(57)【要約】    【課題】  異物による開閉弁の作動不良を適切に防止することができる燃料電池システム、リーク検査装置、リーク検査方法および燃料電池を課題とする。    【解決手段】  配管ライン３の通路４１を開閉する開閉弁４４を備えた燃料電池システム１において、開閉弁４４の上流側における配管ライン３に、開閉弁４４の閉弁動作に連動して動作し、通路４１を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段４３を設けた。異物捕捉手段４３は、フィルタ機構で構成することができ、フィルタ９１を開閉弁４４の閉弁完了に優先して使用位置に切り替える。    【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管ラインの通路を開閉する開閉弁を備えた燃料電池システムにおいて、
前記開閉弁の上流側における前記配管ラインには、前記開閉弁の閉弁動作に連動して動作し、前記通路を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段が設けられている燃料電池システム。
【請求項２】
前記異物捕捉手段は、前記通路に臨むフィルタを有するフィルタ機構で構成され、
前記フィルタ機構は、前記開閉弁の開閉動作に連動して、前記通路に対して前記フィルタの位置を設定可能に構成されている請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記フィルタ機構は、前記開閉弁の開閉の各動作に連動して、前記通路に対して前記フィルタの使用位置および非使用位置の二位置を切り替える請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記フィルタ機構は、前記開閉弁が前記通路を閉塞するのに優先して、当該通路に対して前記フィルタを使用位置に切り替える請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記フィルタには、ろ過度の異なる複数種のものが用意されている請求項２ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
被検査体の下流側へ接続する通路を開閉する開閉弁を備え、当該開閉弁を閉弁して気密下にした当該被検査体のリーク検査を行うリーク検査装置において、
前記開閉弁の上流側における前記通路には、前記開閉弁の閉弁動作に連動して動作し、当該通路を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段が設けられているリーク検査装置。
【請求項７】
前記異物捕捉手段は、前記通路に臨むフィルタを有するフィルタ機構で構成され、
前記フィルタ機構は、前記開閉弁の開閉動作に連動して、前記通路に対して前記フィルタの位置を設定可能に構成されている請求項６に記載のリーク検査装置。
【請求項８】
前記フィルタ機構は、前記開閉弁の開閉の各動作に連動して、前記通路に対して前記フィルタの使用位置および非使用位置の二位置を切り替える請求項７に記載のリーク検査装置。
【請求項９】
前記フィルタ機構は、前記開閉弁が前記通路を閉塞するのに優先して、当該通路に対して前記フィルタを使用位置に切り替える請求項８に記載のリーク検査装置。
【請求項１０】
前記フィルタ機構は、前記開閉弁の閉弁後に前記通路に対して前記フィルタを非使用位置に切り替える請求項９に記載のリーク検査装置。
【請求項１１】
前記フィルタには、ろ過度の異なる複数種のものが用意されている請求項６ないし１０のいずれか一項に記載のリーク検査装置。
【請求項１２】
開閉弁を介設した通路を被検査体の下流側へ接続すると共に、当該開閉弁と当該被検査体との間の通路の部分を異物を捕捉可能な状態にする工程と、
前記工程後に前記開閉弁を閉弁して前記被検査体を気密下にし、その気密空間の圧力変化に基づいて当該被検査体のリーク検査を行う工程と、を有するリーク検査方法。
【請求項１３】
請求項６ないし１１のいずれか一項に記載のリーク検査装置または請求項１２に記載のリーク検査方法により、前記被検査体としてリーク検査が行われた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および燃料電池システム、並びに、例えば燃料電池スタックなどの被検査体のガス漏れを検査するリーク検査装置およびリーク検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス配管ライン上の配管要素や燃料電池スタックのほか、容器などの構造体は気密性が要求されるため、実機に用いる前にリーク検査装置によるガス漏れの検査が行われる。この種のリーク検査装置として、例えば、半導体ウエハを収容するウエハ用容器に適用した特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
このリーク検査装置は、検査ガスが充満可能な検査容器と、検査容器に接続する入口側通路および出口側通路をそれぞれ開閉する一対の開閉弁と、を備える。リーク検査は、先ず、検査容器の内部にウエハ用容器（被検査体）を入れ、検査ガスを検査容器に流入・流出させ、検査容器内を検査ガスで充満させる。その後、検査ガスの流入を続行しながら出口側の開閉弁を閉弁し、所定時間経過後、入口側の開閉弁を閉弁して、検査容器およびウエハ用容器を気密下にする。そして、この状態の検査容器内の圧力変化に基づいて、ウエハ用容器のリーク特性を評価するようにしている。
【０００４】
