(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセルの特性評価装置であって、
前記セルの両面に対して一対の支持治具を介してそれぞれ支持し得る一対の中空のセル支持管と、
前記一対の中空のセル支持管内の各々の空間に臨む前記一対の支持治具を接続することによって、前記一対の中空のセル支持管内の前記空間同士の間で熱伝導を行う、前記セルの外側を取り囲むための囲繞部材と、
を有することを特徴とするセルの特性評価装置。
【請求項２】
前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のセルの特性評価装置。
【請求項３】
前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管の一方に設けられた第１の係合部に係合し得る第１囲繞部と、当該第１囲繞部に連結可能とされ前記一対の中空のセル支持管の他方に設けられた第２の係合部に係合し得る第２囲繞部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のセルの特性評価装置。
【請求項４】
前記第１囲繞部は、第１ねじ部を有し、
前記第２囲繞部は、前記第１ねじ部に螺合し得る第２ねじ部を有することを特徴とする請求項３に記載のセルの特性評価装置。
【請求項５】
前記囲繞部材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセルの特性評価装置。
【請求項６】
電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセルと、
前記セルの両面に対してそれぞれ支持し得る一対の中空のセル支持管と、
前記一対の中空のセル支持管内の各々の空間に臨む前記一対の支持治具を接続することによって、前記一対の中空のセル支持管内の前記空間同士の間で熱伝導を行う、前記セルの外側を取り囲むための囲繞部材と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
前記囲繞部材は、前記一対のセル支持管に対して着脱可能であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管の一方に設けられた第１の係合部に係合し得る第１囲繞部と、当該第１囲繞部に連結可能とされ前記一対の中空のセル支持管の他方に設けられた第２の係合部に係合し得る第２囲繞部とを有することを特徴とする請求項６または７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第１囲繞部は、第１ねじ部を有し、
前記第２囲繞部は、前記第１ねじ部に螺合し得る第２ねじ部を有することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記囲繞部材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセルの特性評価装置、および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質燃料電池のセルの特性の向上、もしくはセルを構成する、燃料極、空気極、固体電解質、インターコネクタ等の部材の特性向上のための基礎研究において、イオン輸率、電圧−電流特性、過電圧、インピーダンス、およびガス透過性などの特性が測定される（特許文献１参照）。
【０００３】
通常これらの特性の評価を行う場合、固体電解質の焼結基板の片面に空気極、その反対面に燃料極が形成されたセルが使用される。続いて、ガラスリング、金属パッキンリング等のシール材を介して一対の気密管をセルの両面にそれぞれ密着させることにより、燃料極が位置される燃料極室と空気極が位置される空気極室とが、相互に隔離した構造として形成される。
【０００４】
そして、両電極の酸素イオン濃度に差を設けることにより、下記のような燃料電池反応を進行させながら、各種特性の評価が行われる。
【０００５】
アノード側：  Ｏ２−＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
カソード側：  Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−
