(57)【要約】【課題】燃料電池の発電検査装置に並べられた中間板の断熱性を高めること。【解決手段】本発明に係る燃料電池の発電検査装置１０は、面同士が対向するように並べられ、隣接するそれぞれの隙間に燃料電池セル２２が設置される複数の中間板１６および中間板１７と、複数の中間板のうち最も外側に位置する中間板の、さらに外側に配置された絶縁板１８及び絶縁板１９と、を備える。そして、検査対象である燃料電池セル２２を、中間板１６、中間板１７、及び、絶縁板１８、絶縁板１９を締結し、燃料電池セル２２の発電特性を検査する。このとき、絶縁板１８及び絶縁板１９は、中間板１６及び中間板１７との接触面に複数の溝を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面同士が対向するように並べられ、隣接するそれぞれの隙間に燃料電池セルが設置される複数の中間板と、
前記複数の中間板のうち最も外側に位置する前記中間板の、さらに外側に配置された絶縁板と、を備え、
検査対象である前記燃料電池セルを、前記中間板及び前記絶縁板によって締結し、前記燃料電池セルの発電特性を検査する、燃料電池の発電検査装置であって、
前記絶縁板は、前記中間板との接触面に複数の溝を有する、
燃料電池の発電検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の発電検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスを混合することによって発電する燃料電池を用いたシステムが開発されている。この燃料電池システムに用いられる燃料電池は、ＦＣ（Fuel Cell＝燃料電池）セルを数百枚積層することにより、数百Ｖの電圧を発生させる。このＦＣセルを製造する際、複数のＦＣセルをまとめて検査する装置が用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の検査装置は、複数の中間板を並べ、並べた中間板の間に検査対象であるＦＣセルを配置する。最も外側に位置する中間板のさらに外側に、絶縁板を配置する。そしてこれらを締結して発電特性を評価する。
【０００４】
発電特性を評価する際、ＦＣセルは発熱する。また、ＦＣセルの温度と、発電特性には相関関係がある。そのため、中間板にはそれぞれ冷却水を通し、ＦＣセルの温度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−００２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような検査装置を用いた場合に、最も外側に位置するＦＣセルの放熱条件が、他のＦＣセルの放熱条件と異なることが問題となる。すなわち、中間板とＦＣセルとが交互に並べられている場合、中間板の両面には発熱をするＦＣセルと接している。一方、最も外側に位置するＦＣセルの外側に位置する中間板は、さらに外側に位置する絶縁板と接している。したがって、最も外側に位置する中間板の熱は絶縁板に伝わることになる。それに伴い、最も外側に位置するＦＣセルの温度は相対的に低くなる。そうすると、最も外側に位置するＦＣセルの発電特性が正しく評価できない虞がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の発電検査装置に並べられた中間板のうち、最も外側に位置する中間板と、中間板のさらに外側に位置する絶縁板との断熱性を高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池の発電検査装置は、面同士が対向するように並べられ、隣接するそれぞれの隙間に燃料電池セルが設置される複数の中間板と、前記複数の中間板のうち最も外側に位置する前記中間板の、さらに外側に配置された絶縁板と、を備え、検査対象である前記燃料電池セルを、前記中間板及び前記絶縁板によって締結し、前記燃料電池セルの発電特性を検査する、燃料電池の発電検査装置であって、前記絶縁板は、前記中間板との接触面に複数の溝を有するものである。
【０００９】
このような構成により、絶縁板が中間板との接触面に複数の溝を有する。これにより、中間板と絶縁板との間に空気層が形成される。空気層が形成されることにより、中間板の熱が絶縁板に伝わることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、燃料電池の発電検査装置に並べられた中間板のうち、最も外側に位置する中間板と、中間板のさらに外側に位置する絶縁板との断熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る発電検査装置１０の構造を説明するための模式図である。
