FAQ検索結果

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QアピエゾンNグリス中に埋め込んだベアチップの取り扱いについて

A
ベアチップタイプセンサーの素子の表面はデリケートなので、何にも接触させないようにご使用いただくのが良いと思います。例えばアピエゾンNグリス中に埋め込んだベアチップタイプのCXセンサーを冷却するとアピエゾンNグリスの固化が起こります。その際、センサーの収縮が発生するため、素子の電圧が測定できなくなる可能性があります。

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Qベアチップセンサーの温度応答異方性について

A
ベアチップタイプのセンサーには、素子のついている面とアルミナ等の面がありますが、それらの異方性データを取るのは容易ではないと思います。
ただし実際の温度応答性は、例えば4.2KにおいてセルノックスセンサーのBRタイプで1.5msecであるため、各面における応答性において通常では問題となっておりません。

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QCRX-6.5K使用時のステージにおける熱の均一性について

A
凹凸のあるステージが実際に測定結果に悪い影響を与えるかどうかは、何ケルビンの温度むらが許容できるか、観察窓からの入射熱量、サンプルの厚さ、サンプルの熱伝導率、サンプルと試料台の凸部の熱接触、サンプルと凹部の熱接触といった要素を合わせて考える必要があります。いろいろな対策が考えられますが、手っ取り早く温度むらを改善したい場合はサンプルと試料台のあいだに温度むらを解消するのに十分な厚さの金属の板を挿入して、そして互いにアピエゾングリスなどで熱的に結合するという方法がよいだろうと思います。アピエゾングリスは薄く塗らないと熱を伝えてくれませんので溝を埋めても改善は期待できません。

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Q100mK以下の極低温で実験する際に熱の流入をなるべく避けたいと思いますが、インシュレーターの必要性は冷凍機によって変わるものでしょうか

A
 

(1)ステンレス製の熱シールドについて

極低温でのステンレスの熱伝導率は銅の0.1%しかありません。そういう材料を放射シールドに採用することは稀です。推測ではありますが、某冷凍機メーカーの熱シールドは銅に銀色のメッキをしたものがステンレスのように見えているか、あるいはシールドではない別の目的でステンレスが使用されているのかもしれません。

(2)スーパーインシュレーターの必要性

必要性は熱の流入をどれくらい許容できるかということで決まると思います。いずれの温度領域においても熱シールドおよびスーパーインシュレーターは有効です。ただ磁場強度が時間とともに変化する場合はそれにさらされる金属に渦電流が発生して発熱の原因になることもありますのでご留意ください。

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Q「出力ON/OFF」はどんな機能ですか? 何をON/OFFするのですか?

A

内部の波形発生部と出力端子(BNCコネクタ/SMAコネクタ)の間の結線を ON/OFFします。
波形出力のスタート/ストップのタイミングをコントロールする機能ではありません。
波形出力のスタート/ストップのタイミングは、発振モード(Run mode)で行います。

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出力ON(OFF)にする方法は?

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Q固体高分子形燃料電池(PEFC)の発電に必要な燃料ガス流量は?

A

PEFCの発電に必要な理論上の燃料ガス流量は「Q=mFz」の式から求められます。

 Q:電荷量[C]=電流[A]×時間[sec]
 m:モル数[mol]
 F:ファラデー定数(=96500 [C/mol])
 z:イオン価数

例えば、MEAの面積が1 cm2の燃料電池を1 A/cm2の電流密度で1分間通電したときに必要な水素の量は以下のようになります。 (ただし、水素分子は理想気体、体積は標準状態換算)

水素[L]=22.4[L/mol]×1[cm2]×1[A/cm2]×60[sec]×1/96500[C-1mol]
 ×1/2(価数)=0.006963・・・[L]=6.96 [mL]