一方、セルの出力の向上およびセルの稼動温度の低減のために、固体電解質を薄膜手法で作成して固体電解質抵抗を低減する試みが活発に行われている。たとえば、固体電解質の厚さを数μｍ〜数十μｍ程度に薄膜化して、固体電解質抵抗を低減する試みが行われている（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１０４４７３号公報
【非特許文献１】ジャーナル  オブ  ジ  エレクトロケミカル  ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１４４、３、Ｌ３５（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、セルの発電特性の評価の際には、セルの両面に集電材およびシール材を積層してセル支持管等で挟んで支持する必要があるため、セル支持管を縦にして管状電気炉中に設置することが作業性の観点から好ましい。
【０００７】
しかしながら、かかる縦型の構成の特性評価装置はセルによって上下２室に区切られた構造を持つこととなり、ガスの対流により下方のガス室ではセル周りの温度が上昇する一方で、上方のガス室では高温のガスが対流によって系外に逃げるためにセル周りの温度が低下し、この結果、セルの上下で大きな温度差が生じてしまうこととなる。
【０００８】
ここで、燃料電池のセルにおいては作動温度によってその特性が大きく変化するため、セルの上下２室における温度の均一性を図ることはきわめて重要である。このため、セルの上下で大きな温度差が生じると、安定した発電特性が得られないという問題があった。
【０００９】
さらに、セルの特性評価装置における各部品の保護のために管状電気炉の末端に水冷が施されるが、冷却水循環装置の作動状況により水冷管の温度が変化してセル周りの温度の長周期的なぶれが生じていた。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、セル近傍の温度分布を均一化して安定した発電特性を得ることができるセルの特性評価装置、および燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【００１２】
（１）電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセルの特性評価装置であって、前記セルの両面に対して一対の支持治具を介してそれぞれ支持し得る一対の中空のセル支持管と、前記一対の中空のセル支持管内の各々の空間に臨む前記一対の支持治具を接続することによって、前記一対の中空のセル支持管内の前記空間同士の間で熱伝導を行う、前記セルの外側を取り囲むための囲繞部材と、を有することを特徴とするセルの特性評価装置。
【００１３】
（２）前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管に対して着脱可能であることを特徴とする上記（１）に記載のセルの特性評価装置。
【００１４】
（３）前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管の一方に設けられた第１の係合部に係合し得る第１囲繞部と、当該第１囲繞部に連結可能とされ前記一対の中空のセル支持管の他方に設けられた第２の係合部に係合し得る第２囲繞部とを有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のセルの特性評価装置。
【００１５】
（４）前記第１囲繞部は、第１ねじ部を有し、前記第２囲繞部は、前記第１ねじ部に螺合し得る第２ねじ部を有することを特徴とする上記（３）に記載のセルの特性評価装置。
【００１６】
（５）前記囲繞部材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載のセルの特性評価装置。
【００１７】
（６）電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセルと、前記セルの両面に対してそれぞれ支持し得る一対の中空のセル支持管と、前記一対の中空のセル支持管内の各々の空間に臨む前記一対の支持治具を接続することによって、前記一対の中空のセル支持管内の前記空間同士の間で熱伝導を行う、前記セルの外側を取り囲むための囲繞部材と、を有することを特徴とする燃料電池。
【００１８】
（７）前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管に対して着脱可能であることを特徴とする上記（６）に記載の燃料電池。
