発電中の燃料電池内部可視化のためのイメージングシステムの開発

Development of an imaging system for the observation of water behavior in a channel in PEMFC

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛  ; 酒井 卓郎; 松林 政仁  

Nojima, Takehiro; Yasuda, Ryo; Takenaka, Nobuyuki*; Katagiri, Masaki*; Iikura, Hiroshi; Sakai, Takuro; Matsubayashi, Masahito

発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ, 高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータおよび小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは、原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をする上で効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察することができた。

A new imaging system was developed for observing water distribution in a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) under operation. This imaging system realizes both low-noise and high-sensitivity imaging, enables image capture with a relatively short exposure time (approximately sub-seconds) and effectively visualizes the internal events of a PEMFC. It consists of an electron multiplying charge coupled device (EMCCD) camera, new LiF/ZnS scintillator screen, and slit system. The EMCCD camera has a wide dynamic range and high sensitivity, and the brightness of the new LiF/ZnS scintillator screen is approximately twice as high as that of conventional LiF/ZnS scintillator screen. The slit system is used to reduce the white dot noise caused by the primary and/or secondary prompt rays. By a characteristic test, it was demonstrated that water behavior in the channel of a PEMFC can be clearly and qualitatively observed using the new imaging system.