ｍｍ）と略同等の大きさで成形したものを用意し、使用するセル部３４の大きさに応じて適宜交換することで、効率的にセル部３４へのガス供給を行うことができる。この際、使用する燃料ガス拡散板３１、空気ガス拡散板３６の大きさに応じてガスケット３３の大きさも変更されたものを使用する。
【００３９】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態では、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂとガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃとの孔の大きさの関係は、燃料ガス排出溝１３（又は空気ガス排出溝２３）と燃料ガス導入溝１２（又は空気ガス導入溝２２）との大きさの関係に応じて適宜設定して形成されている。図例では、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂが、ガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃよりも大きくなるように形成された例である。
【００４０】
なお、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂ及びガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃの大きさは、燃料ガス導入溝１２及び燃料ガス排出溝１３との溝の大きさの関係に応じて適宜設定されるため、必ずしも双方の孔の大きさが異なる形態である必要はなく、使用条件等によっては同等の大きさであってもよい。
【００４１】
固定部材４０は、アルミナ製のボルト４１と、ボルト４１と螺合するアルミナ製のナット４２と、燃料極側挿通孔１６又は空気極側挿通孔２６の何れか一方側に挿入されるセラミックバネ４３とで構成されている。図例では、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態で、積層した挟持部品３０（燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６の順で積層）を挟持する。その後、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２６にセラミックバネ４３を挿入して、燃料極側挿通孔１６から挿通したボルト４１をナット４２で締付固定している。
【００４２】
次に、図１又は図２に示す実施例を基に、上述した電気化学セル評価用ホルダ１の組み立て手順について説明する。
まず、挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を、燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０の挟持方向に従って積層する。そして、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態で、燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０との間に挟持部品３０を挟持させる。このとき、燃料極側収容凹部１１の挿入溝１５及び空気極側収容凹部２１の挿入溝２５には、それぞれ押付用バネ１４、２４を挿入した状態とする。
【００４３】
そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締め付けて燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とが組み合わせることで、電気化学セル評価用ホルダ１の組み立て作業が終了する。
【００４４】
以上説明したように、上述した電気化学セル評価用ホルダ１は、挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、セル部３４、一対のセラミックス製のガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を積層し、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０を突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締結固定して組み立てる。
【００４５】
これにより、燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０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３４への悪影響の心配がなく、信頼性の高いにセル部３４の評価試験を行うことができる。また、燃料極側筐体１０に燃料ガス拡散板３１及び燃料極用集電体３２を収容する燃料極側収容凹部１１が、空気極側筐体２０に空気ガス拡散板３６及び空気極用集電体３５が収容できる空気極側収容凹部２１がそれぞれ形成できる程度の大きさであるため、ホルダ本体の小型化が図れるとともに電気炉への収容作業等が容易となり、また使用する電気炉も限定されずに汎用性に優れた電気化学セル評価用ホルダ１を提供することができる。
【００４６】
さらに、セル部３４と各筐体１０、２０間に介在される一対のガスケット３３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。
【００４７】
また、セル部３４の面積に合せてガス拡散部を形成した燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６を使用することで、効率的にセル部３４へガスを供給することができる。
【００４８】