つまり、1cm2の面積の燃料電池で、1A/cm2の電流を1分間保持するための水素量は、水素が100%反応すると仮定した場合、約7 mL/minとなります。
ただし、一般には100%反応させることは難しいので、通常は最低必要量よりも多い燃料を流します。
この時の流量の指標として、“燃料利用率:反応する燃料量/供給する燃料量”があります。
25cm2の燃料電池で1A/cm2の発電の際に、燃料利用率50%で発電させるとすると、

水素[L/min]=7[mL/(min・cm2)]×25[cm2]×(100/50[%])=350[mL/min]

スタックセルの場合は更にスタック数を掛けると、必要な水素量を算出できます。
カソード側の酸素(空気)量は考え方次第ですが、少なくとも反応する水素量と100%反応するだけの酸素量が必要になります。

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Q直接形メタノール燃料電池(DMFC)での発電に必要な燃料流量は?

A

セルの面積と使用するメタノール水溶液の濃度によって変わります。高濃度・小面積セルなら低流量、低濃度・大面積セルなら流量が多くなります。
DMFCでの反応式は以下のようになります。

CH3OH + H2O → 3H2 + CO2

つまり、1molの純メタノールから3molの水素が得られる計算になります。
よって、100mL/minに相当する水素(4.46×10-3mol/min)を得るには、1.49×10-3mol/minの純メタノー ル=4.77×10-2g/minが必要です。これに転化率10%、比重0.791を考慮して、メタノール水溶液の濃度を10%とすれば、必要なメタノー ル水溶液(純メタノール:10vol%、水:90vol%)の量は6.0mL/minとなります。

DMFCの発電電流量や使用するメタノール水溶液濃度、燃料利用率等から最大・最小流量を換算して考慮する必要があります。また中間生成物によるロスなども考えられます。

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QWWシリーズ/PMシリーズの2chや4chモデルで、ch毎に異なった任意波形を同期出力させる事はできますか?

A
できます。
ch毎に波形メモリとD/Aが搭載されており、共通のクロックで動作するので可能です。

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Q任意波形の周波数とサンプルレートの関係は?

Q燃料ガスへの加湿の必要性

A
イオン交換膜の種類によっては、水分の有無が発電効率に大きな影響を及ぼします。
弊社取扱いのエレクトロケム社製燃料電池セル(MEAにナフィオン膜使用)で、セル温度80℃に対し、燃料の露点を80℃、70℃、60℃と変えることでセル内の相対湿度を変化させた時のI-V測定の比較です。相対湿度が高い程、発電効率がよいことが分かります。
加湿の必要がないイオン交換膜や実用化を見越しての無加湿運転を目的とすれば、加湿する必要はありません。

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Q加湿方式について

A

加湿器にはバブラー式、インジェクション式、シャワー式、分流式など多くの方式があります。
バブラー式は温度を制御した水にガスをくぐらせて加湿する方式で、水の温度を変えて露点を制御します。水温の変化に少し時間がかかりますが、一定露点を保持する安定性や再現性に優れます。加湿器からセルまでのガス圧力を上げる事で露点を100℃以上に上げることも可能です。バブラーの場合、露点精度よく加湿するにはガス流量に応じた水量が必要になります。水量を多く(加湿容器を大きく)すれば大流量に対応できますが、低流量時に遅延が生じたり、水温変化の 応答性が悪くなったりといったデメリットも生じます。

インジェクション式は、乾燥したガスに蒸気を付加する“スチームインジェクション”方式と、水滴を注入後気化させる“リキッドインジェクション”方式があります。露点変化の応答性に優れますが、付加する蒸気(水分)の量の調整が敏感で、少流量のガスへの加湿や低加湿を行う際の精度の調整が難しくなります。

また“スチームインジェクション”方式は100℃以上の露点を制御するのは難しく、“リキッドインジェクション”方式はガスライン中で水滴が気化して急激にガスの体積が変わることにより、ガス圧力が変化する可能性があります。

シャワー式はバブラー式とは逆にガス中に水を噴霧して加湿を行います。
また加湿したガスとドライガスを混合して露点制御の応答性を高める“分流”方式もありますが、各ガスの流量バランス調整が重要になります。

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Q任意波形のサンプルレートの単位「S/s」は 何と読むのですか? また、何を意味しているのですか?

