(57)【要約】    【課題】  セル積層体からの微量な水漏れを外部から簡単に検知可能なセル積層体カバー及びこれに包囲されたセル積層体を備えた燃料電池スタック、この燃料電池スタックを収容する燃料電池スタックケース、セル積層体からの漏水を検知する漏水検知装置を提供する。    【解決手段】  光透過性を有し、セル積層体９に密着した状態でセル積層体９を包囲するセル積層体カバー３０である。セル積層体９の外表面に沿って設けられると共に、互いに離間して配設された端子対５２と、端子対５２とセル積層体９の外表面との間に充填された吸水材料と、端子対５２間の抵抗値に応じてセル積層体９からの漏水を検知する漏水検知手段と、を備えてなる漏水検知装置５０である。【選択図】    図３
2006179415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルが積層されてなるセル積層体を包囲するセル積層体カバーであって、
光透過性を有し、前記セル積層体に密着した状態で当該セル積層体を包囲するセル積層体カバー。
【請求項２】
前記セル積層体の積層方向端面の少なくとも一部を開口してなる請求項１記載のセル積層体カバー。
【請求項３】
弾性を備えてなる請求項１または請求項２記載のセル積層体カバー。
【請求項４】
絶縁性を備えてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のセル積層体カバー。
【請求項５】
前記セル積層体内を循環する冷却水が有色である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のセル積層体カバー。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を備えてなる燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を備えてなる燃料電池スタックを収容し、少なくとも一部が光透過性を備えてなる燃料電池スタックケース。
【請求項８】
複数の燃料電池セルが積層されてなるセル積層体からの漏水を検知する漏水検知装置であって、
前記セル積層体の外表面に沿って設けられると共に、互いに離間して配設された端子対と、
前記端子対と前記セル積層体の外表面との間に充填された吸水材料と、
前記端子対間の抵抗値に応じて前記セル積層体からの漏水を検知する漏水検知手段と、
を備えてなる漏水検知装置。
【請求項９】
前記端子対と前記セル積層体との間に、絶縁性部材を配設してなる請求項７記載の漏水検知装置。
【請求項１０】
前記端子対を、前記セル積層体の積層方向に互いに独立させて複数配設し、前記漏水検知手段を、各々の端子対に接続した請求項８または請求項９記載の漏水検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル積層体からの漏水を検知可能なセル積層体カバー、このセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を備えた燃料電池スタック、及びこの燃料電池スタックを収容する燃料電池スタックケース、並びにセル積層体からの漏水を検知する漏水検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境対応自動車として、燃料ガスである水素と、酸化ガスである酸素を化学反応させて電気を発生させ、この発生した電気を動力源として走行する燃料電池自動車の開発が進められている。この燃料電池自動車に搭載される燃料電池は、例えば、複数（通常、数百枚）の燃料電池セルを積層したセル積層体を有し、このセル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを各々配置して燃料電池スタックを構成し、この燃料電池スタックをセル積層方向に締め付けて、当該燃料電池スタックの外側でセル積層方向に延びる締結部材と、ボルトまたはナットによって固定したものから構成されている。
【０００３】
このような燃料電池では、発電時に、燃料電池スタック内の燃料と酸素との反応熱を外部へ強制的に放出しなければ、燃料電池スタックの温度が上昇し、電解質等の燃料電池構成部材の耐熱温度を超えてしまうことがある。そこで、冷却剤を燃料電池スタック内に循環させることで、燃料電池スタックの温度を制御している。例えば、固体高分子電解質型燃料電池では、スタック温度が約８５℃以下になるよう制御されるのが一般的であり、冷却剤には水（冷却水）を用いることが多い。
【０００４】
しかしながら、前記冷却剤として水を用いた場合、例えば、各セパレータにクラックが生じたり、各セパレータ間のシール不良等が生じたりすると、セル積層体から冷却水が漏れ出すことがある。この冷却水の漏れ出しは、冷却性能の低下を招き、燃料電池スタックの故障や漏電等の原因となる恐れもある。したがって、従来から冷却水漏れを速やかに検知することは必要不可欠である。
【０００５】
このため、近年では、燃料電池スタックを囲むケーシングの底面に水分検出器（水漏検知装置）を設置しているが、燃料電池スタックからの水漏れ量が少ないと、前記ケーシングの底面に水が溜まらないので、微量な水漏れを検出することが困難であった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するため、燃料電池スタックを囲むケーシングに設けた漏水捕集手段と、該漏水捕集手段により捕集された水を検出する水分検出器とを備え、ケーシング内のスタックからの微量な冷却水漏れを検出することが可能な水漏れ検出装置が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６４０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された水漏れ検出装置は、ケーシング内が高温であるため、漏れ出た冷却水が少ない場合には、この微量の冷却水がケーシング内で気化してしまう。したがって、未だ微量な水漏れを検出することが困難である。