【００１９】
（８）前記囲繞部材は、前記一対の中空のセル支持管の一方に設けられた第１の係合部に係合し得る第１囲繞部と、当該第１囲繞部に連結可能とされ前記一対の中空のセル支持管の他方に設けられた第２の係合部に係合し得る第２囲繞部とを有することを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の燃料電池。
【００２０】
（９）前記第１囲繞部は、第１ねじ部を有し、前記第２囲繞部は、前記第１ねじ部に螺合し得る第２ねじ部を有することを特徴とする上記（８）に記載の燃料電池。
【００２１】
（１０）前記囲繞部材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする上記（６）〜（９）のいずれか１つに記載の燃料電池。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、セル近傍が囲繞部材によって覆われるため、囲繞部材の内側で熱勾配が生じた場合には囲繞部材を通して熱が伝播されて熱勾配が是正され、囲繞部材によって囲まれたセル近傍の温度が均一化される。これにより、セルの安定した発電特性を得ることができる。また、安定した発電特性により、特性評価項目としての各パラメータの測定精度が向上する。
【００２３】
また、囲繞部材を、一対のセル支持管の一方に設けられた第１の係合部に係合し得る第１囲繞部と、当該第１囲繞部に連結可能とされ一対のセル支持管の他方に設けられた第２の係合部に係合し得る第２囲繞部とから構成することにより、セルとセル支持管とのシール性能を確実にすることができるとともに、セルとセル支持管との位置ずれをも防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態にかかるセルの特性評価装置の全体構成を示す図、図２は、セルを支持する部分の拡大断面図、図３は、セルを支持する際の当該セルに対する押圧力ないし圧接力を調整するための調整機構部付近の拡大断面図である。
【００２６】
図１に示すように、セルの特性評価装置１００は、たとえば固体電解質燃料電池のセル４の特性評価装置であって、空気極側セル保持部１１０と、燃料極側セル保持部１２０とを有している。このセルの特性評価装置１００は、セル４についての、イオン輸率、電圧−電流特性、過電圧、インピーダンス、およびガス透過性などの特性を評価することができる。
【００２７】
図２に示すように、セル４は、電解質１の両面に少なくとも一対の電極が形成されて構成されている。電解質１は、たとえば固体電解質の焼結基板であり、一方の面に空気極２、他方の面に燃料極３が印刷法などによって形成されている。
【００２８】
セルの特性評価装置１００は、空気極２および燃料極３に対してそれぞれ対応するガスを導入するための一対の管状のガス導入管９ａ，９ｂと、ガス導入管９ａ，９ｂを囲んで外側に配置される一対の管状のセル支持管８ａ，８ｂとを有している。
【００２９】
燃料電池反応を生じさせる場合には、空気（酸素）ガスが空気極側セル保持部１１０の入口１１１から流入され、ガス導入管９ａを通ってセル４の空気極２に導かれた後、セル支持管８ａを通って出口１１２から流出される。また、燃料（水素）ガスが燃料極側セル保持部１２０の入口１２１から流入され、ガス導入管９ｂを通ってセル４の燃料極３に導かれた後、セル支持管８ｂを通って出口１２２から流出される。
【００３０】
セル支持管８ａ，８ｂは、セル４側の端部に、着脱可能な支持治具７ａ，７ｂを有している。これらの支持治具７ａおよび７ｂは、セル支持管８ａ，８ｂの端部に対して、たとえばねじ締結などの固定手段によって着脱可能とされる。そして、セル支持管８ａ，８ｂと支持治具７ａ，７ｂとの間は、シール材６ａ，６ｂによってシールされる。なお、図２のねじの螺合部において、雄ねじと雌ねじのクリアランスは実際より大きく描かれている（図３においても同様）。
【００３１】
このようにして、セル支持管８ａ，８ｂの支持治具７ａ，７ｂの先端面が、シール材５ａ，５ｂを介してセル４の表面に接触し得る。このシール材５ａ，５ｂによって、燃料極３が位置される燃料極室と空気極２が位置される空気極室とが、相互に隔離した構造として気密に保たれる。
【００３２】