さらに、燃料極側収容凹部１１及び空気極側収容凹部２１に形成されている燃料ガス導入溝１２及び空気ガス導入溝２２と燃料ガス排出溝１３及び空気ガス排出溝２３との溝の大きさの関係は、ガス排出溝の単位時間あたりの流量とガス導入溝の単位時間あたりの流量が、供給されたガスが各収容凹部１１、２１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係となるように形成されているため、セル部３４に対して確実に燃料ガス又は空気ガスを供給することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…電気化学セル評価用ホルダ
２…燃料ガス導入管
３…燃料ガス排出管
４…空気ガス導入管
５…空気ガス排出管
６…電流取出用リード線
７…電圧測定用リード線
８…温度センサ
１０…燃料極側筐体
１１…燃料極側収容凹部
１２…燃料ガス導入溝
１３…燃料ガス排出溝
１４…押付用バネ
１５…挿入溝
１６…燃料極側挿通孔
２０…空気極側筐体
２１…空気極側収容凹部
２２…空気ガス導入溝
２３…空気ガス排出溝
２４…押付用バネ
２５…挿入溝
２６…空気極側挿通孔
３０…挟持部材
３１…燃料ガス拡散板（３１ａ…ガス通路、３１ｂ…ガス導入用貫通溝、３１ｃ…ガス排出用貫通溝、３１ｄ…燃料ガス拡散領域）
３２…燃料極用集電体
３３…ガスケット
３４…セル部
３５…空気極用集電体
３６…空気ガス拡散板（３６ａ…ガス通路、３６ｂ…ガス導入用貫通溝、３６ｃ…ガス排出用貫通溝、３６ｄ…空気ガス拡散領域）
４０…固定部材
４１…ボルト
４２…ナット
４３…セラミックバネ
５０…ハーメチック端子（５０ａ…燃料極側ハーメチック端子、５０ｂ…空気極側ハーメチック端子）
５１…端子本体（５１ａ…ガス導入路）
５２、５５…Ｏ−リング
５３…第１係合部材
５４…端子導入部材
５６…第２係合部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の性能特性を評価するための電気化学セル評価用ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）は、電解質として酸素イオン導電性固体電解質を使用した燃料電池であり、燃料と酸化剤の２種類のガスをそれぞれ酸素イオン導電性固体電解質によって隔てられた燃料極と空気極に供給して、それぞれの電極で電気化学反応を進行させることで外部に電力を取り出している。
【０００３】
この固体酸化物形燃料電池は、低公害・高効率な発電方式として、作動温度が高温で出力密度が高いため装置の小型化が可能、電解質が固体であるため取り扱いが容易、高温の排出ガスを利用することで全体の高効率化（コジェネレーション）を図れる等の利点から、例えば大規模発電システムや分散定置型電源として実用化するべく研究開発が進められている。
【０００４】
そして、このような固体酸化物形燃料電池の研究開発に伴い、燃料電池の性能を評価するための固体酸化物型燃料電池の単セル評価装置としては、例えば引用文献１に示すような装置や、非特許文献１又は２に開示されるような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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２３８５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】ＳＯＦＣ研究会編「第１２回ＳＯＦＣ研究発表会講演要旨集」、（２００３）、９４〜９５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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、Ｃｒ2 Ｏ3 ）がセル表面に付着して汚染されることにより、評価試験に悪影響を及ぼす虞があった。
【０００９】
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ため、それ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るため設置時の取り扱いが不便であるという問題があった。
【００１０】
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って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が、Ｏ−リングがガラス製であるため、次の評価試験を行うために使用したガラスＯ−リングの除去や清掃作業が必要となり面倒であった。
【００１１】
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、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提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された電気化学セル評価用ホルダは、燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板、燃料極用集電体の順で底部に収容され、前記燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び前記供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とそれぞれ連通する燃料極側収容凹部と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板、空気極用集電体の順で底部から収容され、前記空気ガスを供給する空気ガス導入管及び前記供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とそれぞれ連通する空気極側収容凹部と、固定用の複数の空気極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の空気極側筐体と、
