(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温型燃料電池と、
貫通孔を有する断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有する容器であって、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に前記高温型燃料電池が収納される容器と、
前記断熱壁の前記貫通孔を貫通して一端部が前記燃料電池収容空間に配置され且つ他端部が前記断熱壁の外部空間に配置され、前記貫通孔に挿抜自在な断熱壁貫通部材と、を備え、
前記断熱壁貫通部材は、前記断熱壁貫通部材における前記燃料電池収容空間に配置される部分に、前記高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定するための試験片を保持する試験片保持部を有する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記高温型燃料電池の前記構成部材はガラスシール材又はステンレス鋼材である、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記試験片保持部は複数個の前記試験片を保持可能である、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
容器の貫通孔に断熱壁貫通部材を挿入する挿入工程であって、前記容器は、前記貫通孔を有する断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有し、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に高温型燃料電池が収納され、前記断熱壁貫通部材は、一端部が前記燃料電池収容空間に配置され且つ他端部が前記断熱壁の外部空間に配置され、前記断熱壁貫通部材における前記燃料電池収容空間に配置される部分に、試験片を保持する試験片保持部を有すると共に、前記断熱壁の前記貫通孔に挿抜自在であり、前記試験片は、前記高温型燃料電池の構成部材の試験片である、挿入工程と、
前記挿入工程により挿入された前記断熱壁貫通部材を前記断熱壁の前記貫通孔から抜く抜き工程と、
前記抜き工程により抜かれた前記断熱壁貫通部材における前記試験片保持部に保持された前記試験片に基づいて、前記高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定する判定工程と、を備える、
燃料電池の劣化判定方法。
【請求項５】
前記高温型燃料電池の前記構成部材はガラスシール材又はステンレス鋼材である、
請求項４に記載の燃料電池の劣化判定方法。
【請求項６】
複数個の前記試験片を前記試験片保持部に保持しておき、
前記判定工程において、前記試験片保持部に保持された複数個の前記試験片のうちの一部のみを判定に用い、
次の挿入工程において、少なくとも残りの前記試験片が保持された前記試験片保持部を有する前記断熱壁貫通部材を、前記容器の前記貫通孔に、再度挿入する、
請求項４又は５に記載の燃料電池の劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定するための燃料電池システム、及び燃料電池の劣化判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）等の高温型の燃料電池においては、７００〜１０００℃の高温場で、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが化学反応することによって発電が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高温型の燃料電池においては高温場で発電（運転）が行われるため、燃料電池の構成部材の劣化が問題となる。構成部材としては、例えば、セルスタック内で用いられるガラスシール材が挙げられる。
【０００５】
しかし、燃料電池の構成部材は運転時に高温場に配置されているため、燃料電池システムの運転を停止しなければ、構成部材の劣化状態を把握することは困難である。特に、燃料電池の内部に組み込まれている構成部材（ガラスシール材など）は、燃料電池を解体しないと、劣化状態を把握することは事実上できない。
【０００６】
本発明は、燃料電池の運転を停止したり、燃料電池の解体などをしなくても、高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定することができる燃料電池システム、及び燃料電池の劣化判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高温型燃料電池と、貫通孔を有する断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有する容器であって、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に前記高温型燃料電池が収納される容器と、前記断熱壁の前記貫通孔を貫通して一端部が前記燃料電池収容空間に配置され且つ他端部が前記断熱壁の外部空間に配置され、前記貫通孔に挿抜自在な断熱壁貫通部材と、を備え、前記断熱壁貫通部材は、前記断熱壁貫通部材における前記燃料電池収容空間に配置される部分に、前記高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定するための試験片を保持する試験片保持部を有する、燃料電池システムに関する。
【０００８】
また、前記高温型燃料電池の前記構成部材はガラスシール材又はステンレス鋼材であることが好ましい。
【０００９】
