(57)【要約】【課題】燃料電池スタックのリーク検査の作業効率を向上させる。【解決手段】供給手段２４によって燃料電池スタック１１に検査ガスを供給する際に、温調手段２６によって燃料電池スタック１１の温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように検査ガスを調温する。したがって、燃料電池スタックと検査ガスとの温度差は、検査ガスの供給当初から少ないか若しくは解消され、燃料電池スタック１１内部の検査ガスの圧力が安定するまでに要する時間が短縮されることとなる。そして、温調手段２６により温度調節された検査ガスの温度計測手段である温調用温度計４０と、燃料電池スタック内部に供給された検査ガスの圧力計測手段である圧力計４６とによって、検査ガスの温度及び圧力が計測され、制御手段２８によって、これらの値の安定度合いから検査開始のタイミングが把握される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように、検査ガスを調温して、前記燃料電池スタックへと検査ガスを供給することを特徴とする燃料電池スタックのリーク検査方法。
【請求項２】
燃料電池スタックに検査ガスを供給する供給手段と、検査ガスを燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように調温する調温手段とを含むことを特徴とする燃料電池スタックのリーク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックのリーク検査方法及びリーク検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、図４に示されるように、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、セル（単セル）１０が構成され、なおかつ、セル１０が複数枚積層された燃料電池スタック１１を構成することで、必要な電圧が確保されるものである。セル１０の構造例としては、図５に示されるように、膜電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、ガス流路１６（アノード側/カソード側のガス流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８が夫々配置された構造となっている。なお、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった形態を、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）と称することもある。これらのセル構成部材によって構成されたセル１０は、必要枚数重ねられ、図４に示される端部プレート１３に挟持された状態で、各セル１０及び端部プレート１３を貫通するボルト１５により、一体に固定される。
【０００３】
このように、燃料電池スタック１１が複数のセル構成部材が積層された構造を有することから、各セル構成部材の部品精度や組付精度のばらつき、或いは、部品間への異物の噛み込み等に起因して、発電に寄与する燃料ガスや空気の流路からのリークを生ずることがある。そこで、従来から、所定の圧力で燃料電池スタック１１にガス供給を行い、ガス出口で計測されるガス圧との差圧からリークの有無を把握する、燃料電池スタックのリーク検査が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−００５７７９号公報
【特許文献１】特開２００８−１１１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃料電池スタックのリーク検査技術では、燃料電池スタック１１に対するガス供給を開始してから、実際にリーク検査を開始するまでに要する時間が長くかかるという課題を十分に解消するには至っていない。
すなわち、検査ガスは、高圧状態から検査圧力に減圧後、燃料電池スタックに供給されるが、その際の、燃料電池スタック内でのガスの体積膨張により検査ガスの温度に変化が生じ、燃料電池内部の検査ガスの圧力を安定させるまでに時間を要することに起因するものである。しかも、燃料電池スタック１１は多数のセル１０が積層されてなるものであり、内部容積も大きいことから、検査ガスの圧力の安定には長時間を要するものである。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池スタックに対するガス供給を開始してから、実際にリーク検査を開始するまでに要する時間を短縮し、燃料電池スタックのリーク検査の作業効率を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように、検査ガスを調温して、前記燃料電池スタックへと検査ガスを供給する燃料電池スタックのリーク検査方法（請求項１）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査方法は、燃料電池スタックのリーク検査を行う際に、燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように調温した検査ガスを、燃料電池スタックへと供給することで、燃料電池スタックと検査ガスとの温度差を解消し、燃料電池スタック内部の検査ガスの圧力が安定するまでに要する時間を短縮するものである。