電解質を燃料極、空気極とで挟んで構成されるセル部と、
ガス漏洩防止用として前記セル部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製の一対のガスケットと、
アルミナ製のボルトと、該ボルトと螺合するアルミナ製のナットと、前記燃料極側挿通孔又は前記空気極側挿通孔の何れか一方側に挿入されるセラミックバネとを有する固定部材と、を備え、
前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とは、前記セル部を中心として前記一対のガスケットを介在しながら前記燃料極側収容凹部と前記空気極側収容凹部とが対向するように突き合わせた状態で前記ボルトを前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔に挿通し、前記ナットとの螺合により締付固定されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、集電した電流を取り出す電流取出用リード線と、前記セル部の電圧測定を行う電圧測定用リード線と、前記セル部近傍の温度測定を行う温度センサとを導入するためのハーメチック端子が、前記空気ガス導入管のガス流入口及び前記燃料ガス導入管のガス流入口にそれぞれ装着されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１又は２記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、前記空気ガス拡散板及び前記燃料ガス拡散板は、前記セル部の面積に応じた大きさで形成され、
使用する前記セル部の種類に応じて前記燃料ガス拡散板及び前記空気ガス拡散板が交換可能であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４記載の電気化学セル評価用ホルダは、請求項１〜３の何れかに記載の電気化学セル評価用ホルダにおいて、前記燃料極側収容凹部及び前記空気極側収容凹部には、供給される前記各ガスを導入するためのガス導入溝と、前記供給された各ガスを排出するためのガス排出溝がそれぞれ設けられ、
前記ガス排出溝の単位時間あたりの流量と前記ガス導入溝の単位時間あたりの流量は、前記供給された各ガスが前記燃料極側収容凹部内又は前記空気極側収容凹部内に所定時間充満した状態が維持できる関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気化学セル評価用ホルダによれば、燃料極側筐体及び空気極側筐体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への悪影響の心配がなく、高精度にセル部の評価試験を行うことができる。また、燃料極側筐体に燃料ガス拡散板及び燃料極用集電体を収容する燃料極側収容凹部が、空気極側筐体に空気ガス拡散板及び空気極用集電体が収容できる空気極側収容凹部がそれぞれ形成できる程度の大きさであるため、ホルダ本体が小型化して電気炉への収容作業等が容易となり、また使用する電気炉も限定されずに汎用性に優れた電気化学セル評価用ホルダを提供することができる。
【００１７】
さらに、セル部と各筐体間に介在される一対のガスケット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。
【００１８】
また、セル部の面積に合せてガス拡散部を形成した燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板を使用することで、効率的にセル部へガスを供給することができる。
【００１９】
さらに、燃料極側収容凹部及び空気極側収容凹部に形成されているガス導入溝とガス排出溝との溝の大きさの関係は、ガス排出溝の単位時間あたりの流量とガス導入溝の単位時間あたりの流量が、供給されたガスが各収容凹部の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係となるように形成されているため、セル部に対して確実に燃料ガス又は空気ガスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの分解斜視図である。
【図２】同ホルダのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】（ａ） 燃料極側筐体の上面図である。 （ｂ） 空気極側筐体の上面図である。
【図４】同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。
【図５】（ａ） 同ホルダに使用される角１００ｍｍセル用の燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板の実施例を示す説明図である。 （ｂ） 同ホルダに使用される角５０ｍｍセル用の燃料ガス拡散板及び空気ガス拡散板の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等によりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれる。
【００２２】
まず、図１を参照しながら、本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの構成について説明する。
図１又は図２に示すように、本例の電気化学セル評価用ホルダ１の基本的構造としては、挟持部品３０を燃料極側筐体１０（図中下方）と、空気極側筐体２０（図中上方）との間に挟持した状態で固定部材４０によって締結固定して組み立てられている。
【００２３】