また、燃料電池システムにおいても、ガス漏れの検査を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この燃料電池システムでは、燃料電池スタックの上流および下流の燃料ガスの通路に開閉弁が設けられ、この二つの開閉弁を閉弁することで気密下となる所定の閉空間を形成している。そして、この状態の閉空間の圧力変化からガス漏れを検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２０６９８５号公報（第２頁および第１図）
【特許文献２】特開２００３−３０８８６６号公報（第５頁および第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のリーク検査では、検査ガスの流通中にウエハ用容器から異物が流出する場合がある。その異物が出口側の開閉弁に付着（特に閉弁動作過程に付着）した状態で、開閉弁の閉弁がなされるとその弁体・弁座が損傷する。このため、リーク検査の際に、その開閉弁の部分からリークが発生し得ることになり、リーク検査を正確に行うことができないおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の燃料電池システムにおいても、配管要素等から燃料ガスの通路に異物が流出する場合があり、上記同様に、開閉弁に損傷を及ぼすおそれがある。
【０００７】
もっともこのような異物対策として、開閉弁の上流側の通路上に異物捕捉のためのフィルタを配置することも考えられる。しかし、この場合にもフィルタ目詰まり等に起因する圧損の影響により、リーク検査を正確に行うことができなかったり、システム稼働時のガスの流れに支障をきたしたりするおそれがある。
【０００８】
本発明は、異物による開閉弁の作動不良を適切に防止することができる燃料電池システムを提供することをその目的としている。
また本発明は、異物による開閉弁の作動不良を適切に防止して、リーク検査を正確に行うことができるリーク検査装置、リーク検査方法および燃料電池を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、配管ラインの通路を開閉する開閉弁を備えた燃料電池システムにおいて、開閉弁の上流側における配管ラインには、開閉弁の閉弁動作に連動して動作し、通路を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段が設けられているものである。
【００１０】
この構成によれば、開閉弁の閉弁動作に連動して動作した異物捕捉手段により、開閉弁に異物が流れ込むのを阻止し得る。このため、開閉弁への異物の付着が防止され、閉弁動作過程での異物に起因する開閉弁の損傷を有効に回避することができる。これにより、開閉弁の作動不良を好適に防止することができる。
ここで、異物捕捉手段の「連動動作」は、開閉弁の閉弁動作と機構学的になされる構成であってもよいし、電気・電子制御によりなされる構成であってもよい。異物捕捉手段は、開閉弁の直上流側に設けられてもよいし、なんらかの構造体を挟んで開閉弁の上流側に設けられてもよい。また、異物としては、塵埃、配管ラインの配管要素から溶出した錆などの汚染粒子（いわゆるコンタミ）、油分などが挙げられる。
ここで、配管ラインは、酸化ガスまたは燃料ガスの供給ライン、排出ライン、循環ラインであってもよいし、あるいは例えば高圧タンクへの燃料ガスの充填ラインであってもよい。また配管ラインは、ガスの配管ラインのみならず、燃料電池を冷却するための冷媒ラインであってもよい。
【００１１】
この場合、異物捕捉手段は、通路に臨むフィルタを有するフィルタ機構で構成され、フィルタ機構は、開閉弁の開閉動作に連動して、通路に対してフィルタの位置を設定可能に構成されていることが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、フィルタという簡易な構造で異物を捕捉することができる。また、開閉弁の開閉動作に連動してフィルタの位置を設定することができるため、圧損の影響等を考慮した仕様にし得る。
【００１３】
この場合、フィルタ機構は、開閉弁の開閉の各動作に連動して、通路に対してフィルタの使用位置および非使用位置の二位置を切り替えることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、例えば開閉弁を開弁してガスを流動させる場合には、フィルタを非使用位置にして圧損の影響を回避し得る。また例えば、開閉弁を閉弁してガスの流動を止める場合には、上記のようにフィルタを使用位置にして開閉弁への異物の付着を防止し得る。
ここで、フィルタの「非使用位置」は、フィルタを通路から完全に退避させる構成であってもよいし、通路内のフィルタの位置を圧損の影響が小さくなるように設定する構成であってもよい。また、フィルタの「使用位置」は、概して、配管ラインを流れる流体のフィルタの通過を許容する。
【００１５】
この場合、フィルタ機構は、開閉弁が通路を閉塞するのに優先して、通路に対してフィルタを使用位置に切り替えることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、フィルタが使用位置に切り替えられてから開閉弁が閉弁するため、開閉弁への異物の流れ込みを確実性良く阻止することができる。これにより、閉弁動作過程での異物に起因する開閉弁の作動不良を確実性良く防止することができる。
【００１７】
これらの場合、フィルタには、ろ過度の異なる複数種のものが用意されていることが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、大きさの異なる複数種の異物に有効に対応することができる。なお、目の粗いものから目の細かいメッシュのものまで、フィルタを段階的に用意してもよいし、目の粗さの異なるメッシュを組み合わせたフィルタを複数種用意してもよい。