【図２】実施の形態に係る発電検査装置１０の発電検査時の状態を説明するための模式図である。
【図３】実施の形態に係る発電検査装置１０における検査対象であるＦＣセル２２の概略図である。
【図４】実施の形態に係る発電検査装置１０における第２中間板１７の構造を説明するための模式図である。
【図５】実施の形態に係る発電検査装置１０における第２中間板１７の冷却水流路１７ｃを説明するための模式図である。
【図６】実施の形態に係る発電検査装置１０における第１中間板１６の構造を説明するための模式図である。
【図７】実施の形態に係る発電検査装置１０における第１絶縁板１８のｙｚ面図である。
【図８】実施の形態に係る発電検査装置１０における第２絶縁板１９のｙｚ面図である。
【図９】実施の形態に係る発電検査装置１０のＳ１−Ｓ１断面である。
【図１０】実施の形態に係る発電検査装置１０における第１絶縁板１８のＳ１−Ｓ１断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態＞
本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係る発電検査装置１０の構造を説明するための模式図である。発電検査装置１０は、複数のＦＣセルの発電特性を同時に検査することができる装置である。発電検査装置１０は、サーボモータ１１、送り軸１２、支持板１３、ガイド軸１４、第１締結板１５、第１中間板１６、第２中間板１７、第１絶縁板１８、第２絶縁板１９、第２締結板２０、ベース２１、燃料ガス供給管２３、燃料ガス排気管２４、酸化ガス供給管２５、酸化ガス排気管２６、及び冷却水循環管２７を備える。第２中間板１７には、検査対象であるＦＣセル２２が設置される。なお、図１以降の図を説明するにあたり、ｘｙｚ座標を設定している。紙面の左右方向がｘ軸、紙面の上下方向がｚ軸、そして、紙面に対して垂直な方向がｙ軸である。ｙ軸は紙面の奥から手前に向かう方向がプラス方向となっている。
【００１４】
次に、各構成の配置について説明する。サーボモータ１１は、送り軸１２に接続されており、送り軸１２をｘ軸プラス方向に押し出したり、ｘ軸マイナス方向に引き込んだりする。送り軸１２は第１締結板１５に連結されており、サーボモータ１１によりｘ軸プラス方向に押し出されたり、ｘ軸マイナス方向に引き込まれたりすることにより、第１締結板１５を移動させる。支持板１３は、ベース２１上に立設され、サーボモータ１１、送り軸１２を支持している。また、支持板１３は、ガイド軸１４の一端を支持している。
【００１５】
ガイド軸１４は、支持板１３と第２締結板２０によって支持されたガイド軸であり、第１締結板１５、第１中間板１６、第２中間板１７、第１絶縁板１８、第２絶縁板１９を貫通している。ガイド軸１４は、複数本設置されていることが好ましく、例えば、本実施例の場合には後述するように、４本設置されている。
【００１６】
第１締結板１５は、送り軸１２に連結し、さらにガイド軸１４により支持されており、ガイド軸１４に沿ってｘ軸方向に動くことができる。第１締結板１５は、第１絶縁板１８と並んで配置されている。
【００１７】
第１絶縁板１８は、ガイド軸１４に支持されており、ガイド軸１４に沿ってｘ軸方向に動くことができる。また、第１絶縁板１８は、第１締結板１５と第１中間板との間に配置されており、第１締結板１５と第１中間板とは接触した状態で連動するように接続されている。
【００１８】
第１中間板１６は、ガイド軸１４により支持されており、ガイド軸１４に沿ってｘ軸方向に動くことができる。また、第１中間板１６は、第１絶縁板１８と、第２中間板１７との間に配置されている。また、第１中間板１６は、第１絶縁板とは接触した状態で連動するように接続されている。
【００１９】
第２中間板１７は、ガイド軸１４により支持されており、ガイド軸１４に沿ってｘ軸方向に動くことができる。また、第２中間板１７は、第１中間板１６と、第２絶縁板１９との間に複数配置されている。第２中間板は、ＦＣセル２２を保持することができる構造になっており、設置された第２中間板の数だけＦＣセル２２を検査することができる。
【００２０】
第２絶縁板１９は、ガイド軸１４により支持されており、第２中間板１７と、第２締結板２０との間に配置されている。
【００２１】
第２締結板２０は、ベース２１に立設されており、ガイド軸１４の一端を支持している。また、第２締結板２０は、第２絶縁板に隣接して配置されている。さらに、第２締結板２０は、燃料ガス供給管２３、燃料ガス排気管２４、酸化ガス供給管２５、及び、酸化ガス排気管２６に接続されている。
