2003 Fiscal Year Annual Research Report
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
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13555052
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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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)
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| 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)
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| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / サーモグラフィー / 可視化 / 数値計算 / 分光計測 |
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| Research Abstract |
固体高分子形燃料電池(PEFC)のさらなる効率向上のために熱工学的なアプローチが貢献できる課題として、セル内の水と温度分布の管理が挙げられる。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。セパレータの一部に当該波長域を透過する窓材を利用することにより、(1)マイクロチャンネル内の流動状況を可視化し、(2)膜内の含水量分布は部分的に赤外光を透過するようにした後、赤外吸光により計測し、(3)温度分布はカーボン電極の低熱抵抗・高射出率を積極的に利用し、サーモトレーサによる可視化を行う。さらに、(4)運転時の膜内含水分布に関する知見を得ることも目指す。研究最終年度の今年度は以下の取り組みで研究を完了した。
(1)膜内含水分布計測(伏信・多田・野崎)
昨年度構築を行った膜内含水分布計測システムを用いて、流路流れ方向の含水分布計測を行った。赤外光(1.9μm付近)吸収の含水量依存性を利用し、両側のセパレータを透過窓材で作製したセルにより含水分布を流れ方向3点で時系列計測に成功した。結果から、下流ほど含水量しゃすいこと、またガス入口付近では一度湿潤した後、若干低下した含水量で安定し、下流ほど時間的に含水量が増加することが観察された。
(2)研究成果の統合と熱流動シミュレーター援用による高効率発電システムの提案(伏信・岡崎・増田)
昨年度までの研究で、原則、別々に検討してきたチャンネル-電極系の流動状態、電極-膜系での温度分布、膜内含水量分布の可視化結果を基に、熱流動状態と運転特性の関係について総合的に検討を加え、システム高効率化のため膜面を比較的高温に保ちなおかつ全体で均一な物理量分布を持つための流動条件設定に関する知見を得ることに成功した。
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[Publications] Fushinobu, Shimoi, Miki, Okazaki: "Visualization of the temperature and water content distributions in PEMFC"2003 Fuel Cell Seminar Abstract. 264-267 (2003)
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[Publications] 三木, 伏信, 岡崎: "固体高分子形燃料電池における膜内水分布の光学的測定"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 245-246 (2003)
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[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 Conference. (CD-ROM). TED-AJ03-228 (2003)