【０００８】
（２）上記（１）項において、ガス供給源から供給された検査ガスを、必要な検査圧力へと減圧し、燃料電池スタック温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように温調し、前記燃料電池スタックへと検査ガスを供給する燃料電池スタックのリーク検査方法。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査方法は、ガス供給源から供給された検査ガスを、必要な検査圧力へと減圧する際に生ずる検査ガスの温度低下分を予め織り込んで温調することで、燃料電池スタックに供給する検査ガスの温度を、燃料電池スタック温度ないし検査環境雰囲気温度と等温へとより正確に調整するものである。
【０００９】
（３）燃料電池スタックに検査ガスを供給する供給手段と、検査ガスを燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように調温する調温手段とを含む燃料電池スタックのリーク検査装置。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査装置は、燃料電池スタックのリーク検査を行うべく、供給手段によって燃料電池スタックに検査ガスを供給する際に、温調手段によって燃料電池スタックの温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように検査ガスが調温され、燃料電池スタックへと供給されることで、燃料電池スタックと検査ガスとの温度差が解消される。よって、燃料電池スタック内部の検査ガスの圧力が安定するまでに要する時間が短縮されるものである。
【００１０】
（４）上記（３）項において、前記供給手段には、ガス供給源と、該ガス供給源から供給された検査ガスを必要な検査圧力へと減圧する減圧手段と、燃料電池スタックないし検査環境雰囲気の温度計測手段と、前記温調手段により温度調節された検査ガスの温度計測手段と、燃料電池スタック内部に供給された検査ガスの圧力計測手段とを備える燃料電池スタックのリーク検査装置。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査装置は、ガス供給源から供給される高圧の検査ガスが、減圧手段によって必要な検査圧力へと減圧され、燃料電池スタックないし検査環境雰囲気の温度計測手段により計測された温度と等温になるように、温調手段によって検査ガスが調温される。そして、温調手段により温度調節された検査ガスの温度計測手段と、燃料電池スタック内部に供給された検査ガスの圧力計測手段とによって、検査ガスの温度及び圧力が計測され、これらの値の安定度合いから検査開始のタイミングが把握されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明はこのように構成したので、燃料電池スタックに対するガス供給を開始してから、実際にリーク検査を開始するまでに要する時間を短縮し、燃料電池スタックのリーク検査の作業効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る、燃料電池スタックのリーク検査装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックのリーク検査装置による、燃料電池スタックに供給された検査ガスの、内部圧力の安定までに要する時間の短縮効果を、従来技術との比較において示した説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックのリーク検査装置による、燃料電池スタックに供給された検査ガスの、温度の安定までに要する時間の短縮効果を、従来技術との比較において示した説明図であり、（ａ）は従来技術に係るものであり、（ｂ）は本発明の実施の形態に係るものである。
【図４】燃料電池スタックの立体模式図である。
【図５】図４に示される燃料電池スタックを構成するセルの、構成部材を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１には、燃料電池スタックのリーク検査装置２０が示されており、燃料電池スタック１１に検査ガスを供給する供給手段２４と、検査ガスの調温手段２６と、制御手段２８とが含まれる。
供給手段２４は、窒素ガス等の不活性ガスを燃料電池スタック１１に供給するためのガス供給源である検査ガス供給用ボンベ３０、該検査ガス供給用ボンベ３０と燃料電池スタック１１とを接続する検査ガス供給配管３２を備えている。
【００１４】
又、検査ガス供給配管３２には、検査ガスを必要な検査圧力へと減圧するための検査圧力設定用レギュレータ３４、温調手段を構成するヒータ３６及び温調コントローラ（パソコン又は専用の演算回路）３８、温調用温度計４０、燃料電池セルの上流に位置するストップバルブ４２、燃料電池セルの下流に位置するストップバルブ４４及び圧力計４６を備えている。更に、検査環境雰囲気を測定する温度計４８を備えている。又、必要に応じて、燃料電池スタック１１の温度を測定する温度計５０を設け、検査圧力設定用レギュレータ３４により減圧された検査ガスの温度計５２を、検査ガス供給配管３２に配置することとしても良い。
【００１５】