【００２２】
燃料ガス供給管２３及び燃料ガス排気管２４は、第２締結板２０と、図示しない燃料ガス供給装置とを接続している。燃料ガス供給管２３は、発電検査の際に、燃料ガスを発電検査装置１０に導く。また、燃料ガス排気管２４は、発電検査において使用されなかった燃料ガスを発電検査装置１０の外へ排出する。排出された燃料ガスは、燃料ガス排気管２４を経由した後に、燃料ガス供給管２３に循環してもよい。
【００２３】
酸化ガス供給管２５は、第２締結板２０と、図示しない酸化ガス供給装置とを接続しており、発電検査の際に、酸化ガスを発電検査装置１０に導く。また、酸化ガス排気管２６は、第２締結板に接続しており、発電検査において使用されなかった酸化ガス及び発電によって発生した水を発電検査装置１０の外へ排出する。
【００２４】
冷却水循環管２７は、第１中間板１６、第２中間板１７、及び、図示しない冷却水循環装置を接続し、冷却水を循環させる。
【００２５】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施の形態に係る発電検査装置１０の動きについて説明する。図１は、サーボモータ１１により送り軸１２が引き込まれた状態である。そして、送り軸１２に連結された第１締結板１５、第１絶縁板１８、及び第１中間板１６が所定の位置に停止している。
【００２６】
ここで、第１絶縁板１８と、第２絶縁板１９との間には、第１中間板及び複数の第２中間板１７が配置されている。第１中間板１６及び複数の第２中間板１７は、図示しない連結機構を有しており、隣接する互いの隙間が略均等になるように設定されている。図１の状態において、作業者又は搬送ロボットは、検査対象となるＦＣセル２２を第２中間板１７にそれぞれ設置する。
【００２７】
図２は、実施の形態に係る発電検査装置１０の発電検査時の状態を説明するための模式図である。ＦＣセル２２が第２中間板１７に設置された後、サーボモータ１１は、送り軸１２をｘ軸プラス方向に押し出す。サーボモータ１１は、送り軸１２を押し出して、ＦＣセル２２、第１中間板１６、及び第２中間板１７を密着させたうえで締結する。
【００２８】
発電検査装置１０は、ＦＣセル２２、第１中間板１６、及び第２中間板１７を密着させ締結した後、発電検査を行う。具体的には、発電検査装置１０は、燃料ガス供給管２３から燃料ガスが供給され、酸化ガス供給管から酸化ガスが供給される。そして、各ＦＣセル２２は、供給されたガスを反応させて発電を行う。さらに、冷却水循環装置は、第１中間板１６及び第２中間板１７を冷却する。また、第２中間板１７は、図示しないセルモニタに接続されており、各ＦＣセル２２が発電することにより出力する電圧、電流などを測定する。このようにして、発電検査装置１０は、複数のＦＣセル２２の発電能力を同時に検査する。
【００２９】
次に、図３を参照しながら、ＦＣセル２２について説明する。図３は、実施の形態に係る発電検査装置１０における検査対象であるＦＣセル２２の概略図である。ＦＣセル２２は、穴２２１〜２２４、及び、発電部２２５を備える。穴２２１は、燃料ガス供給用の貫通穴である。ＦＣセル２２は燃料ガス供給用の穴２２１から燃料ガスの供給を受け、発電部２２５へ燃料ガスを導く。穴２２２は、燃料ガス排出用の貫通穴である。ＦＣセル２２は、発電部２２５で使用されなかった燃料ガスを穴２２２から排出する。穴２２３及び穴２２４は、酸化ガス透過用の貫通穴である。ＦＣセル２２は、酸化ガス透過用の穴２２３から酸化ガスの供給を受け、発電部２２５へ酸化ガスを導く。そして、発電部２２５で使用されなかった酸化ガス及び発電の際に発生した水を穴２２４から排出する。なお、穴２２１〜２２４が貫通穴となっている。これは、隣接する他のＦＣセル２２に燃料ガス及び酸化ガスをそれぞれ順次送り込むためである。発電部２２５は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受け、これを反応させることにより発電する。
【００３０】
ＦＣセル２２は、発電をする際、図３に示した発電部２２５において発熱する。ＦＣセル２２の発電効率は、温度との相関関係を有することが分かっている。すなわち、発電検査をしている際に、検査ロットによって温度がばらついたり、検査装置内において温度に差があったりすると、正しい検査を行うことが困難となる。そこで、発電検査装置１０は、各ＦＣセル２２の温度を所定の範囲に維持することが求められる。
【００３１】
