2017 Fiscal Year Research-status Report
水素社会実現のための固体高分子形燃料電池における非接触磁場計測による制御法の確立
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17K14650
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| Research Institution | Oyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
秋元 祐太朗 小山工業高等専門学校, 電気電子創造工学科, 助教 (30793947)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / スタック / 磁場 / 非破壊診断 / 三次元有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、水素社会の構築に必要不可欠である固体高分子形燃料電池(以下、PEFC)の燃料濃度と生成水分布といった内部状況の再現により不具合回避のための汎用的な制御方法を確立することである。手法としては、申請者らが開発した非接触磁場計測装置によりPEFCの磁場を計測し、計測値を用いて内部状況のシミュレーションおよびPEFCシステムの制御を行う。また、本研究では制御手法の汎用化のために、空冷および水冷PEFCスタックの2種類を対象として研究を行う。今年度は主に3点の課題について取り組んだ
（１：空冷PEFCの各運転条件における磁場計測） 磁場計測値をシミュレーションおよび制御の指標として用いるために、各条件におけるPEFC空冷口内などの磁場計測を行った。実験的にPEFCの最適運転および不具合に至る条件、そしてそれに対応した磁場を計測した。空冷ではフラッディングが起きる条件において磁場測定値の変化を確認した。
（２：空冷・水冷PEFCのシミュレーションモデルの構築） 計測した磁場を基づくシミュレーションモデルを3次元有限要素法ソフトウェア(COMSOL Multiphysics) 上に構築した。構築したシミュレーション上のI-Vカーブと実測とを比較し、各パラメータを変化させることで、出力を再現した。また、燃料電池の端子接続方法による磁場の変化といった当初想定していなかった問題についても解決した。
（３：空冷PEFCにおけるシミュレーションモデルおよび磁場計測に基づく不具合評価） 構築した空冷燃料電池モデルを用いてフラッディングの評価をおこなった。磁場シミュレーション結果より、フラッディングの起こりやすい空気出口側の出力低下時には、磁場計測値およびシミュレーション値が低下することが示させた。これによって磁場計測による空冷燃料電池の非破壊診断の有用性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
空冷PEFCに関しては、年度当初に申請した交付申請書に記載した内容を達成しているため、順調に進んでいる。水冷PEFCに関しては磁場測定を行ったが、出力低下時の磁場測定を行うことができていない。一方で、水冷PEFCモデルの構築や空冷PEFCにおける磁場計測に基づく不具合評価など次年度以降の課題も着手している。そのため、おおむね順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
空冷燃料電池においては、フラッディング時の磁場計測、シミュレーション値により有用性が示せた。最終年度に実施予定である制御に関して、予定を前倒して行っていく。
水冷に関しては、出力低下が起きる条件における磁場計測を行う。燃料電池の内部構造の違いにより出力低下の起こる条件が異なり、各温度、流量条件時の出力に関する評価に時間がかかった。昨年度中に行った評価を基に、出力低下時の磁場変化を計測する。続いて、構築したシミュレーションモデルと出力低下時の磁場計測を比較する。
そして、昨年度は外部発表が少なかったため、今年度は国際学会のほか、国内学会においても数多く発表していく。
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| Causes of Carryover |
オープンアクセス誌に掲載され、論文投稿料を支払ったため、購入できない物品があった。次年度、物品費として使用予定である。
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Research Products
(4 results)
