(57)【要約】【課題】アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる検査装置を提供する。【解決手段】燃料電池の検査装置は、ヒータ等の処理部が設置されたアノード側ガス流路及びカソード側ガス流路と、燃料電池の発電状況を検査する検査部と、不活性ガス導入路と、制御部と、を備え、不活性ガス導入路は、アノード側ガス流路において処理部よりも燃料ガス供給部側に接続されている第１導入路と、アノード側ガス流路において処理部よりも燃料電池側に接続されている第２導入路と、カソード側ガス流路において処理部よりも酸化剤ガス供給部側に接続されている第３導入路と、を有し、制御部は、検査部による検査を経た後、まず、第１導入路及び第３導入路を経由して燃料電池に不活性ガスを供給し、所定の時間後、第２導入路及び第３導入路を経由して燃料電池に不活性ガスを供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性を有する電解質膜の膜面にアノード側電極触媒層とカソード側電極触媒層を接合した膜電極接合体を含む燃料電池の検査装置であって、
ヒータと加湿器の少なくとも一方を含む処理部が設置され、前記アノード側電極触媒層に燃料ガスの導入を図るアノード側ガス流路と、
前記処理部が設置され、前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスの導入を図るカソード側ガス流路と、
燃料ガス供給部より前記アノード側ガス流路を経由して前記アノード側電極触媒層に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部より前記カソード側ガス流路を経由して前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスを供給して、前記燃料電池の発電状況を検査する検査部と、
前記燃料電池に対し、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給する不活性ガス導入路と、
前記不活性ガス導入路における不活性ガスの流れを制御する制御部と、を備え、
前記不活性ガス導入路は、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料ガス供給部側に接続されている第１導入路と、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料電池側に接続されている第２導入路と、前記カソード側ガス流路において前記処理部よりも前記酸化剤ガス供給部側に接続されている第３導入路と、を有し、
前記制御部は、前記検査部による前記検査を経た後、まず、前記第１導入路及び前記第３導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、前記第２導入路及び前記第３導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給するようにする、燃料電池の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜の膜面にアノード、カソードの両電極触媒層を接合した膜電極接合体を含む燃料電池が知られている。特許文献１には、燃料電池の出荷前に、燃料電池に燃料ガス・酸化剤ガスを供給して発電状況の検査を行った後、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に不活性ガスを供給し、両ガス流路及び燃料電池をパージする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３４８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に不活性ガスを供給し、両ガス流路及び燃料電池のパージを行った後にも、燃料電池に燃料ガスが滞留している場合があった。
【０００５】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、燃料電池の発電状況の検査を経た後、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、プロトン伝導性を有する電解質膜の膜面にアノード側電極触媒層とカソード側電極触媒層を接合した膜電極接合体を含む燃料電池の検査装置であって、ヒータと加湿器の少なくとも一方を含む処理部が設置され、前記アノード側電極触媒層にガス導入を図るアノード側ガス流路と、前記処理部が設置され、前記カソード側電極触媒層にガス導入を図るカソード側ガス流路と、燃料ガス供給部より前記アノード側ガス流路を経由して前記アノード側電極触媒層に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部より前記カソード側ガス流路を経由して前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスを供給して、前記燃料電池の発電状況を検査する検査部と、前記燃料電池に対し、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給する