【００１９】
本発明のリーク検査装置は、被検査体の下流側へ接続する通路を開閉する開閉弁を備え、開閉弁を閉弁して気密下にした被検査体のリーク検査を行うリーク検査装置において、開閉弁の上流側における通路には、開閉弁の閉弁動作に連動して動作し、通路を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段が設けられているものである。
【００２０】
この構成によれば、開閉弁の閉弁動作に連動して動作した異物捕捉手段により、被検査体から出得る異物が開閉弁に流れ込むことを阻止し得る。このため、開閉弁への異物の付着が防止され、閉弁動作過程での異物に起因する開閉弁の作動不良を好適に防止することができる。これにより、開閉弁からのリークを適切に防止することができるため、リーク検査を正確に行うことができる。
ここで、異物捕捉手段の「連動動作」は、上記同様に、開閉弁の閉弁動作と機構学的に、または電気・電子制御的になされる構成とすることができる。また、異物捕捉手段の配置位置も開閉弁の直上流側に限られない。「被検査体の下流側へ接続する通路」は、被検査体自体に通路を直接的に接続する場合であってもよいし、気密下となる密閉空間に通路を接続することで、密閉空間内の被検査体へ通路を間接的に接続する場合であってもよい。
【００２１】
そして上記の燃料電池システムの場合と同様に、異物捕捉手段は、通路に臨むフィルタを有するフィルタ機構で構成され、フィルタ機構は、開閉弁の開閉動作に連動して、通路に対してフィルタの位置を設定可能に構成されていることが、好ましい。また、フィルタ機構は、開閉弁の開閉の各動作に連動して、通路に対してフィルタの使用位置および非使用位置の二位置を切り替えることが、好ましい。さらに、フィルタ機構は、開閉弁が通路を閉塞するのに優先して、通路に対してフィルタを使用位置に切り替えることが、好ましい。
【００２２】
この場合、フィルタ機構は、開閉弁の閉弁後に通路に対してフィルタを非使用位置に切り替えることが、好ましい。
【００２３】
この構成によれば、例えば開閉弁の閉弁後に被検査体を気密下におくべく、検査ガスの流入を続行する場合に、圧損等の影響を回避または小さくすることが可能となる。
【００２４】
これらの場合、フィルタには、ろ過度の異なる複数種のものが用意されていることが、好ましい。
【００２５】
この構成によれば、上記同様に、大きさの異なる複数種の異物や被検査体の種別に有効に対応することができる。
【００２６】
本発明のリーク検査方法は、開閉弁を介設した通路を被検査体の下流側へ接続すると共に、開閉弁と被検査体との間の通路の部分を異物を捕捉可能な状態にする工程と、この工程後に開閉弁を閉弁して被検査体を気密下にし、その気密空間の圧力変化に基づいて被検査体のリーク検査を行う工程と、を有するものである。
【００２７】
この構成によれば、被検査体から出得る異物を開閉弁の上流側で捕捉可能なため、閉弁動作過程において異物が開閉弁に付着することを防止することができる。このため、異物による開閉弁の損傷を有効に回避することができ、気密下で行われるリーク検査の際に、開閉弁からのリークを防止することができる。したがって、気密空間の圧力変化が被検査体に依存されることになるため、被検査体のリーク検査を正確に行うことができる。
【００２８】
本発明の燃料電池は、上記した本発明のリーク検査装置またはリーク検査方法により、被検査体としてリーク検査が行われたものである。
【００２９】
この構成によれば、リーク検査が正確に行われているため、信頼性の高い燃料電池を提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の燃料電池システムによれば、異物による開閉弁の作動不良を適切に防止することができる。
【００３１】
本発明のリーク検査装置およびリーク検査方法によれば、異物による開閉弁の作動不良を適切に防止して、リーク検査を正確に行うことができる。また、信頼性の高い燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。本発明の特徴部分は、通路を開閉する開閉弁の上流側に、フィルタ機構からなる異物捕捉手段を設け、開閉弁の閉弁動作に連動してフィルタ機構を動作させることで、開閉弁の作動不良を防止するようにしたものである。これを適用した実施形態として、先ず第１実施形態として燃料電池システムについて説明し、第２実施形態としてリーク検査装置について説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、燃料電池システム１は、多数の単セルを積層したスタック構造からなる燃料電池２を備えている。燃料電池２は、酸化ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素ガスとの供給を受けて電力を発生する。燃料電池２としては、リン酸型など各種の種類があるが、ここでは固体高分子電解質型で構成されている。この種の燃料電池２を有する燃料電池システム１は、車両、航空機、船舶など輸送機関である移動体のほか、熱電併給システムなどの定置型にも利用することができる。
【００３４】
燃料電池システム１の配管ライン３には、燃料電池２に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給ライン１１と、燃料電池２から酸化オフガスを排出するための酸化オフガスライン１２と、燃料電池２に水素ガスを供給するための水素ガス供給ライン１３と、燃料電池２から排出された水素オフガスを燃料電池２に再び循環供給するための水素オフガス循環ライン１４と、水素オフガスを外部に排出するための水素オフガス排出ライン１５と、水素ガスを水素ガス供給源（高圧タンク４２）に充填するための水素ガス充填ライン１６と、が設けられている。なお、図示省略したが、配管ライン３として、燃料電池２を冷却するための冷媒ラインも設けられている。