燃料極側筐体１０は、評価試験時の高温に耐え、且つセル部３４の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる直方体形状を有し、底部から順に燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２を収容する収容領域である燃料極側収容凹部１１が形成されている。
なお、燃料極側筐体１０の厚さや大きさは、使用する燃料ガス拡散板３１や燃料極用集電体３２が収容でき、且つセル部３４の燃料極で十分に発電可能な程度の燃料ガスを充満できる燃料極側収容凹部１１が形成できる程度の大きさであればよい。
【００２４】
燃料極側収容凹部１１には、図３（ａ）に示すように、筐体に設けられた燃料ガスを供給する燃料ガス導入管２と連通する燃料ガス導入溝１２が形成されるとともに、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管３と連通する燃料ガス排出溝１３が形成されている。
【００２５】
燃料ガス導入溝１２と燃料ガス排出溝１３との溝の大きさの関係は、燃料ガス排出溝１３の単位時間あたりの流量と燃料ガス導入溝１２の単位時間あたりの流量が、供給された燃料ガスが燃料極側収容凹部１１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係、すなわち、燃料ガスの供給量、排出量、収容領域の容積等の使用条件を考慮して発電に必要な燃料ガスがセル部３４の燃料極に十分供給される程度の大きさで形成されていればよい。
【００２６】
また、燃料極側収容凹部１１の底部における略中心位置には、必要に応じて収容される燃料ガス拡散板３１及び燃料極用集電体３２を、挟持するセル部３４の燃料極に対して近接した状態で支持するジルコニア製の押付用バネ１４を挿入する挿入溝１５が設けられている。
【００２７】
さらに、燃料極側筐体１０には、固定部材４０による空気極側筐体２０との締結固定を行うための複数の燃料極側挿通孔１６（図例では、筐体の四隅に貫通して形成され、使用する固定部材４０に応じて孔径が適宜決定される）が形成されている。
【００２８】
空気極側筐体２０は、燃料極側筐体１０と同様に、評価試験時の高温に耐え、且つセル部３４の汚染を防止する効果を備えたアルミナからなる直方体形状を有し、底部から順に空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板３６、空気極用集電体３５を収容する収容領域である空気極側収容凹部２１が形成されている。なお、空気極側筐体２０の厚さや大きさは、使用する空気ガス拡散板３６や空気極用集電体３５が収容でき、且つセル部３４の空気極で十分に発電可能な程度の空気ガスを充満できる空気極側収容凹部２１が形成できる程度の大きさであればよい。
【００２９】
空気極側収容凹部２１には、図３（ｂ）に示すように、筐体に設けられた空気ガスを供給する空気ガス導入管４と連通する空気ガス導入溝２２が形成されるとともに、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管５と連通する空気ガス排出溝２３が形成されている。
【００３０】
空気ガス導入溝２２と空気ガス排出溝２３との溝の大きさの関係は、空気ガス排出溝２３の単位時間あたりの流量と空気ガス導入溝２２の単位時間あたりの流量が、供給された空気ガスが空気極側収容凹部２１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係、すなわち、空気ガスの供給量、排出量、収容領域の容積等の使用条件を考慮して発電に必要な空気ガスがセル部３４の空気極に十分供給される程度の大きさで形成されていればよい。
【００３１】
また、空気極側収容凹部２１の底部における略中心位置には、必要に応じて収容される空気ガス拡散板３６及び空気極用集電体３５を、挟持するセル部３４の空気極に対して近接した状態で支持するジルコニア製の押付用バネ２４を挿入する挿入溝２５が設けられている。
【００３２】
さらに、空気極側筐体２０には、固定部材４０による燃料極側筐体１０との締結固定を行うための複数の空気極側挿通孔２６（図例では、筐体の四隅に貫通して形成され、使用する固定部材４０に応じて孔径が適宜決定される）形成されている。
【００３３】
なお、燃料極側挿通孔１６及び空気極側挿通孔２６は、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態としたときに、後述する固定部材４０のボルト４１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。
【００３４】
また、図２に示すように、燃料ガス導入管２及び空気ガス導入管４のガス導入口には、セル部３４で発電した電流を燃料極用集電体３２又は空気極用集電体３５から取り出す電流取出用リード線６と、セル部３４の各電極の電圧測定を行う電圧測定用リード線７と、セル部３４近傍の温度測定を行う温度センサ８とを導入するためのハーメチック端子５０（燃料極側ハーメチック端子５０ａ、空気極側ハーメチック端子５０ｂ）がそれぞれ設置されている。
【００３５】
ハーメチック端子５０（５０ａ、５０ｂ）は、図４に示すように、燃料ガス導入管２（又は空気ガス導入管４）におけるガス導入口に装着され、燃料ガス（又は空気ガス）をホルダ内へ導入するガス導入路５１ａが設けられた端子本体５１と、各ガス導入管２、４に挿入された状態で端子本体５１とＯ−リング５２を介して螺合してガス漏れを防止する第１係合部材５３と、端子導入部材５４とＯ−リング５５とを介在した状態で端子本体５１と螺合してガス漏れを防止する第２係合部材５６とで構成され、電流取出用リード線６、電圧測定用リード線７、温度センサ８をガス漏れさせずに外部から導入してホルダ内の所定箇所に配置するための気密端子である。