ここで、支持治具７ａ，７ｂの先端面は、適切なシール性能を確保するために、評価の都度仕上げ調整される必要がある。本実施形態によれば、特性評価において使用中に支持治具７ａ，７ｂの先端面が損傷した場合であっても、支持治具７ａ，７ｂのみを交換するだけで済む。これにより、セル支持管８ａ，８ｂの取り替えをする必要が無く、作業性が向上するとともに、コストの低減も図られる。
【００３３】
セル支持管８ａ，８ｂ、および支持治具７ａ，７ｂの材料として、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が使用されるが、石英（ガラス）、金属などが使用されてもよい。また、ガス導入管９ａ，９ｂの材料としては、たとえば石英（ガラス）が使用される。また、シール材５ａ，５ｂ、およびシール材６ａ，６ｂの材料として、たとえば白金、金などの金属が使用されるが、石英（ガラス）、ゴム、樹脂などが使用されてもよい。
【００３４】
セルの特性評価装置１００は、一対のセル支持管８ａ、８ｂのそれぞれのセル側端部近傍、および当該一対のセル支持管８ａ、８ｂにより支持されるセル４を取り囲むための囲繞部材１６を有している。囲繞部材１６は、一対のセル支持管８ａ、８ｂに対して着脱可能であり、熱伝導性を有している。
【００３５】
この囲繞部材１６は、一対のセル支持管８ａ、８ｂの一方に設けられた支持治具７ａ（第１の係合部）に係合し得る第１囲繞部１６ａと、当該第１囲繞部１６ａに連結可能とされ一対のセル支持管８ａ、８ｂの他方に設けられた支持治具７ｂ（第２の係合部）に係合し得る第２囲繞部１６ｂとを有している。第１囲繞部１６ａは、概ね環状を呈しており、第２囲繞部１６ｂは、概ね円筒状を呈している。また、第１囲繞部１６ａは、第１ねじ部１７ａを有し、第２囲繞部１６ｂは、第１ねじ部１７ａに螺合し得る第２ねじ部１７ｂを有している。
【００３６】
このように、セル４近傍が囲繞部材１６によって覆われるため、セル４の上下の空間の温度の均一性が図られる。すなわち、セル４周りの空間で対流が生じず、しかも囲繞部材１６内部で熱勾配が生じた場合に囲繞部材１６を通して熱が伝播されて熱勾配が是正されるため、囲繞部材１６によって囲まれたセル４近傍の温度が均一化される。
【００３７】
囲繞部材１６は、セル４近傍の均熱化の観点から、熱伝導率が所定値以上の材料からなることが好ましい。具体的には、囲繞部材１６は、たとえばマグネシア（ＭｇＯ）などの、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることが好ましい。また、囲繞部材１６は、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることがより好ましい。また、囲繞部材１６は、たとえばボロンナイトライド（ＢＮ）などの、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることがさらに好ましい。しかも、これらの材料は、耐熱衝撃性、電気絶縁性、および耐電圧性を有しているので好ましい。また、囲繞部材１６は、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、または銅等の金属などの材料から構成されることも可能である。
【００３８】
また、セルの特性評価装置１００にセル４をセッティングする際に、着脱が容易なねじ込み方式の囲繞部材１６を用いることによって、セル４とセル支持管８ａ，８ｂとのシール性能を確実にすることができるとともに、セル４とセル支持管８ａ，８ｂとの位置ずれをも防止することができる利点がある。
【００３９】
ガス導入管９ａ，９ｂの内側には、電極管１０ａ，１０ｂが配置される。電極管１０ａ，１０ｂは、外径がたとえば４ｍｍであり、軸方向に伸延する４つの貫通孔が形成された絶縁管である。電極管１０ａ，１０ｂの材料として、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が使用される。また、電極管１０ａ，１０ｂの貫通孔には、電極線１２ａ，１２ｂと、温度センサ１３ａ，１３ｂのリード線とが挿通される。温度センサ１３ａおよび１３ｂは、それぞれ空気極２および燃料極３近傍の温度を検出することができる。なお、電極管１０ａ，１０ｂの貫通孔の個数は４つに限定されるものではない。
【００４０】
ガス導入管９ａの端面とセル４の空気極２との間、およびガス導入管９ｂの端面とセル４の燃料極３との間に、それぞれ集電材１１ａ，１１ｂが配置される。電極線１２ａ，１２ｂは、集電材１１ａ，１１ｂを介して、それぞれセル４の電極２，３と接続されることができる。集電材１１ａ，１１ｂの材料として、たとえば銀などの金属の発泡体またはメッシュが使用される。