A

「S/s」は、sample per second つまり1秒間あたりのサンプル数を意味します。
DAC(Digital to Analog Converter)のサンプルクロックスピードと同じ値です。
サンプルレートを速くすると 任意波形の周波数は高くなり、サンプルレートを遅くすると任意波形の周波数は低くなります。

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任意波形の周波数はどのように可変するのですか?

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Q燃料ガスの“露点”と“相対湿度”の違い

A

“露点”はそのガスに含まれた水分が飽和して結露を始める温度で、温度による飽和水蒸気量は飽和水蒸気圧曲線などで確認することができます。“相対湿度”はその温度での飽和水蒸気量に対する実際に含まれている水蒸気量の比です。

燃料電池では燃料ガスに含まれる水分量が重要なパラメータとなります。同じ相対湿度80%RHと言っても、ガスの温度が80℃と60℃とでは含まれる水分量が大きく変わってしまいます。そのため加湿について表す場合、直接水蒸気量を示唆できる“露点”がよく使用されます。

なお、100℃以上での相対湿度100%は、露点も100℃以上にする必要があり、セルや配管をそれに応じた温度まで昇温する必要があります。

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QAWG方式とDDS方式は 何が違うのですか? DDS方式の場合に注意する点は?

A

どちらも DAC(Digital to Analog Converter)を用いて デジタル的に波形を生成する方式ですが、DDS方式は 本来サイン波を出力させるための方式です。 波形発生器は、目的の周波数に設定できてこそ有効なツールになりますが、AWG方式とDDS方式では目的の周波数を発生させる方法が以下のように異なります。

サンプルレート 波形の周波数の変え方 出力波形
AWG方式
(Tabor製品)
ユーザ
可変
サンプルレートをユーザ可変
(波形データ長の設定によっても
 周波数を変えられる)
作成した波形データを常に全て忠実に出力。
DDS方式
(多くの他社製品)
固定
  • 周波数を高くする場合
    波形データを間引いて(欠落)出力
  • 周波数を低くする場合
    波形データの同一個所を重複出力
作成した波形データ通りに出力されるわけではない。

AWG方式は、サンプルレートをユーザが可変して周波数を設定するので 作成した波形データを常に全て忠実に出力します。

一方DDS方式は、サンプルレートが固定の為 設定周波数が高い場合は波形データを間引いて(欠落)出力させ、又、低い場合は 波形データの同一個所を重複出力させるので、設定した波形データ通りに出力されるわけではありません。

DDS方式は、波形1周期を位相360°に換算して 間引(欠落)や重複ポイントを算出するので、サイン波の場合は問題ありませんが、サイン波以外の波形、特に比較的高い周波数のパルスやパルス列、任意波形を出力させたい場合は好ましくありません。
また、連続(繰返し)出力させると、間引(欠落)や重複ポイントが 毎周期 同じ箇所とは限らないので、出力波形が毎周期異なってジッターとなる為 注意が必要です。

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Q燃料ガスの露点制御方法

A

一般的にバブラー方式の加湿器の場合、その水温で露点を制御しますが、水温通りの露点に加湿されているかは確認しなければわかりませんし、加湿器で加湿さ れたガスがその露点のままセルまで運ばれてくるとは限りません。セルに入るガスの露点がわからない評価装置では、重要な発電条件の一つが不明確な評価に なってしまいます。

そのため、弊社の燃料電池評価システムでは、バブラー式加湿器の場合、「加湿器の水温=セル入口でのガスの露点」となるように調整し、すべての評価システムで出荷前に鏡面冷却式露点計を用いて、露点制御精度の確認を行い、この測定データを添付して、“セル入口での露点”を保証しています。この“セル入口での露点保証”は、加湿器単体の加湿精度や加湿器の水温制御精度とは全く意味合いが異なります。

インジェクション方式や分流法の場合、設定値ごとにドライガスと水蒸気(もしくは加湿されたガス)の配分を考える必要があるため、加湿制御自体がバブラー式より困難になります。

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Q出力電圧(振幅)は50Ω負荷時で設定しますが、50Ωでない負荷に印加される電圧(振幅)は何Vですか?