【００３５】
酸化ガス供給ライン１１の供給通路２１には、大気中の空気を取り込んで加湿器２２に圧送するコンプレッサ２３と、コンプレッサ２３で取り込む空気中に含まれる粉塵等をろ過するフィルタ２４と、が介設されている。加湿器２２は、酸化ガス供給ライン１１と酸化オフガスライン１２との両者に亘って設けられており、浄化済みの酸化ガスと酸化オフガスとの間で水分交換を行う。酸化オフガスライン１２の排出通路３１には、燃料電池２内の酸化ガスの圧力を調整する調圧弁３２と、加湿器２２の下流側に位置して酸化オフガスを消音する消音器３３と、が設けられている。
【００３６】
水素ガス供給ライン１３の供給通路４１は、水素ガスを高圧で貯留する高圧タンク４２から、燃料電池２のガス入口ポートに至っている。供給通路４１には、高圧タンク４２側から順に、異物捕捉手段としてのフィルタ機構４３と、供給通路４１を開閉する開閉弁４４と、供給通路４１を手動により開閉するマニュアル弁４５と、水素ガスを減圧する１次レギュレータ４６と、水素ガスをさらに減圧する２次レギュレータ４７と、供給通路４１を開閉する入口側シャットバルブ４８と、が設けられている。本実施形態の特徴部分となるフィルタ機構４３および開閉弁４４については、詳細を後述する。
【００３７】
水素オフガス循環ライン１４の循環通路５１には、燃料電池２側から順に、循環通路５１を開閉する出口側シャットバルブ５２と、水素オフガスから水分を分離させる気液分離器５３と、水素オフガスを水素ガス供給ライン１３に圧送する水素ポンプ５４と、水素オフガスの逆流を阻止する逆止弁５５と、が設けられている。循環通路５１は、供給通路４１の合流点Ａに接続されており、水素ポンプ５４により循環供給される水素オフガスが、高圧タンク４２からの新たな水素ガスと合流点Ａで合流して、混合ガスとして燃料電池２に供給される。
【００３８】
水素オフガス排出ライン１５は、循環通路５１に分岐接続された排出通路６１を有している。排出通路６１には、定期的に開弁されるパージバルブ６２と、開弁状態のパージバルブ６２を通って水素オフガスが送り込まれる希釈器などのガス処理装置６３と、が設けられている。排出通路６１は、ガス処理装置６３の下流側を酸化オフガスの排出通路３１に分岐接続されている。ガス処理装置６３で処理された水素オフガスの処理ガスは、消音器３３を通った酸化オフガスと合流してシステム外に排気される。
【００３９】
水素ガス充填ライン１６の充填通路７１には、高圧タンク４２側から順に、高圧タンク４２に充填される水素ガスの逆流を阻止する逆止弁７２と、充填通路７１を開閉するマニュアル弁７３と、水素ガスに含まれ得る異物を捕捉するフィルタ７４と、が設けられている。水素ガスは、水素ステーションなどのガス充填設備に充填ポート７５を接続し、マニュアル弁７３を開弁することでフィルタ７４を介して高圧タンク４２に充填される。なお、充填ポート７５は、例えば燃料電池車両の場合には車体のリア部に設けられる。
【００４０】
ここで、図２ないし図４を参照して、水素ガス供給ライン１３のフィルタ機構４３および開閉弁４４について詳述する。開閉弁４４は、手動または電磁的に供給通路４１を開閉する遮断弁である。開閉弁４４は、弁の開度を主として全開および全閉の状態で用いるタイプの弁、あるいは弁の開度を調整することができるタイプの弁で構成される。開閉弁４４は、仕切り弁、玉型弁、バタフライ弁など、各種の弁構造をとることができるが、本実施形態では、弁の開度を電気制御的に調整可能なロータリーバルブで構成されている。
【００４１】
フィルタ機構４３は、開閉弁４４の上流側における供給通路４１に設けられ、供給通路４１を流れる異物を捕捉する異物捕捉手段として機能する。異物としては、塵埃、配管ライン３の配管要素から溶出した錆などの汚染粒子（いわゆるコンタミ）、油分などが挙げられるが、ここでは主として、高圧タンク４２から流出され得る異物を対象としている。
【００４２】
フィルタ機構４３は、供給通路４１内に臨むフィルタ９１と、供給通路４１に対してフィルタ９１の位置を設定する図外のフィルタ作動機構と、を有している。フィルタ９１は、対象とする異物の大きさ対応したろ過度を有するフィルタエレメント９３と、フィルタエレメント９３の周縁部に設けられたシール部９４と、を有して全体として略円盤状に形成されている。シール部９４は、供給通路４１の管内壁に離接可能に構成されている。
【００４３】
フィルタエレメント９３は、メッシュが樹脂製、ステンレス製、黄銅製、または焼結金属製などから構成されている。メッシュには、目の粗いものから目の細かいものまで複数が用意されており、フィルタ機構４３は、ろ過度の異なる各種のフィルタ９１をフィルタ作動機構に交換可能に構成されている。なお、本実施形態では、一つのフィルタ機構４３につき一つのフィルタ９１を用いる構成であるが、これに代えて、複数のフィルタ９１を用いる構成としてもよい。この場合には、ろ過度の大きい順に、複数種のフィルタ９１が供給通路４１の上流側から並置されることが好ましい。
【００４４】
フィルタ作動機構は、開閉弁４４の開閉動作に連動してフィルタ９１を所定の位置に適宜設定する。例えば、フィルタ作動機構は、フィルタ９１をその軸芯回りに供給通路４１内で回転させるアクチュエータと、アクチュエータの動力をフィルタ９１に伝達する動力伝達機構と、を具備している。そして、このアクチュエータが電気・電子制御により開閉弁４４に同期して駆動されることで、フィルタ作動機構は、開閉弁４４の開閉動作に連動してフィルタ９１を所定の位置（開度）に設定する。