【０００８】
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この水漏れを外部から簡単に検知することが可能なセル積層体カバー及びこのセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を備えた燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この水漏れを正確に検知することが可能な水漏検知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】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明は、複数の燃料電池セルが積層されてなるセル積層体を包囲するセル積層体カバーであって、光透過性を有し、前記セル積層体に密着した状態で当該セル積層体を包囲するセル積層体カバーを提供するものである。
【００１１】
この構成を備えたセル積層体カバーは、セル積層体に密着しているため、セル積層体から漏れ出した冷却水が気化することがない。したがって、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この微量な水がセル積層体に付着するため、水漏れを外部から簡単に検知することができる。
【００１２】
なお、本発明でいう「包囲」とは、平面あるいは立体的なものを囲むことであり、全体をくまなく包み込まなくてもよいものと定義する。
【００１３】
また、本発明にかかるセル積層体カバーは、前記セル積層体の積層方向端面の少なくとも一部が開口された構成を備えていてもよい。このように、セル積層体の積層方向端面の少なくとも一部を開口することで、セル積層体から漏れ出た冷却水をこの開口から外部へ効率よく排出することができる。
【００１４】
そしてまた、本発明にかかるセル積層体カバーは、弾性を備えていることが好ましい。セル積層体カバーが弾性を備えることで、前記利点に加え、セル積層体から漏れ出た冷却水をさらに効率よく外部に排出することができる。
【００１５】
さらにまた、本発明にかかるセル積層体カバーは、絶縁性を備えることができる。
【００１６】
また、前記セル積層体内を循環する冷却水は有色にすることができる。このようにすることで、セル積層体からの冷却水の漏れ出しを、さらに視覚的に検知し易くすることができる。
【００１７】
そしてまた、本発明は、前述したセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を提供するものである。
【００１８】
さらにまた、本発明は、前述したセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を備えてなる燃料電池スタックを収容する燃料電池スタックケースであって、少なくとも一部が光透過性を備えてなる燃料電池スタックケースを提供するものである。この燃料電池スタックケースに収容されたセル積層体内を循環する冷却水が有色である場合、セル積層体からの冷却水の漏れ出しを、前記光透過性を備えた領域から視覚的に、より一層検知し易くすることができる。
【００１９】
また、本発明は、複数の燃料電池セルが積層されてなるセル積層体からの漏水を検知する漏水検知装置であって、前記セル積層体の外表面に沿って設けられると共に、互いに離間して配設された端子対と、前記端子対と前記セル積層体の外表面との間に充填された吸水材料と、前記端子対間の抵抗値に応じて前記セル積層体からの漏水を検知する漏水検知手段と、を備えてなる漏水検知装置を提供するものである。
【００２０】
この構成を備えた漏水検知装置は、端子対とセル積層体の外表面との間に吸水材料が充填されているため、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この漏れ出た冷却水は、吸水材料に保持されることになる。したがって、セル積層体からの水漏れを正確に検知することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる漏水検知装置は、前記端子対と前記セル積層体との間に、絶縁性部材を配設した構成を備えることができる。
【００２２】
そしてまた、本発明にかかる漏水検知装置は、前記端子対を、前記セル積層体の積層方向に互いに独立させて複数配設し、前記漏水検知手段を、各々の端子対に接続した構成を備えることもできる。このようにすることで、前記セル積層体の冷却水が漏れ出した付近に配設された端子対間の抵抗値が変化して、この端子対に接続された漏水検知手段が漏水を検知することになるため、冷却水が漏れ出した位置を、より特定し易くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかるセル積層体カバーは、光透過性を有し、前記セル積層体に密着した状態でセル積層体を包囲してなるため、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この水漏れを外部から簡単に検知することができる。
【００２４】
また、本発明にかかる燃料電池スタックケースは、本発明にかかるセル積層体カバーに包囲されたセル積層体を収容すると共に、少なくとも一部が光透過性を備えているため、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、前記光透過性を備えた領域を介して、この水漏れを外部から簡単に検知することができる。
