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SO4204-3C
UniTrain-I実験装置をご理解いただくために、実際の操作を行った手順から特徴と効果を検証します。
最初に精製水（純水）を準備します。今回は、コンタクトレンズ洗浄用で行いました。
CDパッケージからCD4204-3Cを導入します。基本モジュールVI Starter 、USBドライバー、燃料電池
のLabSoftパッケージが導入されます。下図、構成品をLabSoftの電子コンテンツを参照しながら、操作
します。
（構成品）
●UniTrain-I Interface
●実験用パネル
■PEMの二重燃料電池
■スケーリングされたガス貯蔵装置とPEM型電気分解機
■電源2V /2.5A
■ホース、ホースクランプ
■特性記録用可変負荷
●Labsoftブラウザやコースのソフトウェアを収録したCD-ROM
●精製水
●必要数の結線ケーブルも用意します。
UniTrain-I electrical power engineering courses
UniTrain-I electrical power engineering courses
LabSoft UniTrain-I courses
コースの内容：
■燃料電池の機能と動作原理
■燃料電池の特性を記録
■電気分解の電気化学プロセス（ファラデーの第一および第二法則）を学習
■ファラデーの法則と燃料電池のエネルギー効率を決定する
■燃料電池の直列および並列配置
■燃料電池の電力に関する考慮事項
■電解槽の機能と動作原理
■電解槽のVI特性を記録する
■ファラデーの法則と電気分解機のエネルギー効率を決定する
★コース実習所要時間：約4.5時間 想定（52項目）
【開発・製造元】
Lucas-NülleLehr- und Mesgerate GmbHSiemensstraße 2 ⋅ 50170
Kerpen (Sindorf), Germany Tel. +49(0)2273/567-0 ⋅ Fax. +49(0)2273/567-39
http://www.lucas-nuelle.com
実機と論理式を結び付け、学習効果を最大限に高めることができます。※ここまでのLNシステムの特徴は、１．コンテンツ自身が、実験装置を動作させるＩ／Ｆを兼ねていること。
２．電解槽・燃料電池の特性が、コンテンツで定義される計算式・定数に合致するように設計されていること。
よって、教員は、あらかじめ教材の特性値を記録し、生徒の理解度を助ける論理的解説が行えるようになっていること。３．小テストは、コンテンツに直接データを記入できるノートパッドになっていること。４．各個々の実験には小テストがついて、理解度を確認できるようになっていること。５．「指示計器」・「測定計器」は、各個々の実験ごと毎々出現し、間違いを減らせること。
６．理解度診断テストが適宜コンテンツに記載され、そのセクションの理解度を向上させるようになっていること。
UniTrain-I electrical power engineering courses
燃料電池とは
UniTrain-I electrical power engineering courses
燃料電池の原理
UniTrain-I electrical power engineering courses
はじめてみよう
UniTrain-I electrical power engineering courses
コンテンツの起動：
メニューからＬａｂＳｏｆｔを起動します。ログイン後、コースコンテンツを選択
します。（複数コンテンツ導入可）
ＴＯＰページの概説から記載されていますので、コンテンツ通りに操作を進めます。
“初めに・・“で実機に操作に入り、
次ページからのように
機器の組み立てが説明されます。
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機器の組み立て
• “始めに・・”の章で、機器の組み立てが記載されています。
• 上部シリンダーは、「やや傾け、ゴム部分を爪で押し込むように丁寧に接続します。この時、ロート部を破損しないように気を付けます。各チューブも気体漏れの無いようにしっかり接続してください。蒸留水は、上部シリンダーに８割～９割を満たすように注入します。
• コンテンツＬａｂｓｏｆｔを読みながら操作し、以下の仮想機器Electrolyzer(電解槽)をコンテンツ内の画面上から起動します。1.0Ａをセットし、POWERボタンを押します。（ERRORランプ点灯時は中止してください）
• 1.0Ａ／1min分で水素8.0ｍｌ、酸素4.0ｍｌが発生します。
• 実験は、気体を維持するために、60ｍｌの範囲で行ってください。
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測定をするには・・
• （電圧を測定しましょう）コンテンツの通りに結線を行います。ＡＮＡＬＯＧ ＩＮ Ａ＋－にかかるＶ（電圧）を計測しましょう。約1.4Ｖが計測されます。
