JIS C 8842:2013 固体酸化物形燃料電池単セル及びスタックの発電性能試験方法 | ページ 3

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水分を除去した後に,質量流量計,体積流量計,タービン流量計などを用いて測定する。体積流量を測定
する場合は流量計直近のガス温度及び圧力,又はガス密度を測定して質量流量に換算する。アノード排ガ
スには含まれない成分のガスをトレーサとして微少流量をアノード排ガスに精密に添加し,アノード排ガ
スの各成分濃度,トレーサ濃度及びトレーサ流量からアノード排ガス流量を求めてもよい。
  なお,水素,一酸化炭素及びメタンが残留している場合もあるので,安全及び環境に留意して排ガスを
処理する。
8.3.6  アノード排ガス組成
  アノード排ガス組成は,ユニットのアノードガス排気口近傍からアノード排ガスをサンプリングし,赤
外分光光度計,質量分析計,ガスクロマトグラフなどを用いて測定する。水蒸気が測定に悪影響を及ぼす
場合には,サンプリングガスから水分を除去するか,又はアルゴンなどでサンプリングガスを希釈する。
測定に当たっては,サンプリング配管中での組成変化が十分に小さくなるように配管材料,配管の温度,
配管の径及び長さを調整する。特に水蒸気については,配管内部で凝縮しないように必要部分を加熱する。
8.3.7  アノード排ガス温度
  アノード排ガス温度は,JIS C 1602,JIS C 1605及びJIS C 1610に従って,熱電対又はシース熱電対の
種類及びクラス,並びに補償導線の種類及びクラスを選択し,ユニット発電性能試験時にアノードガス排
気口近傍で測定する。ユニット発電性能試験時に測定が困難な場合は,試験準備中にユニット発電性能試
験条件と同様の条件下でアノード排ガス温度を確認する。
8.3.8  アノード排ガス圧力
  アノード排ガス圧力は,圧力センサ,マノメータ,ブルドン管などによってユニットのアノードガス排
気口下流で測定する。配管中の圧力損失,配管温度などを考慮し,不確かさが小さくなるように測定機器
を設置することが望ましい。測定中に水蒸気の凝縮がないように考慮する。例えば,微量の乾燥窒素など
を測定機器近傍の配管に流し,圧力を測定するとよい。

8.4 カソードガス

8.4.1  カソードガス流量
  カソードガス流量は,質量流量計,体積流量計,タービン流量計などを用いて測定する。体積流量を測
定する場合,流量計直近のガス温度及び圧力,又はガス密度を測定して質量流量に換算する。流量範囲及
び流量計の許容不確かさを考慮して流量計を選定する。
8.4.2  カソードガス組成
  カソードガス組成は,ガスクロマトグラフ又は酸素濃度計で酸素濃度を測定する。
  なお,ボンベガスを用いてガスを供給する場合には,ガス製造業者の発行する分析表の値を用いること
もできる。
  必要に応じて微少の水分濃度を測定する場合は,露点計,水分計又はガスクロマトグラフを用いる。こ
のとき,水蒸気が凝縮しないようガス温度を調節する。
8.4.3  カソードガス温度
  カソードガス温度は,JIS C 1602,JIS C 1605及びJIS C 1610に従って,熱電対又はシース熱電対の種
類及びクラス,並びに補償導線の種類及びクラスを選択し,ユニットのカソードガス供給口近傍で測定す
る。ユニット発電性能試験時に測定が困難な場合は,試験準備中にユニット発電性能試験条件と同様の条
件下でカソードガス温度を確認する。
8.4.4  カソードガス圧力
  カソードガス圧力は,圧力センサ,マノメータ,ブルドン管などによってユニットのカソードガス供給

