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論文

中性子ラジオグラフィによるダイナミックCTシステムの開発と燃料電池スタック内水分布の連続三次元可視化

村川 英樹*; 橋本 迪矩*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 持木 幸一*; 安田 良

日本機械学会論文集,B, 77(784), p.2255 - 2262, 2011/12

A dynamic CT system was developed for visualization of consecutive three-dimensional water behavior in a PEFC stack for neutron radiography. The system is composed of a neutron image intensifier and a C-MOS high speed videocamera. An operating stack with three cells based on the Japan Automobile Research Institute standard was visualized using the neutron radiography system at a research reactor JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency. The dynamic water behavior in channels in the operating PEFC stack was clearly visualized every 15 seconds by using the system. The water amount in each cell was evaluated by the CT reconstructed images. It was shown that a cell voltage decreased gradually when the water increased and increased rapidly when the water was evacuated. It was estimated that the power generation stopped when the channel of a cell was partly filled with the water because the air supply was blocked to a cell in the stack.

論文

Evaluation of water distribution in a small operating fuel cell using neutron color image intensifier

安田 良; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; 野島 健大; 林田 洋寿; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.268 - 272, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.57(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子イメージインテンシファイアを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池中心部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留とともに低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止している。本稿では、こうした結果に加え、発電に伴う生成水の挙動と電圧変化との相関に関する考察したことについて述べる。

論文

Measurements of water distribution in through-plane direction of PEFC by using neutron radiography

村川 英樹*; 和田 大裕*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 安田 良

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.286 - 289, 2011/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.21(Instruments & Instrumentation)

Hydrogen gas and air are supplied to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Protons pass through the electrolyte membrane, and combine with oxygen to form water in the cathode reaction site. The generated water must be supplied appropriately to the membrane for proton conduction. On the other hand, the generated water may affect the fuel cell performances because of the blocking of oxygen from reaching the cathode reaction site. Therefore, water management in the PEFC is important, and water distribution during the operation in the through-plane direction has been of wide concern. In order to obtain the water distributions in a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer (GDL), a borescope system was newly employed using neutron radiography. The system could obtain the water distribution in the MEA and the GDL, and pixel size of 6.5 micron was achieved. Furthermore, the system was applied for a tilted converter system. The pixel of 1.0 micron at angle of 81 degrees was achieved, and improvement of the spatial resolution was confirmed.

論文

Visualization of dynamic 3-D water behavior in polymer electrolyte fuel cell by using neutron image intensifier

竹中 信幸*; 浅野 等*; 杉本 勝美*; 村川 英樹*; 橋本 迪矩*; 進藤 徳高*; 持木 幸一*; 安田 良

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.277 - 281, 2011/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:36.36(Instruments & Instrumentation)

Visualization of dynamic three-dimensional water behavior in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) stack was carried out by neutron CT using a neutron image intensifier. The neutron radiography system at JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency was used. An operating stack with three cells based on Japan Automobile Research Institute standard was visualized. A consecutive CT reconstruction method by rotating the fuel stack continuously was developed using a neutron image intensifier and a C-MOS high speed video camera. The dynamic water behavior in channels in the operating PEFC stack was clearly visualized in 15 s intervals by the present dynamic neutron CT system.

論文

Effect of water distributions on performances of JARI standard PEFC by using neutron radiography

村川 英樹*; 植田 忠伸*; 吉田 壮寿*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 持木 幸一*; 飯倉 寛; 安田 良; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.127 - 130, 2009/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:83.4(Instruments & Instrumentation)

In order to clarify the effects of water on performances of a Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC), measurements of water distribution in a Japan Automobile Research Institute standard PEFC were carried out by means of neutron radiography. Furthermore, the cell voltage and the pressure drop between inlet and outlet of the air were simultaneously measured. From the measurements, the relation between cell voltage, pressure drop and movement of the water plug in the channel was confirmed. The PEFC performances were recovered as the water plug evacuated. Condensed water in the channel decreased with the relative humidity of air. However, it may affect the MEA permanence. Therefore, the most appropriate operating conditions should be decided for taking into account both the cell performances and the permanencies.

口頭

中性子イメージングによる燃料電池セル内の水分測定

安田 良; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 松林 政仁; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; et al.

no journal, , 

燃料電池は、水素と酸素との化学反応を直接電気エネルギーに変換するシステムで、副生成物が水であることから、次世代のクリーンエネルギー源として期待されている。しかし、生成物である水分挙動が電池性能に影響を及ぼすことから、その水の適切な管理・制御が必要とされ、発電中の水分挙動を把握・理解するための可視化ツールが強く望まれている。これまでわれわれは、電池内部の水分挙動を可視化するために、さまざまな中性子ラジオグラフィシステムを開発してきた。本稿では、近年開発されたボロンタイプの中性子イメージインテンシファイアをベースに構築したイメージングシステム、及びそれを用いて実施した燃料電池内部の水分布評価の結果を中心に報告する。

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