【００３６】
挟持部品３０は、燃料ガス導入管２から供給された燃料ガスを拡散してセル部３４の燃料極に均等に供給するための燃料ガス拡散領域３１ｄを備えた燃料ガス拡散板３１と、還元雰囲気で安定であるＮｉ網などからなる燃料極用集電体３２と、ガス漏洩防止用としてセル部３４の外周縁部３４ａ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）からなる一対のガスケット３３と、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たセル部３４と、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などからなる空気極用集電体３５と、空気ガス導入管４から供給された空気ガスを拡散してセル部３４の空気極に均等に供給するための空気ガス拡散領域３６ｄを備えた空気ガス拡散板３６と、から構成されている。
【００３７】
挟持部品３０は、図１又は図２に示すように、燃料極側筐体１０を下方、空気極側筐体２０を上方とした場合に、燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６の順で積層された状態で挟持されている。この際、燃料ガス拡散板３１と燃料極用集電体３２は燃料極側収容凹部１１に収容され、空気ガス拡散板３６と空気極用集電体３５は空気極側収容凹部２１に収容される。また、一方のガスケット３３は、セル部３４の外周縁部３４ａと燃料極側収容凹部１１の外縁部分との間に介在され、他方のガスケット３３は、セル部３４の外周縁部３４ａと空気極側収容凹部２１の外縁部分との間に介在されている。
【００３８】
また、燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、供給されたガスの通路となる複数の凹溝形状からなるガス通路３１ａ、３６ａ、供給されたガスを導入するガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂ、供給されたガスを排出するガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃがそれぞれ形成されており、各々が燃料ガス拡散領域３１ｄ、空気ガス拡散領域３６ｄとして機能している。さらに、燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６は、セル部３４の面積（図５（ａ）では角１００ｍｍ、図５（ｂ）では角５０ｍｍ）と略同等の大きさで成形したものを用意し、使用するセル部３４の大きさに応じて適宜交換することで、効率的にセル部３４へのガス供給を行うことができる。この際、使用する燃料ガス拡散板３１、空気ガス拡散板３６の大きさに応じてガスケット３３の大きさも変更されたものを使用する。
【００３９】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態では、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂとガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃとの孔の大きさの関係は、燃料ガス排出溝１３（又は空気ガス排出溝２３）と燃料ガス導入溝１２（又は空気ガス導入溝２２）との大きさの関係に応じて適宜設定して形成されている。図例では、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂが、ガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃよりも大きくなるように形成された例である。
【００４０】
なお、ガス導入用貫通溝３１ｂ、３６ｂ及びガス排出用貫通溝３１ｃ、３６ｃの大きさは、燃料ガス導入溝１２及び燃料ガス排出溝１３との溝の大きさの関係に応じて適宜設定されるため、必ずしも双方の孔の大きさが異なる形態である必要はなく、使用条件等によっては同等の大きさであってもよい。
【００４１】
固定部材４０は、アルミナ製のボルト４１と、ボルト４１と螺合するアルミナ製のナット４２と、燃料極側挿通孔１６又は空気極側挿通孔２６の何れか一方側に挿入されるセラミックバネ４３とで構成されている。図例では、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態で、積層した挟持部品３０（燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６の順で積層）を挟持する。その後、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２６にセラミックバネ４３を挿入して、燃料極側挿通孔１６から挿通したボルト４１をナット４２で締付固定している。
【００４２】
次に、図１又は図２に示す実施例を基に、上述した電気化学セル評価用ホルダ１の組み立て手順について説明する。
まず、挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、ガスケット３３、セル部３４、ガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を、燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０の挟持方向に従って積層する。そして、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するように燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とを突き合わせた状態で、燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０との間に挟持部品３０を挟持させる。このとき、燃料極側収容凹部１１の挿入溝１５及び空気極側収容凹部２１の挿入溝２５には、それぞれ押付用バネ１４、２４を挿入した状態とする。