【００２５】
また、本発明にかかる水漏検知装置は、前記端子対と前記セル積層体の外表面との間に充填された吸水材料によって、前記セル積層体から漏れ出した冷却水が保持される。したがって、セル積層体からの水漏れ量が微量であっても、この水漏れを正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施例１について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１にかかる燃料電池スタックのセル積層方向を上下方向とした姿勢での全体概略図、図２は、図１に示す燃料電池の電解質膜−電極アッセンブリの一部拡大断面図、図３は、図１に示す燃料電池スタックのセル積層体をセル積層体カバーによって包囲した状態を模式的に示す斜視図、図４は、実施例１にかかるセル積層体カバーによって包囲されたセル積層体を有する燃料電池スタックを、燃料電池スタックケースに収容した状態を示す模式的に示す斜視図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、実施例１にかかる燃料電池１は、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２及び拡散層１３からなる燃料極１４（アノード）及び電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５及び拡散層１６からなる酸化剤極１７（カソード）とからなる膜−電極アッセンブリ（以下、「ＭＥＡ」という）１０と、ＭＥＡ１０を挟んで燃料極１４側に配設されたセパレータ１８と、ＭＥＡ１０を挟んで酸化剤極１７側に配設されたセパレータ１９と、を重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してセル積層体９を構成し、セル積層体９のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置して燃料電池スタック２３を構成し、燃料電池スタック２３をセル積層方向に締め付け、燃料電池スタック２３の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、スルーボルトなど）とボルト２５またはナットで固定したものからなる。
【００２９】
この構成を備えた燃料電池１は、燃料ガス入口（図示せず）を介して水素ガスが、各々の燃料ガス流路（図示せず）に供給され、酸化ガス入口（図示せず）を介して空気が各々の酸化ガス流路（図示せず）に供給されると、燃料電池１を構成する各単セルで、以下の電気化学反応が生じる。すなわち、
燃料極（アノード）側では、    Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
酸化剤極（カソード）側では、    （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
燃料電池全体としては、    Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
【００３０】
このように、酸化剤極（カソード）側では、生成水が生じ、反応に寄与しなかったガスと生成水が同じ酸化ガス流路（図示せず）を通って、酸化ガス出口（図示せず）へ排出される。この時、冷却水流路（図示せず）に冷却水が供給されて、燃料電池１の発電によって発生する熱が排熱される。なお、実施例１では、目視が容易な色に着色された有色の冷却水（例えば、赤色等）を使用した。また、着色するための材料は、例えば、絶縁性の固体粉末等、配管を詰まらせることがないものを使用することが望まれる。
【００３１】
図３に示すセル積層体カバー３０は、光透過性を有し、燃料電池１のセル積層体９の外面に密着した状態でセル積層体９を包囲する構成を備えている。このセル積層体カバー３０は、セル積層体９の積層方向両側の端面が開口しており、ここからターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２が延出するようになっている。なお、図３では、構成を判りやすくするため、締結部材２４及びボルト２５は省略してある。
【００３２】
なお、実施例１では、このセル積層体カバー３０は、透明で、弾性及び絶縁性を備えた材料から構成されている。このような材料としては、例えば、テフロン（登録商標）等、１５０℃程度以上の耐熱性がある樹脂等を挙げることができる。
【００３３】
この構成を備えた積層体カバー３０に包囲されたセル積層体９を有する燃料電池１の作動中に、仮に、セパレータ１８及び１９にクラックが生じたり、セパレータ１８及び１９間のシール不良等が生じ、セル積層体９から微量の冷却水が漏れ出した場合、この漏れ出した冷却水は、燃料電池１の高温によって水蒸気となり、この水蒸気が積層体カバー３０に付着して水滴となる。この時、積層体カバー３０は、透明な材料から構成されており、また、冷却水は、目視が容易な色に着色されているため、セル積層体９からの水漏れ量が微量であっても、この水滴の存在を外部から目視で簡単に検知することができる。
【００３４】
また、積層体カバー３０は、セル積層方向の両端が開口されているため、セル積層体９から漏れ出した冷却水は、前記開口から外部に排出することができる。この時、積層体カバー３０は、前述したように弾性を備えているため、漏れ出した冷却水の排出をさらに容易に行うことができる。
【００３５】