また、前記試験片保持部は複数個の前記試験片を保持可能である、ことが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、容器の貫通孔に断熱壁貫通部材を挿入する挿入工程であって、前記容器は、前記貫通孔を有する断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有し、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に高温型燃料電池が収納され、前記断熱壁貫通部材は、一端部が前記燃料電池収容空間に配置され且つ他端部が前記断熱壁の外部空間に配置され、前記断熱壁貫通部材における前記燃料電池収容空間に配置される部分に、試験片を保持する試験片保持部を有すると共に、前記断熱壁の前記貫通孔に挿抜自在であり、前記試験片は、前記高温型燃料電池の構成部材の試験片である、挿入工程と、前記挿入工程により挿入された前記断熱壁貫通部材を前記断熱壁の前記貫通孔から抜く抜き工程と、前記抜き工程により抜かれた前記断熱壁貫通部材における前記試験片保持部に保持された前記試験片に基づいて、前記高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定する判定工程と、を備える、燃料電池の劣化判定方法に関する。
【００１１】
また、前記高温型燃料電池の前記構成部材はガラスシール材又はステンレス鋼材であることが好ましい。
【００１２】
また、複数個の前記試験片を前記試験片保持部に保持しておき、前記判定工程において、前記試験片保持部に保持された複数個の前記試験片のうちの一部のみを判定に用い、次の挿入工程において、少なくとも残りの前記試験片が保持された前記試験片保持部を有する前記断熱壁貫通部材を、前記容器の前記貫通孔に、再度挿入することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池の運転を停止したり、燃料電池の解体などをしなくても、高温型燃料電池の構成部材の劣化を判定することができる燃料電池システム、及び燃料電池の劣化判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池システム１を示す概略図である。
【図２】断熱壁２１の貫通孔２２から断熱壁貫通部材３０が抜かれた状態を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料電池システム１を示す概略図である。図２は、断熱壁２１の貫通孔２２から断熱壁貫通部材３０が抜かれた状態を示す部分斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池１０と、容器２０と、断熱壁貫通部材３０とを備えている。
【００１７】
燃料電池１０は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池１０においては、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが反応することにより、発電が行われる。燃料電池１０において発電を行う時の温度である運転温度は、７００〜１０００℃と高温である。燃料電池１０によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００１８】
容器２０は、断熱壁２１により取り囲まれた燃料電池収容空間２３を有する中空の箱状を有している。断熱壁２１は、珪藻土や、シリカ又はアルミナの微粒子により構成された断熱材により構成されている。断熱壁２１には貫通孔２２が形成されている。燃料電池収容空間２３には、燃料電池１０が収納される。貫通孔２２には、断熱壁貫通部材３０が貫通する。貫通孔２２は、断熱壁貫通部材３０により塞がれている。従って、断熱壁２１及び断熱壁貫通部材３０により、燃料電池収容空間２３は、断熱壁２１の外部空間に対して断熱されると共に、密閉されている。
【００１９】
燃料電池収容空間２３には、燃焼炉等により構成される加熱装置（図示せず）が設けられている。加熱装置により加熱されることにより、燃料電池収容空間２３は、７００〜１０００℃の高温場とされる。そして、燃料電池収容空間２３が断熱壁２１の外部空間に対して断熱されているため、高温場は維持される。
【００２０】
断熱壁貫通部材３０は、円柱棒状の形状を有し、熱伝導性が低く且つ電気絶縁性が高い材料（例えばセラミック）により構成されている。断熱壁貫通部材３０の表面には、耐酸化性向上のために、コバルト又はニッケルがメッキされていてもよい。断熱壁貫通部材３０は、断熱壁２１の貫通孔２２に挿抜自在である。断熱壁貫通部材３０の一端部は、燃料電池収容空間２３の高温場であって、燃料電池１０の近傍に配置されている。具体的には、断熱壁貫通部材３０の一端部は、燃料電池１０を構成するセルスタック（図示せず）の表面の近傍に配置される。断熱壁貫通部材３０の他端部は、断熱壁２１の外部空間に配置されている。
【００２１】
断熱壁貫通部材３０は、断熱壁貫通部材３０における燃料電池収容空間２３に配置される部分（一端部側）に、試験片保持部３１を備える。試験片保持部３１は、燃料電池１０の構成部材の劣化を判定するための試験片（試験サンプル）４０を保持する。試験片保持部３１は複数個（３個）の試験片４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを保持可能である。試験片４０は、燃料電池１０の構成部材であれば特に制限されないが、例えば、ガラスシール材や、ステンレス鋼材である。複数個の試験片４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、同種の構成部材の試験片であってもよく、あるいは、異種の構成部材の試験片であってもよい。
【００２２】
本実施形態の燃料電池システム１を用いた燃料電池の劣化判定方法を説明する。複数個の試験片４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）は、ガラスシール材の試験片とする。
【００２３】
複数個（３個の）の試験片４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を試験片保持部３１に保持しておく。図１に示すように、容器２０の貫通孔２２に断熱壁貫通部材３０を挿入する。これにより試験片保持部３１に保持される試験片４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）は、燃料電池１０を構成するセルスタックの表面の近傍に配置される。その理由は、セルスタックの表面の近傍が、燃料電池１０の構成部材が晒される環境に近いからである。貫通孔２２は、断熱壁貫通部材３０により塞がれる。