【００４３】
そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締め付けて燃料極側筐体１０と空気極側筐体２０とが組み合わせることで、電気化学セル評価用ホルダ１の組み立て作業が終了する。
【００４４】
以上説明したように、上述した電気化学セル評価用ホルダ１は、挟持部品３０である燃料ガス拡散板３１、燃料極用集電体３２、セル部３４、一対のセラミックス製のガスケット３３、空気極用集電体３５、空気ガス拡散板３６を積層し、燃料極側収容凹部１１と空気極側収容凹部２１とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０を突き合わせた状態で挟持させる。そして、各筐体１０、２０間で挟持部品３０を挟持した状態で、空気極側挿通孔２６にセラミックバネ４３を挿入し、燃料極側挿通孔１６から挿入したボルト４１をナット４２で締結固定して組み立てる。
【００４５】
これにより、燃料極側筐体１０及び空気極側筐体２０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３４への悪影響の心配がなく、信頼性の高いにセル部３４の評価試験を行うことができる。また、燃料極側筐体１０に燃料ガス拡散板３１及び燃料極用集電体３２を収容する燃料極側収容凹部１１が、空気極側筐体２０に空気ガス拡散板３６及び空気極用集電体３５が収容できる空気極側収容凹部２１がそれぞれ形成できる程度の大きさであるため、ホルダ本体の小型化が図れるとともに電気炉への収容作業等が容易となり、また使用する電気炉も限定されずに汎用性に優れた電気化学セル評価用ホルダ１を提供することができる。
【００４６】
さらに、セル部３４と各筐体１０、２０間に介在される一対のガスケット３３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。
【００４７】
また、セル部３４の面積に合せてガス拡散部を形成した燃料ガス拡散板３１及び空気ガス拡散板３６を使用することで、効率的にセル部３４へガスを供給することができる。
【００４８】
さらに、燃料極側収容凹部１１及び空気極側収容凹部２１に形成されている燃料ガス導入溝１２及び空気ガス導入溝２２と燃料ガス排出溝１３及び空気ガス排出溝２３との溝の大きさの関係は、ガス排出溝の単位時間あたりの流量とガス導入溝の単位時間あたりの流量が、供給されたガスが各収容凹部１１、２１の収容領域内に所定時間充満した状態が維持できる関係となるように形成されているため、セル部３４に対して確実に燃料ガス又は空気ガスを供給することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…電気化学セル評価用ホルダ
２…燃料ガス導入管
３…燃料ガス排出管
４…空気ガス導入管
５…空気ガス排出管
６…電流取出用リード線
７…電圧測定用リード線
８…温度センサ
１０…燃料極側筐体
１１…燃料極側収容凹部
１２…燃料ガス導入溝
１３…燃料ガス排出溝
１４…押付用バネ
１５…挿入溝
１６…燃料極側挿通孔
２０…空気極側筐体
２１…空気極側収容凹部
２２…空気ガス導入溝
２３…空気ガス排出溝
２４…押付用バネ
２５…挿入溝
２６…空気極側挿通孔
３０…挟持部材
３１…燃料ガス拡散板（３１ａ…ガス通路、３１ｂ…ガス導入用貫通溝、３１ｃ…ガス排出用貫通溝、３１ｄ…燃料ガス拡散領域）
３２…燃料極用集電体
３３…ガスケット
３４…セル部
３５…空気極用集電体
３６…空気ガス拡散板（３６ａ…ガス通路、３６ｂ…ガス導入用貫通溝、３６ｃ…ガス排出用貫通溝、３６ｄ…空気ガス拡散領域）
４０…固定部材
４１…ボルト
４２…ナット
４３…セラミックバネ
５０…ハーメチック端子（５０ａ…燃料極側ハーメチック端子、５０ｂ…空気極側ハーメチック端子）
５１…端子本体（５１ａ…ガス導入路）
５２、５５…Ｏ−リング
５３…第１係合部材
５４…端子導入部材
５６…第２係合部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板、燃料極用集電体の順で底部に収容され、前記燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び前記供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とそれぞれ連通する燃料極側収容凹部と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板、空気極用集電体の順で底部から収容され、前記空気ガスを供給する空気ガス導入管及び前記供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とそれぞれ連通する空気極側収容凹部と、固定用の複数の空気極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の空気極側筐体と、
電解質を燃料極、空気極とで挟んで構成されるセル部と、
ガス漏洩防止用として前記セル部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製の一対のガスケットと、
アルミナ製のボルトと、該ボルトと螺合するアルミナ製のナットと、前記燃料極側挿通孔又は前記空気極側挿通孔の何れか一方側に挿入されるセラミックバネとを有する固定部材と、を備え、