【００４１】
セルの特性評価装置１００におけるセル４を支持する部分は、雰囲気を保護するための保護管１４で覆われている。この保護管１４の内部では、安全を考慮して一定量の不活性ガスが流通される。
【００４２】
また、セルの特性評価装置１００には、セル４を所定の温度に加熱するための加熱炉１５が設けられている。加熱炉１５は、２つのガス予熱加熱炉１５ａ，１５ｃとセル加熱炉１５ｂとが一体化された構成をなしている。これにより、加熱炉１５はコンパクトになり、セル４の電解質１に、より安定した温度のガスを供給することができる。ここで、加熱炉１５は、空気極２および燃料極３の近傍に設けられた温度センサ１３ａ，１３ｂによって温度管理がなされている。なお、加熱炉１５においては、３個に限られず任意の個数の独立した炉が設けられ得る。
【００４３】
セルの特性評価装置１００の空気極側セル保持部１１０および燃料極側セル保持部１２０は、セル４を支持する際の当該セル４に対する押圧力ないし圧接力を調整するための調整機構部１１３，１２３をそれぞれ有している（図１参照）。以下、空気極側セル保持部１１０の調整機構部１１３について説明する。燃料極側セル保持部１２０の調整機構部１２３は、空気極側セル保持部１１０の調整機構部１１３と同様の構成であるため説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、調整機構部１１３は、ガス導入管９ａのセル４に対する圧接力を調整するための圧接力調整部１１４と、ガス導入管９ａのセル４に対する圧接力とは独立してセル支持管８ａのセル４に対する押圧力を調整するための押圧力調整部１１５とから構成されている。本明細書において、圧接とは、押圧して接触抵抗が少なくなるように両者を接触させることをいう。なお、図３中の矢印はガスの流通方向を示す。
【００４５】
圧接力調整部１１４は、ガス導入管９ａをセル４の方へ付勢し得る第１ばね部材２６と、当該第１ばね部材２６の作動長を変化させる第１可変部２１とを有している。また、押圧力調整部１１５は、セル支持管８ａをセル４の方へ付勢し得る第２ばね部材２７と、当該第２ばね部材２７の作動長を変化させる第２可変部２４とを有している。
【００４６】
第１ばね部材２６は、ガス導入管９ａに設けられた当接面５１と供給用マニホールド２０に設けられた当接面５２との間に配置される。つまり第１ばね部材２６の作動長は、両当接面５１，５２間の距離によって決定される。また、第２ばね部材２７は、セル支持管８ａの後端部に位置する当接面５３と押圧用治具２５に設けられた当接面５４との間に配置される。つまり第２ばね部材２７の作動長は、両当接面５３，５４間の距離によって決定される。
【００４７】
そして、第１可変部２１および第２可変部２４はそれぞれ、ねじの送り動作に利用される雌ねじ部４１および４２を有している。第１可変部２１の雌ねじ部４１は、セルの特性評価装置１００に固定された排出用マニホールド２３に固着されている治具２２に形成された雄ねじ部４３に螺合される。また、第２可変部２４の雌ねじ部４２は、排出用マニホールド２３に形成された雄ねじ部４４に螺合される。また、第１可変部２１には、供給用マニホールド２０に形成された凹状部４５に係合する係合部４６が形成されており、第２可変部２４には、押圧用治具２５に形成された凹状部４７に係合する係合部４８が形成されている。
【００４８】
したがって、第１可変部２１を回転させることにより、供給用マニホールド２０を軸方向に微小移動させることができ、これにより第１ばね部材２６の作動長を精密に変化させることができる。また、第１可変部２１の外周面には、たとえば１０度刻みの溝からなる目盛りが形成されており（図１参照）、操作性の向上が図られている。雌ねじ部４１および雄ねじ部４３のピッチはたとえば１ｍｍに設定される。つまり第１可変部２１を１回転させると、第１可変部２１および供給用マニホールド２０は、１ｍｍ軸方向に移動する。なお、第１可変部２１を回転させると同時に、第１ばね部材２６も移動する。第１ばね部材２６による荷重は、ガス導入管９ａが集電材１１ａを介してセル４に接触した時点で初めて生じる構造とされている。また、第１可変部２１および供給用マニホールド２０の移動量に比例して、ガス導入管９ａのセル４に対する圧接力を増減できるため、セル４の機械的強度に応じて圧接力を設定することが可能である。
【００４９】