• （電流を測定しましょう）コンテンツの通りに結線を行います。ＡＮＡＬＯＧ ＩＮ Ｂ＋－にかかるＡ（電流）を計測しましょう。約0.04Ａが計測されます。
ボード上の分流器抵抗はすべて0.1Ωです。0hmの内に分流された値：0.1（この値は、以降の実験でも利用します=表示j精度）
配管中の水素、酸素が他の期待を含まず、きれいに満たされれば、最大効率で燃料電池が稼働します。
※ここまでのLNシステムの特徴は・・・１．コンテンツ自身が、実験装置を動作させるＩ／Ｆを兼ねていること。
２．電解槽・燃料電池の特性が、コンテンツで定義される計算式・定数に合致するように設計されていること。よって、教員は、あらかじめ教材の特性値を記録し、生徒の理解度を助ける論理的解説が行えるようになっていること。
３．小テストは、コンテンツに直接データを記入できるノートパッドになっていること。
４．個々の実験には小テストがついて、理解度を確認できるようになっていること。
５．「指示計器」・「測定計器」は、各個々の実験ごと毎々出現し、間違いを減らせること。
６．理解度診断テストが適宜コンテンツに記載され、そのセクションの理解度を向上させるようになっていること。
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可変抵抗のよる電力のグラフ
• 現在のＡＮＡＬＯＧ ＩＮ Ａ，Ｂのデータから電力、ＸＹプロットを実施して経過を観察します。
レポート作成に役立つ、 EXCELなど他のソフトに転送機能を有します。（対象は、データ入力テンプレートも結果チャート）
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理解度診断
• 各実験の途中にその実験の理解度診断があり、小テスト形式で、理解度を確認することができます。
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予習
法則・定義・計算式など座学学習もコンテンツ内に
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実測と設問
• 60ｍｌの水素発生時の酸素発生量は、30ｍｌで２：１でＨ２Ｏの化学式と合致します。
• 水の分子は、２つの水素原子と１つの酸素原子で構成されていることがわかり、酸素原子の２倍水素原子が含まれます。
• 「電解槽の特性」では、電圧を徐々に上げながら、電流の増加を観察します。
• コンテンツｱﾆﾒｰｼｮﾝで概念を確認します。
• 回答は、
「1.5Ｖ」で
電流が着実にはっきりと急激に上昇します」
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ファラデーの第一法則：Ｈ２の生成
1Aで生成される時間当たりの水素生成量
電解電流（A)に対する３分あたりの水素生成量
/
よって、水素生成量は、電流に比例します。
また、時間に比例します。
結果を要約するとファラデーの第一法則「電解分離物質の量は時間、電流、電荷に比例する」の通りになる。
/
• 理解度診断ニールス·ボーアが1913年に開発した原子モデルによれば、核内に存在する粒子は?
陽子、中性子
酸素原子は外殻に6個の電子を持っています。どのように貴（希）ガス状態に到達しますか?他の原子と2つの電子を共有することによって（共有結合）。もう2つの電子を取ることによって。
イオンの特徴は?異なる数の電子と陽子を持っています。
産業用用途で水素はどう生成されますか?炭化水素（例えばメタノール）を含むガスの改質による。水の電気分解を介して。
電解槽は、水を個々の因子に分解するために電気エネルギーを使用します。
ｔ（ｓ） 60 90 120 150 180 210 240
V(ml) 2 6 8 10 14 18 20
I(A) 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
V(ml) 4 18 26 36 48
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設問実施
• 漏れ率（水素・酸素がエネルギーとして消費されない率）
「水素タンク中のレベルが50mlになるまでシステムで水素を生成します。5分間完全にシステムを休止します。漏れ量は、5mlでした。したがって、漏れ率は、1ml/minです。」
• これらの実データをもとに、燃料電池の特性を算出します。
• 図のように結線し、燃料電池の出力のみとし、600mA/minで消費した状態のデータを計測します。
• この特性をもとに、効率を算出し、燃料電池のシステム全体の効率を求めます。
ｔ 60 120 180 240
V(ml) 5 10 15 20
Leakage losses(漏れ率）
1 2 3 4
Consumption（消費）
4 8 12 16
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まとめ
・実習実験装置
• ・実験計測値
・実機と連動した教科書
・小テスト/理解度判定
総合的な理解、気づき、発想を促す。
ｔ（ｓ） 60 90 120 150 180 210 240
V(ml) 2 6 8 10 14 18 20