次に、図４を参照しながら、第２中間板１７について説明する。図４は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第２中間板１７の構造を説明するための模式図である。第２中間板１７は、ＦＣセル２２を保持し、ＦＣセル２２の温度を所定の範囲に維持する機能を有する。
【００３２】
以下に第２中間板１７の詳細について説明する。第２中間板１７は、ガイド穴１７１、保持部１７２、穴１７３〜１７６、給水管１７７、排水管１７８を備える。ガイド穴１７１は、第２中間板１７の角部近傍４か所にそれぞれ設けられており、ガイド軸１４が嵌合する貫通穴である。保持部１７２は、ＦＣセル２２を保持するための突起である。ＦＣセル２２は二点鎖線で示した範囲１７ａに保持される。また二点鎖線で示した範囲１７ｂは、図３において示したＦＣセル２２の発電部２２５に対応した部分である。
【００３３】
穴１７３〜１７６は、それぞれＦＣセル２２の穴２２１〜２２４に対応した貫通穴である。すなわち、穴１７３は燃料ガスを隣接する各ＦＣセル２２に供給するための貫通穴である。穴１７４は発電の際に使用されなかった燃料ガスが隣接する各ＦＣセル２２から送り込まれるための貫通穴である。穴１７５は各ＦＣセル２２に酸化ガスを供給するための貫通穴である。穴１７６は発電の際に使用されなかった酸化ガス及び発電の際に発生した水を排出するための貫通穴である。
【００３４】
給水管１７７及び排水管１７８は、冷却水循環管２７にそれぞれ接続されている。給水管１７７は、第２中間板１７の内部に冷却水を導くように配管された管である。排水管１７８は、第２中間板１７の内部を通過した冷却水を外部へ排出するための管である。
【００３５】
次に、図５を参照しながら、第２中間板１７内部の冷却水配管について説明する。図５は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第２中間板１７の冷却水流路１７ｃを説明するための模式図である。図５に示す冷却水流路１７ｃは、第２中間板１７の内部に形成された配管である。給水管１７７は、冷却水循環管２７から冷却水の供給を受けて冷却水流路１７ｃを通過する。冷却水は、冷却水流路１７ｃを通過する際に、冷却水の熱と、ＦＣセル２２から第２中間板１７に伝えられた熱とを交換することにより温められる。そして、温められた冷却水は、排水管１７８を経由して冷却水循環管２７へ排出される。
【００３６】
このように、ＦＣセル２２の発電部２２５から伝えられた熱は、冷却水流路１７ｃに流れる冷却水に伝わる。そのため、冷却水流路１７ｃは、図４の範囲１７ａに対応する部分において複数の水路が形成された構造となっている。
【００３７】
次に、図６を参照しながら、第１中間板１６について説明する。図６は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第１中間板１６の構造を説明するための模式図である。第１中間板は、穴１７３〜１７６を有していないことを除けば、第２中間板１７と同じ構成である。よってその他の部分に関する説明は省略する。第１中間板１６は、燃料ガス供給管２３及び燃料ガス排気管２４から最も遠くに位置する。すなわち、第１中間板１６の外側にはＦＣセル２２がなく、燃料ガス及び酸化ガスをこれ以上送り込む必要がない。よって、第１中間板１６には、穴１７３〜１７６がない。
【００３８】
次に、図７を参照しながら、第１絶縁板１８について説明する。図７は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第１絶縁板１８のｙｚ面図である。第１絶縁板１８は、穴１８１、第１溝１８２、第２溝１８３、及び、第３溝１８４を備える。第１絶縁板１８は、第１中間板１６の熱を逃がさないため、剛性があり、且つ、熱伝導率の低い材料で作られていることが好ましい。材料は、例えば、エポキシ系やフェノール系などの樹脂である。
【００３９】
穴１８１は、第１絶縁板１８の角部近傍４か所にそれぞれ設けられており、ガイド軸１４が嵌合する貫通穴である。第１溝１８２は、第１中間板の範囲１７ｂに対応した部分に設けられた溝である。第２溝１８３は、第１溝１８２の外側部分に設けられた溝であり、ＦＣセル２２の非発電部分に対応している。換言すると、第２溝１８３の範囲は、図４において示した範囲１７ａの内側、且つ、範囲１７ｂの外側に対応している。第３溝１８４は、第２溝１８３の外側部分に設けられた溝である。
【００４０】
ところで、本実施の形態において、第１溝１８２は、第１中間板１６の内部に設けられた冷却水流路１７ｃの形状に対応した溝を有する。すなわち、冷却水流路１７ｃの溝に対応した溝が形成され、且つ、格子状になっている。こうすることにより、第１中間板１６に対する断熱性を維持しつつ、第１中間板１６を面で押さえる圧力を損なわない。