――――― [JIS C 8842 pdf 11] ―――――

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口上流で測定する。配管中の圧力損失,配管温度などを考慮し,不確かさが小さくなるように測定器を設
置することが望ましい。
8.4.5  カソード排ガス流量
  カソード排ガス流量は,ガスを冷却後,質量流量計,体積流量計,タービン流量計などを用いて測定す
る。体積流量を測定する場合は流量計直近のガス温度及びガス圧力,又はガス密度を測定して質量流量に
換算する。流量範囲及び流量計の許容不確かさを考慮して流量計を選定する。
8.4.6  カソード排ガス組成
  カソード排ガス組成は,ガスを冷却後,ガスクロマトグラフ又は酸素濃度計で酸素濃度を測定する。必
要に応じて微少の水分濃度を測定する場合は露点計,水分計又はガスクロマトグラフを用いる。このとき,
水蒸気が凝縮しないようガス温度に留意する。
8.4.7  カソード排ガス温度
  カソード排ガス温度は,JIS C 1602,JIS C 1605及びJIS C 1610に従って熱電対又はシース熱電対の種
類及びクラス,並びに補償導線の種類及びクラスを選択し,ユニット発電性能試験時にユニットのカソー
ドガス排気口近傍で測定する。ユニット発電性能試験時に測定が困難な場合は,試験準備中に同様の条件
下でカソードガス温度を確認する。
8.4.8  カソード排ガス圧力
  カソード排ガス圧力は,圧力センサ,マノメータ,ブルドン管などによってユニットのカソードガス排
気口下流で測定する。配管中の圧力損失,配管温度などを考慮し不確かさが小さくなるように測定器を設
置することが望ましい。

8.5 出力電圧

  出力電圧は,箇条6で規定する電圧測定点に電圧計を接続して,ユニット電圧として測定する。接続ケ
ーブルは,試験条件を考慮して十分に耐久性のある材質を選定する。また,接続部での熱起電力が出力電
圧に影響を与えないようにする。

8.6 出力電流

  出力電流は,箇条6で規定する電流引出点に接続したポテンショ/ガルバノスタット,電子負荷装置,
又は回路中に置かれたシャント抵抗などの電流センサ出力を,測定記録機器に接続して測定する。接続ケ
ーブルについては,試験条件及びケーブル中の電圧降下を考慮して材質及び形状を選定する。

8.7 ユニット温度

  ユニット温度は,JIS C 1602,JIS C 1605及びJIS C 1610に従って,熱電対又はシース熱電対,補償導
線の種類及びクラスを選択する。ユニット温度は,熱電対を箇条6で規定する温度測定点に設置し,記録
計などを接続して測定する。複数の温度測定点をもつ場合には,製造業者の推奨する方法に従って熱電対
を配置し,ユニット温度及び温度分布を求める。

8.8 荷重(力)

  荷重(力)は,製造業者の推奨する方法で加えた荷重を測定する。

8.9 インピーダンス

  インピーダンスは,交流インピーダンス法又は電流遮断法によってユニットのインピーダンスを測定す
る。十分な測定周波数が得られるように測定ラインのインピーダンスに配慮する。

8.10 環境条件

  発電性能試験時の気温,気圧及び相対湿度を測定する。サンプリング間隔は,ISO 8756で規定する間隔
以下とする。

――――― [JIS C 8842 pdf 12] ―――――

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9 試験準備

9.1 概要

  被試験ユニットのタイプ,試験サンプル数,試験項目及び試験条件を決定する。測定機器は,直近の校
正時期,校正条件での不確かさ又は機器のクラスから求めた不確かさ,及び不確かさの環境条件依存性を
確認し,不確かさを見積もる。また,その不確かさを維持できるように,校正時期及び方法,又は交換時
期及び方法を計画する。
  アノードガス及びカソードガスは,成分,及び主要な不純物を確認する。また,箇条8に従って,ガス
組成及びガス温度について事前に予備実験を行い,ガス組成が測定機器の不確かさの範囲内で8.2で規定
された値を実現していること,組成の変動が7.2に定めた許容範囲に収まっていること,及び供給ガス温
度がユニット温度に悪影響を与えないことを確認する。さらに試験手順,安定状態の判定条件及び試験条
件を,予備実験などによって決定する。