第１ばね部材２６は、最大荷重、つまり最小作動長におけるばね荷重がたとえば７ｋｇとなるように設定され、また、第１可変部２１の１回転による１ｍｍの軸方向移動量に対してばね荷重がたとえば１ｋｇ変化するように設定される。なお、セル４の種類によって、第１ばね部材２６の設定荷重またはばね定数が適宜変更され得る。
【００５０】
こうして圧接力調整部１１４は、ガス導入管９ａのセル４に対する圧接力を微小調整することができる。ここで、第１ばね部材２６によるガス導入管９ａの圧接力は、集電材１１ａを介してセル４の電極に作用する。
【００５１】
一方、第２可変部２４を回転させることにより、押圧用治具２５を軸方向に微小移動させることができ、これにより第２ばね部材２７の作動長を精密に変化させることができる。また、第２可変部２４の外周面にも、たとえば１０度刻みの溝からなる目盛りが形成されており（図１参照）、操作性の向上が図られている。雌ねじ部４２および雄ねじ部４４のピッチはたとえば２ｍｍに設定される。つまり第２可変部２４を１回転させると、第２可変部２４および押圧用治具２５は、２ｍｍ軸方向に移動する。なお、第２可変部２４を回転させると同時に、第２ばね部材２７も移動する。第２ばね部材２７による荷重は、セル支持管８ａがシール材５ａを介してセル４に接触した時点で初めて生じる構造とされている。また、第２可変部２４および押圧用治具２５の移動量に比例して、セル支持管８ａのセル４に対する押圧力を増減できるため、セル４の電解質１の機械的強度、およびシール材５ａの種類（材料）に応じて押圧力を設定することが可能である。
【００５２】
第２ばね部材２７は、最大荷重がたとえば７ｋｇとなるように設定され、また、第２可変部２４の１回転による２ｍｍの軸方向移動量に対してばね荷重がたとえば２ｋｇ変化するように設定される。なお、電解質１あるいはシール材５ａの種類によって、第２ばね部材２７の設定荷重またはばね定数が適宜変更され得る。
【００５３】
こうして押圧力調整部１１５は、セル支持管８ａのセル４に対する押圧力を微小調整することができる。ここで、第２ばね部材２７によるセル支持管８ａの押圧力は、シール材５ａを介してセル４の電解質１に作用する。
【００５４】
また、調整機構部１１３は、雰囲気をシールするためのシール材２８〜３２を使用することによって小型化が図られている。これにより、ガスの流通の際に生じる残留ガスの濃度の影響を小さくすることができ、評価結果の信頼性が向上する。なお、集電材１１ａの構造を選択することにより、イオン輸率の測定が可能である。
【００５５】
次に、図４〜図６を参照して、セルの特性評価装置１００に評価対象であるセル４をセットする方法について説明する。なお、空気極側セル保持部１１０の調整機構部１１３の操作を主として説明するが、燃料極側セル保持部１２０の調整機構部１２３も同様の操作が行われる。
【００５６】
まず、予め相互に離間された状態の一対のセル支持管８ａ，８ｂの間（同様に一対のガス導入管９ａ，９ｂの間）に、セル４、集電材１１ａ，１１ｂ、およびシール材５ａ，５ｂを図２に示すように重ねて位置させる（図４（Ａ）参照）。
【００５７】
このとき、囲繞部材１６の第１囲繞部１６ａは、セル支持管８ａが第１囲繞部１６ａの中央に形成された孔に挿通された状態で保持され、囲繞部材１６の第２囲繞部１６ｂは、セル支持管８ｂが第２囲繞部１６ｂの中央に形成された孔に挿通された状態で保持されている。すなわち、第１囲繞部１６ａおよび第２囲繞部１６ｂは、互いに分離された状態である。なお、第１囲繞部１６ａは、セル支持管８ａに設けられた支持治具７ａの上端面に載置された状態で保持されてもよい。
【００５８】
そして、圧接力調整部１１４の第１可変部２１を回転させることにより、第１可変部２１および供給用マニホールド２０が図中下方に移動するとともに、第１ばね部材２６およびガス導入管９ａが図中下方に移動して、ガス導入管９ａの先端が集電材１１ａを介してセル４に丁度接触する（図４（Ｂ）参照）。この時点で、セル４の電極２，３が圧接力０ｋｇでガス導入管９ａ，９ｂにより挟み込まれて支持される。
【００５９】
続いて、第１可変部２１をさらに回転させると、セル４の電極２，３に対する圧接力が増大される。本実施形態では、圧接力は最大７ｋｇに設定可能であるが、所定の適切な圧接力が得られるまで第１可変部２１が回転させられる（図５（Ａ）参照）。
【００６０】