【００４１】
次に、図８を参照しながら、第２絶縁板１９について説明する。図８は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第２絶縁板１９のｙｚ面図である。第２絶縁板１９は、穴１９１〜１９４、及び、溝１９５〜１９７を除いて、第１絶縁板１８と同じである。したがって、重複する説明は省略する。
【００４２】
穴１９１及び穴１９２は、燃料ガスを通過させるための貫通穴である。また、穴１９３及び穴１９４は、酸化ガスを通過させるための貫通穴である。ここに挙げた穴１９１〜１９４を通過するそれぞれのガスは分離して通過させる必要がある。そこで、溝１９５〜１９７は、それぞれのガスが分離して通過するように形成されている。
【００４３】
次に、図９を参照しながら、図８に示したＳ１−Ｓ１において断面を切った場合の構成について説明する。図９は、実施の形態に係る発電検査装置１０のＳ１−Ｓ１断面である。
【００４４】
酸化ガスを供給するための穴は、酸化ガス供給管２５から、第２締結板２０、第２絶縁板１９、第２中間板１７、及びＦＣセル２２を順次貫通する。同様に、酸化ガスを排出するための穴は、ＦＣセル２２、第２中間板１７、第２絶縁板１９、第２締結板２０、及び、酸化ガス排気管２６を順次貫通する。
【００４５】
第１絶縁板１８の断面を見ると、第１溝１８２、第２溝１８３、及び第３溝１８４がそれぞれ形成されている。このように、第１絶縁板１８には、第１中間板１６と接触する面に、複数の溝が形成されている。これにより、第１絶縁板１８には空気の断熱層が形成され、第１中間板１６から熱が伝わることを抑制することができる。同様に、第２絶縁板１９の断面を見ると、第１溝１８２、第２溝１８３、及び第３溝１８４がそれぞれ形成されている。このように、第２絶縁板１９には、第２中間板１７と接触する面に、複数の溝が形成されている。これにより、第２絶縁板１９には空気の断熱層が形成され、第２中間板１７から熱が伝わることを抑制することができる。
【００４６】
また、図９によれば、第１中間板１６及び第２中間板１７に形成された冷却水流路１７ｃの溝と、第１絶縁板１８及び第２絶縁板１９に形成された断熱用の第１溝１８２とは、ｚ方向の位置が一致している。すなわち、溝の形成されていない部分もそれぞれ対応して形成されている。したがって、第１締結板１５と第２締結板２０との間に密着している第１絶縁板１８、第１中間板１６、第２中間板１７、ＦＣセル２２、及び、第２絶縁板１９は、それぞれ溝の形成されていない部分が一致している。これにより、第１中間板１６及び第２中間板１７が撓むことなく、ＦＣセル２２が受ける面圧を維持することができる。
【００４７】
第１絶縁板１８及び第２絶縁板１９の溝をこのように形成することによって、燃料電池の発電検査装置に並べられた中間板のうち、最も外側に位置する中間板と、中間板のさらに外側に位置する絶縁板との断熱性を高めることができる。また、第１中間板１６、第２中間板１７、第１絶縁板１８、及び第２絶縁板１９を締結してＦＣセル２２の発電特性を検査する際の、ＦＣセル２２が受ける面圧を維持することができる。
【００４８】
次に、図１０を参照しながら、第１絶縁板１８の各溝の深さについて説明する。図１０は、実施の形態に係る発電検査装置１０における第１絶縁板１８のＳ１−Ｓ１断面図である。第１絶縁板１８に形成された第１溝１８２の深さは、深さｄ１である。同様に、第２溝１８３の深さは、深さｄ２であり、第３溝１８４の深さは、深さｄ３である。このとき、本実施の形態は、それぞれの溝の深さがｄ１＜ｄ２＜ｄ３の関係になっている。これにより、図４の１７ｂに対応した溝である第１溝１８２の面圧を維持するための第１絶縁板１８の厚み１８ｔを維持しつつ、外周部分の溝を深くして断熱性を高めることができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、ここで説明した内容に加えて、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】
【００５０】
１０  発電検査装置
１５  第１締結板
１６  第１中間板
１７  第２中間板
１８  第１絶縁板
１９  第２絶縁板
２０  第２締結板
２２  ＦＣセル
１８２  第１溝
１８３  第２溝
１８４  第３溝
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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