A

負荷R(Ω)に印加される電圧V R(V)は、設定電圧値V S(V)の時、以下のように求められます。

負荷抵抗R=50Ω、電圧設定=10Vp-pの場合
VR(Vp-p)=2x10(Vp-p)x50(Ω)/(50+50(Ω))=10(Vp-p)

負荷抵抗R=1MΩ、電圧設定=10Vp-pの場合
VR(Vp-p)=2x10(Vp-p)x1M(Ω)/(50+1M(Ω))≒20(Vp-p)

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Q「露点」を測定するには?

A

燃料電池関連でよく使用される露点計には、鏡面冷却式静電容量式があります。

鏡面冷却式露点計は、加熱/冷却を行える鏡面の上にガスを導入し、鏡面に結露が生じて曇る瞬間の温度から絶対露点を計測することができます。非常に高精度で、JIS-B-7920(湿度計性能試験法)で規定された標準湿度計ですが、一度結露させるという計測手法と露点計自身が高額なことから、主に露点の校正や確認の際に使用されます。

静電容量式露点計は、細孔のあるコンデンサーのようなものをセンサーとし(センサー構造は各メー カーによって異なります)、水分による静電容量の変化で露点を測定します。この露点計は比較的安価なため広く使用されていますが、相対湿度を用いて露点を算出するタイプの場合、燃料電池アプリケーションでの運用の際には、結露を避けるためにガス温度を露点より高くしがちですが、ガス温度と露点が離れると誤差が大きくなるため注意が必要です。また、センサー部が結露すると測定できなくなったり、故障の原因となったりするため、燃料電池のように高湿度のガスに使用する場合は注意が必要です。

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Qシーケンス機能とはどのような機能ですか?

A

WW シリーズ/PMシリーズの 本体波形メモリに保存した複数の任意波形(波形セグメント)を、設定した出力順・繰返し回数に従って連結出力する機能です。連結時に途切れたりノイズが生 じることはありません。波形メモリ長に制限されない長時間の波形や、間欠的に変化する波形を出力することが可能になります。

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Q開回路電圧(OCV)とは何ですか?

A

開回路電圧(Open Circuit Voltage「OCV」や「自然電位」、「レストポテンシャル」とも呼ばれます)は、サンプルに電圧もしくは電流を印加していない状態の電圧です。OCV測定時に参照電極を用いた場合、参照電極を基準にした作用電極の電位差を示しています。開回路電圧を基準にしてサンプルに電圧を印加する際は、ポテンショスタットはセルに電圧を印加する前に開回路電圧(Eoc)を測定し、その測定値に基づいてサンプルに電圧を印加します。たとえば、初期電位を+100 mV vs. Eocと設定し、開回路電圧(Eoc)が+300 mVだった場合、初期電位として+400 mVが印加されます。

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Q同じセル、同じ運転条件で測定してもデータが再現できないのは?

A

計測器の故障でない場合、考えられる大きな原因は3つです。

回数を重ねる毎に出力が下がる傾向の場合、まずセルの劣化が考えられます。

実験毎に出力が上下する場合、加湿が不安定な場合があります。またデータに鋭いピークが生じる場合は結露によるフラッディングが考えられ、セルや配管の温度管理が十分にできていないか、配管の構造に問題がある可能性があります。構造的な問題の場合、当初から、装置として露点が精度良く制御できていなっかった可能性があるので、一度露点計で“セル入り口での露点”を確認することをお奨めします。

その他ラインに圧損があり、セル内に想定外の圧力が掛かっている場合もあります。

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