9.2 試験条件

  次の事項について製造業者の推奨する代表的な試験条件及び試験条件範囲を確認し,それを参考に定格
試験条件及びその他の試験条件並びに試験条件範囲を決定する。
a) ユニット温度
b) 許容ユニット温度分布(複数の温度測定点をもつ場合)
c) アノードガス流量
d) アノードガス組成
e) アノードガス圧力
f)  カソードガス流量
g) カソードガス組成
h) カソードガス圧力
i)  有効燃料利用率
j)  電流又は電流密度
k) 最低ユニット電圧
l)  最小ユニット電流(有効燃料利用率を一定に保って試験する場合)
      注記 11.2.2.2にて規定する試験において,少流量域で性能が不安定になる可能性があるが,これを
            避けるために最小ユニット電流を設定する。
m) 荷重(力)

9.3 アノードガス及びカソードガスの成分及び不純物

  アノードガスの合成にガスを用いる場合,各ガスの純度又は成分,及び主要な不純物をガス製造業者が
発行する分析表で確認するか,又は分析する。液体燃料を用いてアノードガスを作成する場合は,液体燃
料の密度,含有炭素・水素・酸素の比,硫黄分などの不純物を,燃料製造業者が発行する分析表で確認す
るか,又はJIS K 2249-1-4及びJIS K 2541-1に従って分析する。
  カソードガスの純度又は成分,及び主要な不純物をガス製造業者が発行する分析表で確認するか,又は
分析する。コンプレッサを用いる場合は,オイル及び粒子フリーのコンプレッサを使用する。
  それぞれの確認結果又は分析結果は,報告書に記載する。

9.4 試験手順

  試験手順は,昇温速度,昇温雰囲気,アノード還元条件などの起動条件,及び降温速度,降温雰囲気な
どの停止条件について,製造業者の推奨する条件又は予備実験から決定する。

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9.5 ユニットのエイジング条件

  ユニットのエイジング条件は,製造業者の推奨するエイジング条件又は予備実験によって,測定時の出
力ドリフトが十分小さくなるように決定する。

9.6 安定状態の判定基準

  安定状態の判定基準は,ユニットの出力電流又は出力電圧の変動の許容範囲を,予備実験などによって
確認することによって決定する。
  安定状態の判定基準は報告書に記載する。

9.7 データ収集方法

  データ収集方法は,各測定項目の変動,各測定機器のサンプリング速度などを考慮して予備実験を行い,
各測定項目のサンプリング間隔,サンプリング回数及び測定回数を決定する。
  サンプリング間隔は,各測定項目の変動の支配的な変動周期より十分短くする。また,1回の測定当た
りのサンプリング数及び繰返し測定回数は,各測定項目の変動の支配的な変動周期より十分長い時間に対
応する回数とする。

10 試験手順

10.1 セットアップ

  セットアップは,次の手順で行う。
a) 各制御及び測定サブシステムのリークチェック及び動作確認を行う。
b) 製造業者の推奨する組立方法及び手順に従い,セル/スタック,ガス流路,インタコネクタ,集電体,
    絶縁体などの構成要素を用いてユニットを組み上げる。
c) ユニット加熱制御サブシステムにユニットを設置し,電圧測定線,電流線及び熱電対の配線を行う。
    さらに,ガス供給管,ガス排気管などの配管を行い,それぞれサブシステムと接続する。
d) ガス配管の接続部でリークがないことを確認する。
e) 配線などの対地絶縁を確認する。絶縁確認は,必要に応じて出力制御サブシステム又は測定・データ
    収集サブシステムに接続する前にも行うことが望ましい。また,配線接続部の導通の確認を行う。
f)  a)   e)が終了した状態で,各制御及び測定サブシステムの動作の確認を行う。