不活性ガス導入路と、前記不活性ガス導入路における不活性ガスの流れを制御する制御部と、を備え、前記不活性ガス導入路は、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料ガス供給部側に接続されている第１導入路と、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料電池側に接続されている第２導入路と、前記カソード側ガス流路において前記処理部よりも前記酸化剤ガス供給部側に接続されている第３導入路と、を有し、前記制御部は、前記検査部による前記検査を経た後、まず、前記第１導入路及び前記第３導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、前記第２導入路及び前記第３導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給するようにするものである。
【０００７】
燃料電池の発電状況の検査を経た後、アノード側ガス流路及びカソード側ガス流路に不活性ガスを供給する。そして所定の時間経過後、さらにアノード側ガス流路を経由せずに燃料電池に不活性ガスを供給する燃料電池パージ工程を行う。このようにすることで、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池の検査装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係る燃料電池の検査装置の制御部による不活性ガス導入路における不活性ガスの流れの制御について説明する模式図である（設備パージ工程）。
【図３】本実施の形態に係る燃料電池の検査装置の制御部による不活性ガス導入路における不活性ガスの流れの制御について説明する模式図である（燃料電池パージ工程）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１１】
まず、図１を参照して本実施の形態にかかる燃料電池の検査装置１００の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る燃料電池の検査装置１００の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、検査装置１００は、燃料ガス供給部１１１と、酸化剤ガス供給部１１２と、不活性ガス供給部１１３と、検査部１２０と、不活性ガス導入路１３０と、アノード側ガス流路１３４と、カソード側ガス流路１３５と、制御部２００と、を備えている。
【００１２】
検査装置１００の検査対象である燃料電池１５０は、プロトン伝導性を有する電解質膜１５４の膜面にアノード側電極触媒層１５２とカソード側電極触媒層１５３を接合した膜電極接合体１５１を含む。電解質膜１５４は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。アノード側電極触媒層１５２およびカソード側電極触媒層１５３は、例えば白金、白金合金などの触媒を備えており、これらの触媒を、カーボン粒子などの導電性を有する担体上に担持させることによって形成されている。アノード側電極触媒層１５２に燃料ガスとしての水素を、カソード側電極触媒層１５３に酸化剤ガスとしての酸素含有のエアーの供給を受けて発電する。
【００１３】
検査部１２０は、燃料電池１５０の発電状況を検査するためのものである。発電状況の検査の際、燃料ガス供給部１１１よりアノード側ガス流路１３４を経由してアノード側電極触媒層１５２に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部１１２よりカソード側ガス流路１３５を経由してカソード側電極触媒層１５３に酸化剤ガスを供給する。検査部１２０では、アノード側電極触媒層１５２に燃料ガスが供給され、カソード側電極触媒層１５３に酸化剤ガスが供給されているときの発電状況を検査する。
【００１４】
燃料ガス供給部１１１は、燃料ガスとしての水素を供給する。酸化剤ガス供給部１１２は、酸化剤ガスとしてのエアーを供給する。アノード側ガス流路１３４は、アノード側電極触媒層１５２に燃料ガスの導入を図る。カソード側ガス流路１３５は、カソード側電極触媒層１５３に酸化剤ガスの導入を図る。
【００１５】
アノード側ガス流路１３４における、燃料ガス供給部１１１の付近には、ガス流量コントローラ１４８が配置されている。カソード側ガス流路１３５における、酸化剤ガス供給部１１２の付近には、ガス流量コントローラ１４８が配置されている。また、アノード側ガス流路１３４とカソード側ガス流路１３５にはそれぞれ、ヒータ１４７ａと加湿器１４７ｂの少なくとも一方を含む処理部１４７が設置されている。
【００１６】
ヒータ１４７ａは、通過するガスを加熱して乾燥させて乾燥後のガスを下流に通過させ、その際のガス温度については、電解質膜１５４の乾燥を不用意に招かない温度（約２０〜３０℃程度の常温）とする。加湿器１４７ｂは、通過するガスを加湿するよう構成される。加湿器１４７ｂの加湿程度は、後述する制御部２００からの制御信号により調整可能である。
【００１７】
不活性ガス導入路１３０は、検査部１２０による発電状況の検査を経た後の燃料電池１５０に対し、不活性ガス供給部１１３から不活性ガスを供給する。不活性ガス供給部１１３は、不活性ガスとしての窒素を供給する。