【００４５】
具体的には、フィルタ作動機構は、開閉弁４４の開閉の各動作に連動して、供給通路４１に対してフィルタ９１の使用位置および非使用位置の二位置を切り替える。フィルタ９１の非使用位置（開状態）では、フィルタ９１は水素ガスの流れ方向と平行となるように延在し、水素ガスの流れに対して抵抗が極力小さくなる。一方、フィルタ９１の使用位置（閉状態）では、フィルタ９１は水素ガスの流れ方向と直交するように延在し、フィルタエレメント９３が供給通路４１内に大きく臨むと共にシール部９４が供給通路４１の管内壁に密接する。
【００４６】
図２ないし図４を参照して、フィルタ機構４３および開閉弁４４の一連の動作について説明する。燃料電池システム１の稼働時では、開閉弁４４が開弁されて、燃料電池２に水素ガスが供給されるようになる。このガス供給時には、フィルタ機構４３のフィルタ９１を図２に示すように非使用位置に設定することもできるし、図３に示すように使用位置に設定することもできる。
【００４７】
一般には、フィルタ９１を図３の使用位置に設定することで高圧タンク４２等から流出し得る異物を燃料電池２の上流側で捕捉することができるが、例えば圧損などの事情を考慮して、フィルタ９１を図２の非使用位置に設定することもできる。すなわち、フィルタ機構４３は、開閉弁４４の開閉状態に対応して、フィルタ９１の位置を適宜切り替えることができる。
【００４８】
燃料電池システム１の停止時など、燃料電池２への水素ガスの供給を停止したい場合には、開閉弁４４は閉弁される（マニュアル弁４５や入口側シャットバルブ４８も閉弁される）。このようなとき、フィルタ９１が図２の非使用位置にある場合には、開閉弁４４が供給通路４１を閉塞する前に、先ずフィルタ９１が図３の使用位置に設定される。
【００４９】
すなわち、制御装置により開閉弁４４に閉弁の制御指令が出力されると同時に、フィルタ機構４３は制御装置から制御指令を受け、開閉弁４４の閉弁に時間的に優先してフィルタ９１を使用位置に切り替える。使用位置のフィルタ９１によって、開閉弁４４への異物の流れ込みが阻止される。フィルタ９１が使用位置に移動した後で、開閉弁４４は、図４に示すように、閉弁される。
【００５０】
以上のように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、フィルタ機構４３が開閉弁４４の閉弁動作に連動して動作し、フィルタ９１を使用位置に切り替え後、開閉弁４４が供給通路４１を閉塞する。これにより、閉弁動作過程において開閉弁４４（の弁体）に異物が付着するのを防止することができるため、閉弁動作過程での異物に起因する開閉弁４４の損傷を有効に回避することができる。
【００５１】
したがって、開閉弁４４の作動不良を好適に防止することができる。また、開閉弁４４の製品寿命を長くすることも可能となり、その交換工数を削減することが可能となる。この場合、フィルタ機構４３は、そのすぐ下流側の開閉弁４４のみならず、開閉弁４４よりも下流側のマニュアル弁４５や入口側シャットバルブ４８に対しても、これらの弁４５，４８の閉弁動作に連動することでこれらの弁４５，４８の作動不良を好適に防止することになる。
【００５２】
なお、本実施形態は様々な点で他の変形例をとることができる。例えば、フィルタ作動機構および開閉弁４４を上記のように電気的に制御（ＥＣＵにより制御。）する場合のみならず、フィルタ作動機構および開閉弁４４を機械的に調整可能に構成しておき、両者間にリンク機構などを設けることで、開閉弁４４の開閉動作に連動してフィルタ作動機構を機構学的に連動させるようにしてもよい。また、フィルタ９１をその軸芯回りに回転させているが、ヒンジを介してフィルタ９１を供給通路４１内で回動可能に構成するなど、スイング式のフィルタ９１として構成してもよい。もっとも、フィルタ９１が使用位置のときに、そのシール部９４を介してシール性が確保されることが好ましい。
【００５３】
また、フィルタ９１の「非使用位置（開状態）」は、フィルタ９１を供給通路４１内から完全に退避させる構成であってもよい。例えば、フィルタ機構４３のフィルタ作動機構のアクチュエータとしてシリンダ装置を用い、シリンダ装置の動力伝達機構となるロッドにフィルタ９１を連結する。この構成の場合、シリンダ装置の駆動によりロッドを伸長させることで、フィルタ９１を図３に示すように供給通路４１内に臨ませて使用位置に設定する。一方、シリンダ装置の駆動によりロッドを縮退させることで、フィルタ９１を供給通路４１外へと移動させて、フィルタ９１を非使用位置に設定する。なおこの場合、フィルタ機構４３と供給通路４１の管との間が気密にシールされる必要があることは言うまでもない。
【００５４】
また、フィルタ機構４３（異物捕捉手段）は、水素ガス供給ライン１３のみならず、燃料電池システム１の各種の配管ライン３に適用することができる。例えば水素ガス充填ライン１６に適用した場合には、上記のフィルタ７４を上記構成のフィルタ機構４３として構成してもよい。この場合には、フィルタ機構４３は、逆止弁７２およびマニュアル弁７３の閉弁動作に連動して、フィルタを使用位置に設定する。また、フィルタ機構４３を開閉弁４４以外の構造体に連動させるようにしてもよい。
【００５５】