前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とは、前記セル部を中心として前記一対のガスケットを介在しながら前記燃料極側収容凹部と前記空気極側収容凹部とが対向するように突き合わせた状態で前記ボルトを前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔に挿通し、前記ナットとの螺合により締付固定されることを特徴とする電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項２】
集電した電流を取り出す電流取出用リード線と、前記セル部の電圧測定を行う電圧測定用リード線と、前記セル部近傍の温度測定を行う温度センサとを導入するためのハーメチック端子が、前記空気ガス導入管のガス流入口及び前記燃料ガス導入管のガス流入口にそれぞれ装着されることを特徴とする請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項３】
前記空気ガス拡散板及び前記燃料ガス拡散板は、前記セル部の面積に応じた大きさで形成され、
使用する前記セル部の種類に応じて前記燃料ガス拡散板及び前記空気ガス拡散板が交換可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項４】
前記燃料極側収容凹部及び前記空気極側収容凹部には、供給される前記各ガスを導入するためのガス導入溝と、前記供給された各ガスを排出するためのガス排出溝がそれぞれ設けられ、
前記ガス排出溝の単位時間あたりの流量と前記ガス導入溝の単位時間あたりの流量は、前記供給された各ガスが前記燃料極側収容凹部内又は前記空気極側収容凹部内に所定時間充満した状態が維持できる関係にあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項１】
燃料ガスを均等に拡散する燃料ガス拡散板、燃料極用集電体の順で底部に収容され、前記燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び前記供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管とそれぞれ連通する燃料極側収容凹部と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の燃料極側筐体と、
空気ガスを均等に拡散する空気ガス拡散板、空気極用集電体の順で底部から収容され、前記空気ガスを供給する空気ガス導入管及び前記供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管とそれぞれ連通する空気極側収容凹部と、固定用の複数の空気極側挿通孔とが形成されたアルミナ製の空気極側筐体と、
電解質を燃料極、空気極とで挟んで構成されるセル部と、
ガス漏洩防止用として前記セル部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製の一対のガスケットと、
アルミナ製のボルトと、該ボルトと螺合するアルミナ製のナットと、前記燃料極側挿通孔又は前記空気極側挿通孔の何れか一方側に挿入されるセラミックバネとを有する固定部材と、を備え、
前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体とは、前記セル部を中心として前記一対のガスケットを介在しながら前記燃料極側収容凹部と前記空気極側収容凹部とが対向するように突き合わせた状態で前記ボルトを前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔に挿通し、前記ナットとの螺合により締付固定されることを特徴とする電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項２】
集電した電流を取り出す電流取出用リード線と、前記セル部の電圧測定を行う電圧測定用リード線と、前記セル部近傍の温度測定を行う温度センサとを導入するためのハーメチック端子が、前記空気ガス導入管のガス流入口及び前記燃料ガス導入管のガス流入口にそれぞれ装着されることを特徴とする請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項３】
前記空気ガス拡散板及び前記燃料ガス拡散板は、前記セル部の面積に応じた大きさで形成され、
使用する前記セル部の種類に応じて前記燃料ガス拡散板及び前記空気ガス拡散板が交換可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【請求項４】
前記燃料極側収容凹部及び前記空気極側収容凹部には、供給される前記各ガスを導入するためのガス導入溝と、前記供給された各ガスを排出するためのガス排出溝がそれぞれ設けられ、
前記ガス排出溝の単位時間あたりの流量と前記ガス導入溝の単位時間あたりの流量は、前記供給された各ガスが前記燃料極側収容凹部内又は前記空気極側収容凹部内に所定時間充満した状態が維持できる関係にあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電気化学セル評価用ホルダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０５６６２（Ｐ２０１３−１０５６６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９７９５（Ｐ２０１１−２４９７９５）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００１３３５２６）株式会社チノー (113)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００１３３５２６）株式会社チノー (113)
【Ｆターム（参考）】
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