挿入工程の後に、燃料電池システム１は運転される。運転に連れて、試験片４０は、燃料電池１０に組み込まれている構成部材（ガラスシール材など）と同様に劣化する（晒される）。
【００２４】
所定の判定サイクルの経過後、図２に示すように、挿入工程により挿入された断熱壁貫通部材３０を断熱壁２１の貫通孔２２から抜く。断熱壁貫通部材３０が抜かれた後の貫通孔２２は、別の部材により仮に塞がれる。
【００２５】
抜き工程により抜かれた断熱壁貫通部材３０における試験片保持部３１に保持された試験片４０に基づいて、燃料電池１０の構成部材（ガラスシール材など）の劣化を判定する。本例では、試験片保持部３１に保持された複数個の試験片４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）のうちの一部のみを判定に用いる。例えば、１回目の判定工程においては、１番目の試験片４０Ａを用いて、劣化の判定を行う。劣化の判定は、人による目視確認、画像判定装置による自動判定、分析器による分析など、種々の方法で行うことができる。
ガラスシール材の劣化は、その結晶化（透明度の低下）により判定することができる。ステンレス鋼材の劣化は、その酸化状態により判定することができる。
【００２６】
１回目の判定において、１番目の試験片４０Ａを試験片保持部３１から取り外してもよく（試験片保持部３１から取り外された状態で１番目の試験片４０Ａの劣化の判定を行う。）、あるいは、１番目の試験片４０Ａを試験片保持部３１から取り外さなくてもよい（試験片保持部３１に保持された状態で１番目の試験片４０Ａの劣化の判定を行う。）
【００２７】
次の挿入工程において、容器２０の貫通孔２２からそれを仮に塞ぐ部材を取り外す。少なくとも残りの試験片４０Ｂ，４０Ｃが保持された試験片保持部３１（１番目の試験片４０Ａは、保持されていてもよく、あるいは、保持されていなくてもよい。）を有する断熱壁貫通部材３０を、容器２０の貫通孔２２に、再度挿入する。
その後同様に、２番目の試験片４０Ｂの劣化の判定、及び３番目の試験片４０Ｃの劣化の判定を順次行う。
【００２８】
本実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば以下の効果を得ることができる。
本実施形態の燃料電池システム１は、高温型燃料電池１０と、貫通孔２２を有する断熱壁２１と断熱壁２１により取り囲まれた燃料電池収容空間２３とを有する容器２０であって、断熱壁２１により燃料電池収容空間２３が断熱壁２１の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、燃料電池収容空間２３に高温型燃料電池１０が収納される容器２０と、断熱壁２１の貫通孔２２を貫通して一端部が燃料電池収容空間２３に配置され且つ他端部が断熱壁２１の外部空間に配置され、貫通孔２２に挿抜自在な断熱壁貫通部材３０と、を備える。断熱壁貫通部材３０は、断熱壁貫通部材３０における燃料電池収容空間２３に配置される部分に、高温型燃料電池１０の構成部材の劣化を判定するための試験片４０を保持する試験片保持部３１を有する。
【００２９】
そのため、燃料電池システムの運転中であっても、抜き工程を行い、断熱壁貫通部材３０を断熱壁２１の貫通孔２２から抜けば、試験片保持部３１に保持される燃料電池１０の構成部材の劣化を容易に判定することができる。燃料電池１０を解体する必要も無い。燃料電池１０の寿命の予測の参考値が容易に得られる。
【００３０】
燃料電池１０の構成部材であるガラスシール材やステンレス鋼材は、劣化した場合、燃料電池システム１に悪影響を与えやすい。しかし、これらは、燃料電池１０の外観に露出していないことも多く、また、外観だけでは劣化を判定することは困難である。そのため、本発明のように擬似的に劣化を判定することは非常に有益である。
【００３１】
本実施形態においては、試験片保持部３１は複数個の試験片４０を保持可能である。そのため、同種の構成部材を複数個保持した場合には、同種の構成部材の劣化を異なる判定サイクルで判定することができる。また、異種の構成部材を複数個保持した場合には、異種の構成部材の判定を１個の断熱壁貫通部材３０で行うことができる。
【００３２】
本実施形態の燃料電池の劣化判定方法は、容器２０の貫通孔２２に断熱壁貫通部材３０を挿入する挿入工程と、前記挿入工程により挿入された断熱壁貫通部材３０を貫通孔２２から抜く抜き工程と、前記抜き工程により抜かれた断熱壁貫通部材３０における試験片保持部３１に保持された試験片４０に基づいて、高温型燃料電池１０の構成部材の劣化を判定する判定工程と、を備える。
【００３３】
そのため、抜き工程により抜かれた断熱壁貫通部材３０における試験片保持部３１に保持された試験片４０に基づいて、高温型燃料電池１０の構成部材の劣化を容易に判定することができる。
【００３４】
本実施形態の燃料電池の劣化判定方法においては、複数個の試験片４０を試験片保持部３１に保持しておき、判定工程において、試験片保持部３１に保持された複数個の試験片４０のうちの一部のみを判定に用い、次の挿入工程において、少なくとも残りの試験片４０が保持された試験片保持部３１を有する断熱壁貫通部材３０を、容器２０の貫通孔２２に、再度挿入する。
【００３５】
そのため、１個の断熱壁貫通部材３０を、複数回の判定に用いたり、複数種の構成部材の判定に用いることができる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、本実施形態では、燃料電池１０としてＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）が用いられたが、ＳＯＦＣに限定されない。高温型燃料電池であればよい。
１個の燃料電池１０及び容器２０に対して、複数個の断熱壁貫通部材３０を設けることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  燃料電池システム
１０  燃料電池（高温型燃料電池）
２０  容器
２１  断熱壁
２２  貫通孔
２３  燃料電池収容空間
３０  断熱壁貫通部材
３１  試験片保持部
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  試験片
【図１】
0006447250.tif 000002
【図２】
0006447250.tif 000003