例えば、フィルタ機構４３を酸化ガス供給ライン１１に設ける場合には、フィルタ機構４３を上記のフィルタ２４に代えてあるいはこれと共にコンプレッサ２３の上流側に設け、フィルタ機構４３をコンプレッサ２３の駆動に連動させることができる。コンプレッサ２３が駆動する燃料電池システム１の稼働時には、酸化ガスの圧損を小さくするべく、フィルタ機構４３はフィルタ９１を非使用位置に設定する。一方、燃料電池システム１の停止時には、コンプレッサ２３の駆動停止動作に優先して、フィルタ９１を使用位置に設定し、コンプレッサ２３の駆動停止過程における異物に起因する作動不良を好適に回避することができる。同様に、フィルタ機構４３を水素オフガス循環ライン１４に設けた場合にも、水素ポンプ５４の作動不良を好適に防止することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のリーク検査装置について説明する。図５は、第２実施形態に係るリーク検査装置１１０の主要部を示す構成図である。同図に示すように、リーク検査装置１１０は、リーク検査の検査対象となる被検査体１１１の上流側に接続した上流側通路１１２ａと、被検査体１１１の下流側に接続した下流側通路１１２ｂと、を備えている。
【００５７】
上流側通路１１２ａには、上流側から順に、異物捕捉手段として機能するフィルタ機構１２１ａと、上流側通路１１２ａを開閉する開閉弁１２２ａと、上流側通路１１２ａ内の圧力を検出する圧力計１２３ａと、が設けられている。同様に、下流側通路１１２ｂには、上流側から順に、下流側通路１１２ｂ内の圧力を検出する圧力計１２３ｂと、異物捕捉手段として機能するフィルタ機構１２１ｂと、下流側通路１１２ｂを開閉する開閉弁１２２ｂと、が設けられている。
【００５８】
上流側通路１１２ａの下流端は、被検査体１１１の入口ポートに着脱可能に装着される。一方、上流側通路１１２ａの上流端側には、いずれも図示省略したが、リーク検査のための検査ガスを貯留したガス供給源のほか、ガス供給源に対してファーストバルブとなる元圧開閉バルブや、ガス供給源から被検査体１１１への検査ガスを減圧する減圧弁など、が設けられている。検査ガスとしては、窒素ガスなどの不活性ガスや、ドライエアを用いることができる。下流側通路１１２ｂの上流端は、被検査体１１１の出口ポートに着脱可能に装着される一方、下流側通路１１２ｂの下流端は、外部に開放またはこの位置に設けられた検査ガスの回収タンクに接続されている。
【００５９】
上流および下流の二つのフィルタ機構１２１ａ、１２１ｂは、共通の構造からなり、例えば第１実施形態と同じ構造で構成されている。また、上流および下流の二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂは、共通の構造からなり、例えば第１実施形態と同じ構造で構成されている。なお、二つのフィルタ機構１２１ａ、１２１ｂおよび二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂをそれぞれ別構造としてもよいが、ここでは、重複した説明を避けるべく同一構造且つ第１実施形態と同一構造で構成した。
【００６０】
二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂをともに開弁することで、検査ガスが被検査体１１１を介して下流側通路１１２ｂから外部または回収タンクに排気される。一方、二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂをともに閉弁することで、被検査体１１１を挟んで二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂの間に気密空間（密閉空間）が画成される。すなわち、被検査体１１１は気密下におかれることになる。
【００６１】
図６は、被検査体１１１の代表例である燃料電池の外観を示している。この燃料電池１１１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の燃料電池２に適用することができるものであり、多数を積層した単セルの両端にエンドプレート１３１を配してスタック構造で構成されている。図示手前側のエンドプレート１３１には、水素ガスの入口ポート１３２ａおよび出口ポート１３２ｂと、酸化ガスの入口ポート１３３ａおよび出口ポート１３３ｂと、冷媒の入口ポート１３４ａが分散して設けられている。図示省略した冷媒の出口ポートは、図示奥側のエンドプレート１３１に設けられている。なお、各流体の入口ポート１３２ａ、１３３ａ、１３４ａおよび出口ポート１３２ｂ、１３３ｂの配置位置は任意である。
【００６２】
水素ガスの入口ポート１３２ａには、第１実施形態の供給通路４１の下流端および上流側通路１１２ａの下流端が着脱可能に装着され、水素ガスの出口ポート１３２ｂには、第１実施形態の循環通路５１の下流端および下流側通路１１２ｂの上流端が着脱可能に装着される。この場合、両者の装着を例えばクイック継手１３５を介して行うことができる。同様に、酸化ガスの入口ポート１３３ａには供給通路２１および上流側通路１１２ａが、酸化ガスの出口ポート１３３ｂには排出通路３１および下流側通路１１２ｂが接続される。なお、冷媒の入口ポート１３４ａおよび出口ポートも同様である。このように、被検査体１１１が燃料電池である場合には、燃料電池１１１内の各流体（水素ガス、酸化ガスまたは冷媒）の流路について、それぞれリーク検査に供されることになる。
【００６３】
ここで、図７ないし図１０を参照して、リーク検査装置１１０による一連のリーク検査について説明する。図７ないし図９は、下流側のフィルタ機構１２１ｂおよび開閉弁１２２ｂを模式的に示しており、第１実施形態の図２ないし図４と同様の図である。図１０は、上流側のフィルタ機構１２１ａおよび開閉弁１２２ａを模式的に示した図である。
【００６４】
