内部熱流動可視化PEFCの開発と高効率発電システムの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555052
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 伏信 一慶 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50280996)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野崎 智洋 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90283283) ; 多田 茂 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (70251650) ; 岡崎 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729) ; 増田 正夫 高砂熱学工業(株), 総合研究所, 主任(研究職)
• Keywords: 固体高分子型燃料電池 / サーモグラフィー / 可視化 / 数値計算 / 分光計測

Research Abstract

本研究の目的は、様々な運転条件下でのPEFC内部の熱流動場を可視化し、得られた情報を基にPEFCの高性能化を目指すことにある。交付申請書記載の方針に従い、本年度は、様々な運転条件で温度場の支配因子を検討した。
1.電極表面の温度分布可視化(伏信・岡崎・多田・野崎) 昨年度完成した温度場可視化型PEFCを用いて、ガス供給、セル温度など主要な運転パラメータを変化させた実験を行い、温度場がこれらパラメータにどのように依存するかを検討した。これにより、条件により流れ方向の膜面温度分布は変化し、入り口付近の高温部を抑制する条件を抽出した。
2.熱流動場の理論的検討(伏信・岡崎・増田) 昨年度、基礎実験により検証を行った、既に開発済みのPEFC内熱流動場解析数値計算コードを用い、上記の詳細実験との比較を行った。これにより、例えば加湿条件で温度分布が変化すること、あるいはガス流れ方向を変えることで分布が変化することなどの傾向が理論的に説明可能となり、一般的な運転条件向上指針を与えるツールとなることが期待できる。
3.膜内含水分布計測システム構築(伏信・野崎) 次年度本格実施予定の、膜内含水分布計測システムの構築を行った。これは、含水した膜の赤外透過特性が含水量の関数で変化することを利用しており、膜厚さ方向に分光した赤外線(2μm付近)を透過するよう、両側のセパレータを透過窓材で作製しており、予備実験で動作確認を行った。以上の結果により、次年度以降のより詳細な熱流動場解明さらには高効率運転への指針提供の基礎を確立している。

Research Products

• [Publications] Shimoi, Masuda, Fushinobu, Kozawa, Okazaki: "Visualization of the membrane temperature field of a polymer electrolyte fuel cell"Proc. 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conf.. (発表決定). (2003)
• [Publications] 下井, 伏信, 増田, 小澤, 岡崎: "固体高分子形燃料電池膜面温度場の計測と均一化制御"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 323-324 (2002)
• [Publications] 伏信, 下井, 岡崎, 増田, 小澤: "固体高分子形燃料電池膜面温度場の可視化"第9回燃料電池シンポジウム講演論文集. 57-62 (2002)
• [Publications] 増田, 小澤, 佐藤, 伏信, 岡崎: "固体高分子形燃料電池セル内の電気化学反応と熱輸送の連成現象"日本機械学会論文集B編. 68(665). 209-217 (2002)