【００１８】
不活性ガス導入路１３０は、さらに、第１導入路１３１と、第２導入路１３２と、第３導入路１３３と、を有している。第１導入路１３１は、アノード側ガス流路１３４において処理部１４７よりも燃料ガス供給部１１１側に接続されている。第２導入路１３２は、アノード側ガス流路１３４において処理部１４７よりも燃料電池１５０側に接続されている。第３導入路１３３は、カソード側ガス流路１３５において処理部１４７よりも酸化剤ガス供給部１１２側に接続されている。さらに、検査装置１００は、燃料電池１５０のアノード側において不活性ガスと共に燃料ガスを排出させるアノード排ガス配管１３６を備え、燃料電池１５０のカソード側において不活性ガスと共に酸化剤ガスを排出させるカソード排ガス配管１３７を備えている。また、アノード排ガス配管１３６及びカソード排ガス配管１３７にはそれぞれ、出口付近に背圧弁１４５が設置されている。
【００１９】
制御部２００は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭを備えるマイクロコンピュータとして構成される。制御部２００は、圧力センサ１４６などからのセンサ信号を考慮し、アノード側ガス流路１３４、カソード側ガス流路１３５及び不活性ガス導入路１３０に設置された各バルブ１４９や処理部１４７などの制御機器を駆動制御する。制御部２００は、燃料電池１５０の発電状況の検査において、燃料ガスがアノード側ガス流路１３４を経由してアノード側電極触媒層１５２に供給され、かつ、酸化剤ガスがカソード側ガス流路１３５を経由してカソード側電極触媒層１５３に供給されるようにする。
【００２０】
また、検査部による検査を経た後、制御部２００は、不活性ガス導入路１３０における不活性ガスの流れを制御する。図２及び図３は、制御部２００による不活性ガス導入路１３０における不活性ガスの流れの制御について説明する模式図である。図２に示すように、制御部２００は、検査部による検査を経た後、まず、第１導入路１３１及び第３導入路１３３を経由して燃料電池１５０に不活性ガスを供給する（設備パージ工程）。図中において、設備パージ工程での、アノード側電極触媒層１５２の側における不活性ガスの流れを矢印Ｐ１で示し、カソード側電極触媒層１５３の側における不活性ガスの流れを矢印Ｐ２で示す。これにより、アノード側ガス流路１３４及びカソード側ガス流路１３５における処理部１４７等に滞留していた燃料ガス、酸化剤ガスを排気することができる。
【００２１】
設備パージ工程において燃料電池１５０に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、図３に示すように、第２導入路１３２及び第３導入路１３３を経由して燃料電池１５０に不活性ガスを供給するようにする（燃料電池パージ工程）。図中において、燃料電池パージ工程での、アノード側電極触媒層１５２の側における不活性ガスの流れを矢印Ｐ３で示し、カソード側電極触媒層１５３の側における不活性ガスの流れを矢印Ｐ４で示す。設備パージ工程においてアノード側ガス流路１３４及びカソード側ガス流路１３５に滞留していた燃料ガスを排気すると、結果として、排気した燃料ガス及び酸化剤ガスが燃料電池１５０に供給されてしまう。酸化剤ガスは不活性ガスとしての窒素に置換されやすいが、燃料ガスは不活性ガスとしての窒素に置換されにくい。このため、設備パージ工程後、燃料電池１５０に燃料電池が滞留して、燃料電池１５０の電圧低下に時間がかかってしまう。そこで、燃料電池パージ工程において、アノード側ガス流路１３４を経由しない第２導入路１３２により燃料電池１５０に不活性ガスを供給する。これにより、燃料電池１５０に残留した燃料ガスを排気することができる。
【００２２】
以上により、本実施の形態にかかる検査装置１００は、検査部による検査を経た後、アノード側ガス流路１３４及びカソード側ガス流路１３５に不活性ガスを供給する設備パージ工程を行う。さらに、検査装置１００は、設備パージ工程の後、アノード側ガス流路１３４を経由せずに燃料電池１５０に不活性ガスを供給する燃料電池パージ工程を行う。このようにすることで、アノード側ガス流路１３４及び燃料電池１５０に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  検査装置
１１１  燃料ガス供給部
１１２  酸化剤ガス供給部
１１３  不活性ガス供給部
１２０  検査部
１３０  不活性ガス導入路
１３１  第１導入路
１３２  第２導入路
１３３  第３導入路
１３４  アノード側ガス流路
１３５  カソード側ガス流路
１３６  アノード排ガス配管
１３７  カソード排ガス配管
１４５  背圧弁
１４６  圧力センサ
１４７  処理部
１４７ａ  ヒータ
１４７ｂ  加湿器
１４８  ガス流量コントローラ
１４９  バルブ
１５０  燃料電池
１５１  膜電極接合体
１５２  アノード側電極触媒層
１５３  カソード側電極触媒層
１５４  電解質膜
２００  制御部
【図１】
2020087505.tif 000003
【図２】
2020087505.tif 000004
【図３】
2020087505.tif 000005