この積層体カバー３０に包囲されたセル積層体９を備えた燃料電池スタック２３は、図４に示すように、燃料電池スタックケース４０に収容することができる。この燃料電池スタックケース４０は、上面の一部が光透過性有する板材４１から形成されており、燃料電池スタックケース４０内に収容された燃料電池スタック２３の様子が目視できるようになっている。したがって、燃料電池スタックケース４０から燃料電池スタック２３を取り出すことなく、セル積層体９から微量の冷却水が漏れ出し、積層体カバー３０に水滴が付着しているか否かを、板材４１を介して観察することができる。
【実施例２】
【００３６】
次に、本発明の実施例２にかかる漏水検知装置について図面を参照して説明する。
【００３７】
図５は、実施例２にかかる漏水検知装置の模式図である。なお、実施例２では、実施例１で説明した燃料電池のセル積層体からの漏水を検知する場合について説明する。
【００３８】
図５に示すように、実施例２にかかる漏水検知装置５０は、燃料電池１のセル積層体９の外表面に設けられる吸水性樹脂フィルム５１と、吸水性樹脂フィルム５１の所定位置に互いに離間して串歯状に配設された端子対５２と、端子対５２間の抵抗を測定する抵抗測定器５３と、抵抗測定器５３に接続され、測定された抵抗値に基づいてセル積層体９から冷却水が漏れ出したか否かを判断する判断手段５４と、判断手段５４に接続され、判断部５４から出力された判断結果に基づいて水漏れを告知する告知手段５５と、を備えて構成されている。また、端子対５２は、セル積層体９に対し絶縁されている。
【００３９】
なお、実施例２では、抵抗測定器５３と、判断手段５４と、告知手段５５とによって、漏水検知手段を構成している。
【００４０】
この構成を備えた漏水検知装置５０は、燃料電池スタック２３のセル積層体９の外表面を吸水性樹脂フィルム５１により包囲することによって、燃料電池スタック２３に配設される。この漏水検知装置５０は、燃料電池１の作動中、端子対５２の一方の端子５２Ａと他方の端子５２Ｂとの間の抵抗値が抵抗測定器５３によってモニタされ、測定された抵抗値が判断部５４へ出力される。ここで、セル積層体９からの水漏れがない場合、吸水性樹脂フィルム５１は乾いた状態となっており、端子対５２は導通していない。この場合、判断部５４では、セル積層体９から水漏れが発生していないと判断し、告知手段５５に信号を出力せず、告知手段５５は告知を行わないようになっている。
【００４１】
この燃料電池１の作動中に、仮に、セル積層体９から微量の冷却水が漏れ出した場合、この漏れ出した冷却水は吸水性樹脂フィルム５１に保持され、端子対５２が導通して、端子５２Ａと端子５２Ｂとの間の抵抗値が変化すると、判断部５４では、セル積層体９から水漏れが発生したと判断し、告知手段５５にその旨の信号を出力する。そして、この信号を受信した告知手段５５は、水漏れの発生を告知する。
【００４２】
なお、実施例２では、セル積層方向の全体に一対の端子対５２を配設した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図６に示すように、セル積層体９を、セルの積層方向にエリアＡ、エリアＢ、エリアＣに分け、各エリアＡ〜Ｃに、端子対５２を各々１つずつ独立させて配設し、各々の端子対５２に、抵抗測定器５３、判断部５４及び告知手段５５を接続させた構成としてもよい。この場合、例えば、エリアＡに配設した告知手段５５が、水漏れを告知した場合、エリアＡにおいて水漏れが発生したことを特定することができ、冷却水が漏れ出した位置を確認することがさらに容易となる。
【００４３】
また、図６では、各々独立した３つの端子対５２を配設したが、端子対５２の設置数は所望により決定することができる。すなわち、端子対５２の設置数を増加すればそれだけ各エリアの面積が小さくなり、冷却水が漏れ出した位置を確認することが、より一層容易となる。
【００４４】
また、実施例２では、漏水検知装置５０の構成要素として、抵抗測定器５３を用いた場合について説明したが、これに限らず、抵抗測定器５３の代わりに、例えば電圧計や電流計等を配設してもよい。
【００４５】
そしてまた、本発明は、セル積層体カバー、燃料電池スタックケース、及び漏水検知装置を組み合わせて使用してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１にかかる燃料電池スタックのセル積層方向を上下方向とした姿勢での全体概略図である。
【図２】図１に示す燃料電池の電解質膜−電極アッセンブリの一部拡大断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックのセル積層体をセル積層体カバーによって包囲した状態を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施例１にかかるセル積層体カバーによって包囲されたセル積層体を有する燃料電池スタックを、燃料電池スタックケースに収容した状態を示す模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例２にかかる漏水検知装置の模式図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる漏水検知装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    燃料電池
９    セル積層体
２３    燃料電池スタック
３０    セル積層体カバー
４０    燃料電池スタックケース
５０    漏水検知装置
５２    端子対
５３    抵抗測定器
５４    制御手段
５５    告知手段
【図１】
2006179415.tif 000003
【図２】
2006179415.tif 000004
【図３】
2006179415.tif 000005
【図４】
2006179415.tif 000006
【図５】
2006179415.tif 000007
【図６】
2006179415.tif 000008