制御手段２８は、パーソナルコンピュータ等の演算手段によって構成することが可能であり、圧力計４６により測定される、燃料電池スタック１１に供給された検査ガスの圧力変動を把握し、圧力変化が一定となった時点で、リーク測定を開始する制御ロジックを備えている。又、温調コントローラ３８の機能を、制御手段２８に具備させることも可能である。
さて、図１に示されるリーク検査装置２０を用いた、燃料電池スタック１１のリーク検査手順は、次の通りとなる。
【００１６】
まず、燃料電池スタック１１を適切に固定し、燃料電池スタック１１のガス流入ポート及びガス流出ポートに、検査ガス供給配管３２を連結する。かかる連結作業はカプラー等を用いることにより、容易に行うことが可能である。続いて、検査ガス供給用ボンベ３０から検査ガス供給配管３２に検査ガスを供給し、ガス圧をレギュレータ３４により所定の検査圧力へと減圧する。そして、ストップバルブ４２を開、ストップバルブ４４を閉とすることで、ガス供給と共に燃料電池スタック１１内部のガス圧を上昇させる。この際、検査ガスは、ヒータ３６によって、検査環境雰囲気温度計４８により測定された雰囲気温度と等温になるよう調温される。
【００１７】
通常は、雰囲気温度と燃料電池スタック１１の温度とは等しいことから、雰囲気温度を基準として検査ガスの温度を調整するが、雰囲気温度が変動するような場合には、燃料電池スタック１１の温度を測定する温度計５０により直接測定される、燃料電池スタック１１の温度と等温になるよう調温することが望ましい。そして、ガス圧がレギュレータ３４の圧力と同じになったときに、ストップバルブ４２を閉じ、燃料電池スタック１１の内部圧力を封止する。ストップバルブ４２、４４の開閉制御は、制御手段２８によって行うことが可能である。そして、制御手段２８において、封止後の圧力計４６の圧力変化に基づき、燃料電池スタック１１のリーク検査を実施する。
【００１８】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、供給手段２４によって燃料電池スタック１１に検査ガスを供給する際に、温調手段２６（ヒータ３６、温調コントローラ３８）によって燃料電池スタック１１の温度ないし検査環境雰囲気温度と等温になるように検査ガスを調温し、燃料電池スタック１１へと供給する。具体的には、ガス供給源である検査ガス供給用ボンベ３０から供給される高圧の検査ガスが、減圧手段である検査圧力設定用レギュレータ３４によって必要な検査圧力へと減圧され、燃料電池スタックないし検査環境雰囲気の温度計測手段である温度計４８、５０により計測された温度と等温になるように、温調手段であるヒータ３６、温調コントローラ３８によって検査ガスが調温される。
したがって、燃料電池スタックと検査ガスとの温度差は、検査ガスの供給当初から少ないか若しくは解消され、燃料電池スタック１１内部の検査ガスの圧力が安定するまでに要する時間が短縮されることとなる。
【００１９】
そして、温調手段２６により温度調節された検査ガスの温度計測手段である温調用温度計４０と、燃料電池スタック内部に供給された検査ガスの圧力計測手段である圧力計４６とによって、検査ガスの温度及び圧力が計測され、制御手段２８によって、これらの値の安定度合いから検査開始のタイミングが把握されるものである。
なお、燃料電池スタック１１に検査ガスを供給する際、規定の圧力に至るまでの燃料電池スタック１１内部でのガスの圧力変化が過渡的には生ずるが、温調手段による温調時の圧力と、最終的な封止時の圧力とは同じであることから、かかる圧力変化の影響は限定的である。
【００２０】
図２には、燃料電池セル１１に供給された検査ガスの、単位時間当たりの圧力変化Ｐが縦軸に、燃料電池スタック１１の内部圧力を封止した時点ｔ０からの経過時間ｔが横軸に示されており、ＰＡは従来技術、ＩＶは本発明の実施の形態に係るものである。
又、図３には、燃料電池セル１１に供給された検査ガスの、単位時間当たりの温度変化Ｔが縦軸に、燃料電池スタック１１の内部圧力を封止した時点ｔ０からの経過時間ｔが横軸に示されており、上図が従来技術に関し、下図が本発明の実施の形態に関するものである。又、図３において、Ｔ１１は燃料電池スタック１１の温度を、ＴＧは検査ガス温度を示している。
【００２１】
これらの比較からも理解されるように、本発明の実施の形態において、燃料電池スタック１１を封止した時点ｔ０から検査ガスの圧力Ｐ及び温度Ｔｅの安定までに要する時間ｔＩＶは、従来のそれｔＰＡとの比較で明らかに短縮される。よって、本発明の実施の形態によれば、燃料電池スタックに対するガス供給を開始してから、実際にリーク検査を開始するまでに要する時間を短縮し、燃料電池スタックのリーク検査の作業効率を向上させる効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０：セル、１１：燃料電池スタック、２０：リーク検査装置、２４：供給手段、２８：制御手段、３０：検査ガス供給用ボンベ、３２：検査ガス供給配管、３４：検査圧力設定用レギュレータ、３６：ヒータ、３８：、４０：温調用温度計、  ４２、４４：ストップバルブ、４６：圧力計、  ４８、５０、５２：温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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