10.2 試験開始手順

  9.4で決定した昇温速度及び昇温雰囲気で起動する。必要に応じてアノードを還元し,エイジング後,安
定状態になるまでユニットを保持する。

10.3 試験終了手順

  9.4で決定した降温速度及び降温雰囲気で終了手順を行う。特に指定がない場合には,開回路状態で,空
気極側に空気を流し,かつ,燃料極側に爆発限界に入らないように窒素で希釈した水素を流しながら,試
験実施者が予備実験によって定めた温度条件で降温する。

11 発電性能試験

11.1 定格出力試験

11.1.1 目的
  この試験は,定格試験条件におけるユニットの出力の測定及び確認をするために行う。
11.1.2 試験方法
  全ての制御項目を定格試験条件に設定し,ユニットが安定状態に達した後に出力電圧,出力電流及びそ

――――― [JIS C 8842 pdf 14] ―――――

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の他の制御項目を9.7で決定した方法で測定し,その間の平均値を測定値とする。
11.1.3 結果の表示
  測定結果から定格出力を計算し,出力電圧及び出力電流を制御項目の値とともに試験報告書に記載する。

11.2 電流-電圧特性試験

11.2.1 目的
  この試験は,ユニットの電流−電圧特性の温度,圧力,各ガスの組成,各ガスの流量,又は有効利用率
に対する依存性を明らかにするために行う。
11.2.2 試験方法
11.2.2.1 流量が一定条件下での試験
  依存性を測定する制御パラメータを初期値とし,アノードガス及びカソードガスの流量及び他の制御パ
ラメータを試験条件に設定する。開回路状態でユニットが安定状態に達成した後に電流若しくは電圧をス
テップ状に変化させるか,又は一定速度で掃引して電流−電圧特性を測定する。
a) 電流をステップ状に変化させて測定する場合には,各ステップで安定状態に達した後,9.7で決定した
    方法で測定し,その間の平均値を測定値とする。
b) 電流掃引の場合は,電圧ヒステリシスの最大幅が安定状態下の電圧変動幅と同程度か,又はそれ以下
    になるように掃引速度を設定する。
  電圧制御の場合には,a) 又はb) の操作を電圧ステップ又は電圧掃引によって行う。
11.2.2.2 有効燃料利用率・有効酸素利用率が一定条件下での試験
  依存性を測定する制御パラメータを初期値とし,有効燃料利用率,有効酸素利用率及び他の制御パラメ
ータを9.2のとおり決定した試験条件に設定し,最小ユニット電流でユニットが安定状態に達した後にガ
ス流量,及び電流又は電圧をステップ状に変化させて電流−電圧特性を測定する。各ステップでは,安定
状態に達した後,9.7で決定したサンプリング間隔及び時間範囲で測定し,その間の平均値を測定値とする。
11.2.3 結果の表示
  結果の表示は,横軸を電流密度,有効燃料利用率,又は電流密度及び有効燃料利用率の両方とし,縦軸
をユニット電圧の二次元プロットとして,試験報告書に他の試験条件とともに記載する。ユニット電圧の
代わりに,ユニット電圧及びセル数から計算した平均セル電圧,又は個々のセル電圧をプロットしてもよ
い。

11.3 有効燃料利用率依存性試験

11.3.1 目的
  この試験の目的は,ユニット性能の有効燃料利用率に対する依存性の調査,及び種々の動作条件での最
大有効燃料利用率の確認である。
11.3.2 試験方法
11.3.2.1 概要
  想定する動作条件での最大有効燃料利用率又は最大有効燃料利用率に達したことを判定する基準を,ユ
ニット製造業者に確認するか,又は製造業者及び評価者で協議し決定する。
  試験方法は,電流を固定しアノードガス流量を減少させる方法か,又はアノードガス流量を一定にして
電流を増加させる方法のいずれかを選択する。
11.3.2.2 電流一定条件での試験
  電流一定条件での試験は,次による。
a) ユニットを,試験実施者が任意に定めた試験条件にセットし,安定状態に達したことを確認する。

――――― [JIS C 8842 pdf 15] ―――――

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