次に、押圧力調整部１１５の第２可変部２４を回転させることにより、第２可変部２４および押圧用治具２５が図中下方に移動するとともに、第２ばね部材２７およびセル支持管８ａが図中下方に移動して、セル支持管８ａの先端がシール材５ａを介してセル４に丁度接触する（図５（Ｂ）参照）。この時点で、セル４の電解質１が押圧力０ｋｇでセル支持管８ａ，８ｂにより挟み込まれて支持される。
【００６１】
続いて、第２可変部２４をさらに回転させると、セル４の電解質１に対する押圧力が増大される。本実施形態では、押圧力は最大７ｋｇに設定可能であるが、所定の適切な押圧力が得られるまで第２可変部２４が回転させられる（図６参照）。
【００６２】
そして、第１囲繞部１６ａの第１ねじ部１７ａと第２囲繞部１６ｂの第２ねじ部１７ｂとを螺合させる。これにより、囲繞部材１６は、一対のセル支持管８ａ，８ｂのそれぞれのセル側端部近傍、および当該一対のセル支持管８ａ，８ｂにより支持されるセル４を取り囲んだ状態で、一対のセル支持管８ａ，８ｂに装着されて固定される（図７参照）。なお、囲繞部材１６の一対のセル支持管８ａ，８ｂへの固定は、図５（Ｂ）に示す段階で予備的に行われた後、再度最終的に実施されてもよい。
【００６３】
このように本実施形態のセルの特性評価装置１００は、セル４の両面に対してそれぞれ対応するガスを導入するための一対の管状のガス導入管９ａ，９ｂと、ガス導入管９ａ，９ｂを囲んで外側に配置される一対の管状のセル支持管８ａ，８ｂと、ガス導入管９ａ，９ｂのセル４に対する圧接力を調整するための圧接力調整部１１４と、セル支持管８ａ，８ｂのセル４に対する押圧力を調整するための押圧力調整部１１５とを有している。
【００６４】
したがって、薄膜化されたセル４であっても、損傷を与えることなく容易にセルの特性評価装置１００に設置することができる。
【００６５】
すなわち、圧接力調整部１１４により、集電材１１ａ，１１ｂと電極２，３との間の接触抵抗の低減、集電材１１ａ，１１ｂの集電性能の確保につながる電極に対する最適な圧接力を、セル４に損傷を与えることなく設定することができる。また、押圧力調整部１１５により、ガスのシール性能の確保につながる電解質１に対する最適な押圧力を、電解質１あるいはシール材５ａに損傷を与えることなく設定することができる。さらに、評価テスト中において、たとえばシール材５ａの変形によって押圧力が変動した場合であっても、押圧力調整部１１５により押圧力の調整が可能であるため、確実なシール性能を保持できる。
【００６６】
このようにしてセルに対する均一かつ一定の挟み込み力を確保することができ、安定した評価結果を得ることができる。
【００６７】
また、本実施形態のセルの特性評価装置１００は、一対のセル支持管８ａ，８ｂのそれぞれのセル側端部近傍、および当該一対のセル支持管８ａ，８ｂにより支持されるセル４を取り囲むための囲繞部材１６を有している。
【００６８】
したがって、セル４近傍が囲繞部材１６によって覆われるため、囲繞部材１６の内側で熱勾配が生じた場合には囲繞部材１６を通して熱が伝播されて熱勾配が是正され、囲繞部材１６によって囲まれたセル４近傍の温度が均一化される。これにより、セル４の安定した発電特性を得ることができる。また、安定した発電特性により、特性評価項目としての各パラメータの測定精度が向上する。
【００６９】
また、囲繞部材１６を、一対のセル支持管８ａ，８ｂの一方に設けられた支持治具７ａに係合し得る第１囲繞部１６ａと、当該第１囲繞部１６ａに連結可能とされ一対のセル支持管８ａ，８ｂの他方に設けられた支持治具７ｂに係合し得る第２囲繞部１６ｂとから構成することにより、セル４とセル支持管８ａ，８ｂとのシール性能を確実にすることができるとともに、セル４とセル支持管８ａ，８ｂとの位置ずれをも防止することができる利点がある。
【００７０】
本発明は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００７１】
たとえば、上記実施形態では、セルの特性評価装置１００において、単一のセルが評価される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のセルの特性評価装置は、スタック状のセルの評価にも適用可能である。
【００７２】