リーク検査を行う場合、被検査体１１１に上流側通路１１２ａおよび下流側通路１１２ｂを接続した図５に示す状態から、先ず、二つのフィルタ機構１２１ａ、１２１ｂの各フィルタ１２５ａ、１２５ｂを非使用位置（開状態）に設定し、その後、二つの開閉弁１２２ａ、１２２ｂを開弁する。すると、図７に示すように、検査ガスが被検査体１１１を通過するように上流側から下流側へと流れる。このとき、各フィルタ１２５ａ、１２５ｂが非使用位置に設定されているため、検査ガスは圧損の影響を極力受けずに流れる。所定時間経過すると、被検査体１１１の内部（例えば、燃料電池１１１内の所定の流体の流路）に存在していたエアーは、検査ガスに置換される。
【００６５】
ガス置換後には、第１実施形態で説明したように、例えば制御装置により下流側の開閉弁１２２ｂに閉弁の制御指令が出力される。このとき制御装置により制御指令を受ける下流側のフィルタ機構１２１ｂは、開閉弁１２２ｂの閉弁に優先してフィルタ１２５ｂを使用位置に切り替える。すなわち、図８に示すように、検査ガスの流れを続行しながら、フィルタ機構１２１ｂは、開閉弁１２２ｂの閉弁動作に連動して動作し、フィルタ１２５ｂを使用位置に切り替える。これにより、開閉弁１２２ｂへの異物の流れ込みが阻止される。フィルタ１２５ｂの位置設定後から所定時間経過後に、図９に示すように、開閉弁１２２ｂの閉弁が完了する。
【００６６】
この状態では、上流側の開閉弁１２２ａは初期の開弁状態にあると共に、上流側のフィルタ機構１２１ａは、フィルタ１２５ａが初期の非使用位置に設定されている。なお、下流側の開閉弁１２２ｂの閉弁に際して、上流側のフィルタ１２５ａも使用位置に設定するようにしてもよい。この場合には、下流側の開閉弁１２２ｂの閉弁後に検査ガスの流れを続行する際に、図１０に示すように、上流側の開閉弁１２２ａを開弁したまま、上流側のフィルタ１２５ａを非使用位置に設定することが好ましい。これにより、上流側のフィルタ１２５ａによる圧損の影響を極力受けずに、検査ガスを被検査体１１１に導入することができる。なお、下流側のフィルタ１２５ｂの位置は使用位置のままであってもよいし、非使用位置に設定してもよい。
【００６７】
以上のような設定後（下流側の開閉弁１２２ｂの閉弁後）、二つの圧力計１２３ａ、１２３ｂの検出する圧力値が同値となることを確認したところで、上流側の開閉弁１２２ａを閉弁する。これにより、被検査体１１１は気密下におかれることになる。なお、上流側の開閉弁１２２ａを閉弁の際に、上流側のフィルタ１２５ａの位置が非使用位置になっている場合には、開閉弁１２２ａの閉弁動作に連動してフィルタ１２５ａを使用位置に設定することが好ましい。そして最終的に、元圧開閉バルブ等を閉弁する。この時点で、二つの圧力計１２３ａ、１２３ｂにより各部の圧力値を計測する。ここでの上流側の圧力値をＰＤ１とし、下流側の圧力値をＰＤ２とする。
【００６８】
そしてこの状態を放置して、予め設定された所定時間経過後に、二つの圧力計１２３ａ、１２３ｂにより再度、各部の圧力値を計測する。ここでの上流側の圧力値をＰＬ１とし、下流側の圧力値をＰＬ２とする。被検査体１１１のリーク特性の評価は、各圧力計１２３ａ、１２３ｂの圧力値の計測結果に基づいて行われる。例えば、被検査体１１１にリークがない場合には、ＰＤ１＝ＰＬ１、且つＰＤ２＝ＰＬ２となる。
【００６９】
しかし、被検査体１１１の入口ポート側および出口ポート側の一方または両方になんらかのリークがある場合には、ＰＤ１とＰＬ１との間で、および／またはＰＤ２とＰＬ２との間で、圧力値に差が生じることになる。このようにして、被検査体１１１がおかれた気密空間の圧力変化に基づいて、被検査体１１１からのリークの有無を判定することができる。なお、この各圧力値の計測結果をコンピュータに取り込み、コンピュータによりリークの有無の判定を行ってもよいし、圧力計１２３ａ、１２３ｂの圧力値を視認可能にしておいて、オペレータが各圧力値の計測結果を基にリークの有無を判定してもよい。
【００７０】
以上のように、本実施形態のリーク検査装置１１０によれば、被検査体１１１の下流側では、フィルタ機構１２１ｂが開閉弁１２２ｂの閉弁動作に連動して動作し、フィルタ１２５ｂが使用位置に設定され、その後、開閉弁１２２ｂが下流側通路１１２ｂを閉塞する。これにより、閉弁動作過程における開閉弁１２２ｂへの異物の付着を防止することができるため、開閉弁１２２ｂの作動不良を好適に防止することができる。
【００７１】
したがって、開閉弁１２２ａ、１２２ｂからのリークを防止することができるため、被検査体１１１のリーク検査を正確に行うことができる。また、リーク検査の初期段階において、被検査体１１１を通過させるように検査ガスを流すときに、各開閉弁１２２ａ、１２２ｂの開動作に連動して各フィルタ１２５ａ、１２５ｂが非使用位置に設定されるため、各フィルタ１２５ａ、１２５ｂによる圧損の影響を受けずに検査ガスを流すことができる。
【００７２】
なお、以上の説明では、被検査体１１１の例として燃料電池を取り上げたが、被検査体１１１はもちろんこれに限るものではない。例えば、第１実施形態の燃料電池システム１における調圧弁３２やシャットバルブ（４８，５２）などの各種配管要素を、被検査体としてリーク検査を行うことができる。また、燃料電池のように、被検査体１１１自体に上流側通路１１２ａおよび下流側通路１１２ｂを直接的に接続する場合に限るものではない。例えば上記特許文献１に記載の容器のように、被検査体１１１となる容器を、密閉空間を構成する検査容器に収容させ、検査容器に上流側通路１１２ａおよび下流側通路１１２ｂを接続するようにしてもよい。なお、検査ガスとして不活性ガス等を用いたが、これに代えて、リーク検査装置１１０により画成される気密空間を真空としてリーク検査を行ってもよい。
【００７３】
＜第３実施形態＞