また、上述したセル４、セル支持管８ａ，８ｂ、および囲繞部材１６の構成は、燃料電池にも適用可能であり、上述した効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明は、電解質の両面に少なくとも一対の電極が形成されてなるセル４と、前記セルの両面に対してそれぞれ接触して支持し得る一対のセル支持管８ａ，８ｂと、前記一対のセル支持管のそれぞれのセル側端部近傍、および当該一対のセル支持管により支持されるセルを取り囲むための囲繞部材１６とを有する燃料電池にも適用され得る。
【実施例】
【００７３】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
【００７４】
ここでは、囲繞部材１６の材質を変化させて、セル４の上下の空間の温度の差を測定した。セル４の上下の空間の温度を、セル４の表面から１０ｍｍ離間させて配置した温度センサ１３ａおよび１３ｂ（熱電対）によってそれぞれ測定した。セル４として、外径が１６ｍｍ、厚さが１．３ｍｍのものを使用した。囲繞部材１６の軸方向長さは４５ｍｍとした。なお、保護管１４による不活性ガスの流通は無しとした。
【００７５】
囲繞部材１６の材質は、比較例１では空気（すなわち囲繞部材１６無し；０．０２６Ｗ／ｍ・Ｋ）、比較例２ではアルミナファイバー断熱材（０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例１ではボロンナイトライド（ＢＮ；３３Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例２では銅（３８４Ｗ／ｍ・Ｋ）とした。なお、上記の熱伝導率の数値は、空気については５７３Ｋ、１ａｔｍでの値、アルミナファイバー断熱材については１０７３Ｋ、１ａｔｍでの値、ボロンナイトライドについては３００Ｋ、１ａｔｍでの値、銅については５７３Ｋ、１ａｔｍでの値を示す。
【００７６】
図８は、囲繞部材１６による均熱効果を示すグラフである。グラフの横軸は、加熱炉１５の設定温度を示し、グラフの縦軸は、セル４の下空間（アノード側）の温度からセル４の上空間（カソード側） の温度を差し引いた値を示している。
【００７７】
図８に示すように、実施例１および２におけるセル４の上下の空間の温度差は、図示の設定温度の全範囲にわたって、±４℃の温度範囲内に保たれていることがわかった。一方、比較例１および２におけるセル４の上下の空間の温度差は、設定温度が高くなるほど大きくなり、高温領域では＋６℃以上に達することがわかった。すなわち、囲繞部材１６の設置による均熱効果が確認された。なお、高温領域において比較例１におけるセル４の上下の空間の温度差が比較例２のものよりも小さいのは、空気の対流による影響と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるセルの特性評価装置の全体構成を示す図である。
【図２】セルを支持する部分の拡大断面図である。
【図３】セルを支持する際の当該セルに対する押圧力ないし圧接力を調整するための調整機構部付近の拡大断面図である。
【図４】セルの特性評価装置にセルをセットする方法について説明するための図である。
【図５】図４から続く、セルの特性評価装置にセルをセットする方法について説明するための図である。
【図６】図５から続く、セルの特性評価装置にセルをセットする方法について説明するための図である。
【図７】図６から続く、セルの特性評価装置にセルをセットする方法について説明するための図である。
【図８】囲繞部材による均熱効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１    電解質、
２    空気極（電極） 、
３    燃料極（電極） 、
４    セル、
５ａ，５ｂ    シール材、
６ａ，６ｂ    シール材、
７ａ，７ｂ    支持治具、
８ａ，８ｂ    セル支持管、
９ａ，９ｂ    ガス導入管、
１０ａ，１０ｂ    電極管、
１１ａ，１１ｂ    集電材、
１２ａ，１２ｂ    電極線、
１３ａ，１３ｂ    温度センサ、
１４    保護管、
１５    加熱炉、
１６    囲繞部材、
１６ａ    第１囲繞部
１６ｂ    第２囲繞部
１００    特性評価装置、
１１０    空気極側セル保持部、
１２０    燃料極側セル保持部、
１１１，１２１    入口、
１１２，１２２    出口、
１１３，１２３    調整機構部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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