次に、図１１を参照して、開閉弁およびフィルタ機構の変形例について説明する。この開閉弁１５１およびフィルタ機構１５２のアッセンブリは、開閉弁１５１とフィルタ機構１５２とが機械的に連動するように構成されており、第１実施形態の開閉弁４４およびフィルタ機構４３や、第２実施形態の上流側または下流側の開閉弁１２２ａ，１２２ｂおよびフィルタ機構１２１ａ，１２１ｂに適用することができる。
【００７４】
図１１に示すように、開閉弁１５１は、全体としてアングル弁構造からなり、フィルタ機構１５２の下流側の通路１５３に設けられている。開閉弁１５１は、管内壁に形成した弁座１６１に弁体１６２が離接可能に構成されている。
【００７５】
フィルタ機構１５２は、開閉弁１５１の弁体１６２と同軸に配設されたフィルタ１７１と、フィルタ１７１の位置を設定するフィルタ作動機構１７２と、で構成されている。フィルタ１７１は、上記実施形態と同様に、フィルタエレメント１８１と、管内壁に形成したシート部１８２に離接可能なシール部１８３と、を有している。フィルタ作動機構１７２は、フィルタエレメント１８１の中心部に連結したロッド１９１と、ロッド１９１をその軸方向に進退させるアクチュエータ１９２と、を有している。
【００７６】
ここで、弁体１６２は、その中心部からロッド１９１を挿通させており、ロッド１９１との間にシール性を維持しながらロッド１９１に対して相対移動可能に構成されている。弁体１６２とフィルタ１７１とは、ロッド１９１の軸方向において例えば引張りばね１９５を介して接続されている。このような構成により、開閉弁１５１の開弁および閉弁は、フィルタ作動機構１７２が動作することにより、引張りばね１９５を介してなされることになる。
【００７７】
具体的には、開閉弁１５１が開弁される場合には、アクチュエータ１９２の駆動によりロッド１９１が縮退してフィルタ１７１がシート部１８２から離間するが、このとき引張りばね１９５を介して弁体１６２も弁座１６１から離間する。一方、開閉弁１５１が閉弁する場合には、アクチュエータ１９２の駆動によりロッド１９１が伸長してフィルタ１７１がシート部１８２に当接するが、このとき引張りばね１９５を介して弁体１６２も弁座１６１に当接するように移動する。この場合、弁体１６２の弁座１６１への当接は、引張りばね１９５のために、フィルタ１７１のシート部１８２への当接よりも遅れてなされることになる。
【００７８】
以上のように、本実施形態によれば、開閉弁１５１の閉弁動作に連動して動作するフィルタ１７１が、開閉弁１５１の閉弁が完了する前に使用位置（閉状態）に機械的に設定されることになる。これにより、上記各実施形態と同様に、閉弁動作過程に起因する開閉弁１５１の作動不良を好適に防止することができる。なお、このような開閉弁１５１とフィルタ１７１との連動機構にはその他の構造を適用することができることはいうまでもない。また、第１実施形態で説明したように、ろ過度の異なる各種のフィルタ１７１を交換してまたは同時に用いることなどもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図２】第１実施形態の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図３】第１実施形態の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図４】第１実施形態の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図５】第２実施形態に係るリーク検査装置の主要部の構成を示す構成図である。
【図６】被検査体である燃料電池の外観を模式的に示す斜視図である。
【図７】第２実施形態の下流側の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図８】第２実施形態の下流側の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図９】第２実施形態の下流側の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図１０】第２実施形態の上流側の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【図１１】第３実施形態の開閉弁および異物捕捉手段を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  燃料電池システム、２  燃料電池、３  配管ライン、４１  供給通路（通路）、４３  フィルタ機構（異物捕捉手段）、４４  開閉弁、９１  フィルタ、１１０  リーク検査装置、１１１  被検査体、１１２ａ  上流側通路、１１２ｂ  下流側通路、１２１ａ  フィルタ機構、１２１ｂ  フィルタ機構、１２２ａ  開閉弁、１２２ｂ  開閉弁、１２５ａ  フィルタ、１２５ｂ  フィルタ、１５１  開閉弁、１５２  フィルタ機構、１７１  フィルタ
【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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【図６】
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【図７】
2006079882.tif 000009
【図８】
2006079882.tif 000010
【図９】
2006079882.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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