(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを構成するために燃料電池セルを積層した際の短絡箇所の形成を抑制できる燃料電池セルの短絡検査装置を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係る燃料電池セル１０の短絡検査装置１は、燃料電池セル１０を挟み込む第１の治具２及び第２の治具３と、第１の治具２に設けられ、第１の治具２の側に配置されたセパレータ１１における位置決め孔１１ｃの周縁部を第２の治具３の側に押し込む第１の矯正部４と、第２の治具３に設けられ、第２の治具３の側に配置されたセパレータ１２における位置決め孔１２ｃの周縁部を第１の治具２の側に押し込む第２の矯正部５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータによってＭＥＧＡシートとシール部材とが一体化された被挟持部材を挟持し、前記セパレータの端部に形成された位置決め孔及び前記被挟持部材の端部に形成された位置決め孔にピンを挿入して、前記セパレータと前記被挟持部材とを位置決めした状態で、前記セパレータと前記被挟持部材とを接合した燃料電池セルの短絡検査装置であって、
前記燃料電池セルを挟み込む第１の治具及び第２の治具と、
前記第１の治具に設けられ、前記第１の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部を前記第２の治具の側に押し込み、前記第１の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部の前記第１の治具の側への変形を矯正する第１の矯正部と、
前記第２の治具に設けられ、前記第２の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部を前記第１の治具の側に押し込み、前記第２の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部の前記第２の治具の側への変形を矯正する第２の矯正部と、
を備える、燃料電池セルの短絡検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルの短絡検査装置に関し、例えば、セパレータによってＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）シートとシール部材とが一体化された被挟持部材を挟持し、セパレータの端部に形成された位置決め孔及び被挟持部材の端部に形成された位置決め孔にピンを挿入してセパレータと被挟持部材とを位置決めした状態で、セパレータと被挟持部材とを接合した燃料電池セルの短絡検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の燃料電池セルの製造方法は、図３及び図４に示すように、第１のセパレータ１１に形成された位置決め孔１１ｃ、第２のセパレータ１２に形成された位置決め孔１２ｃ、及びＭＥＧＡシート１４とシール部材１５とが一体化された被挟持部材１３に形成された位置決め孔１５ａにピン２１を挿入して、第１のセパレータ１１と、被挟持部材１３と、第２のセパレータ１２と、を積層して位置決めし、第１のセパレータ１１、被挟持部材１３及び第２のセパレータ１２を一体的に接合することで、燃料電池セル１０を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１０３０６９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、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２とで被挟持部材１３を挟持するように、第１のセパレータ１１、被挟持部材１３及び第２のセパレータ１２を積層する際に、第２のセパレータ１２が第１のセパレータ１１や被挟持部材１３に対して位置ズレして積層される場合がある。
【０００５】
この場合、図５に示すように、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃにピン２１を挿入する際に、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部がピン２１の挿入方向の側に変形したり、図６に示すように、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部がピン２１の抜去方向の側に変形したり、する。
【０００６】
そのため、燃料電池スタックを構成するために、図７に示すように、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部がピン２１の挿入方向の側に変形した燃料電池セル１０と、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部がピン２１の抜去方向の側に変形した燃料電池セル１０と、を積層した場合、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部同士が接触して短絡箇所を形成する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、燃料電池スタックを構成するために燃料電池セルを積層した際の短絡箇所の形成を抑制できる燃料電池セルの短絡検査装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る燃料電池セルの短絡検査装置は、セパレータによってＭＥＧＡシートとシール部材とが一体化された被挟持部材を挟持し、前記セパレータの端部に形成された位置決め孔及び前記被挟持部材の端部に形成された位置決め孔にピンを挿入して、前記セパレータと前記被挟持部材とを位置決めした状態で、前記セパレータと前記被挟持部材とを接合した燃料電池セルの短絡検査装置であって、
前記燃料電池セルを挟み込む第１の治具及び第２の治具と、
前記第１の治具に設けられ、前記第１の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部を前記第２の治具の側に押し込み、前記第１の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部の前記第１の治具の側への変形を矯正する第１の矯正部と、
前記第２の治具に設けられ、前記第２の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部を前記第１の治具の側に押し込み、前記第２の治具の側に配置されたセパレータにおける位置決め孔の周縁部の前記第２の治具の側への変形を矯正する第２の矯正部と、
を備える。
このような構成により、第１のセパレータの位置決め孔の周縁部周辺の変形及び第２のセパレータの位置決め孔の周縁部周辺の変形を燃料電池セルの内側への変形のみに統一することができる。そのため、燃料電池スタックを構成するために燃料電池セルを積層した際に、燃料電池セルのセパレータにおける隣接する燃料電池セルのセパレータとの接触を抑制することができ、短絡箇所の形成を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池スタックを構成するために燃料電池セルを積層した際の短絡箇所の形成を抑制できる燃料電池セルの短絡検査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態の燃料電池セルの短絡検査装置を模式的に示す部分断面図である。
【図２】一般的な燃料電池セルを模式的に示す平面図である。
【図３】一般的な燃料電池セルを製造するために、第１のセパレータ、被挟持部材及び第２のセパレータを積層して位置決めした状態を示す断面図である。
【図４】一般的な燃料電池セルを製造するために、第１のセパレータの位置決め孔、被挟持部材の位置決め孔及び第２のセパレータの位置決め孔にピンを挿入した状態を示す断面図である。
【図５】一般的な燃料電池セルを製造するために、第１のセパレータの位置決め孔、被挟持部材の位置決め孔及び第２のセパレータの位置決め孔にピンを挿入した状態を示す異なる断面図である。
【図６】一般的な燃料電池セルを製造するために、第１のセパレータの位置決め孔、被挟持部材の位置決め孔及び第２のセパレータの位置決め孔にピンを挿入した状態を示す異なる断面図である。
【図７】燃料電池スタックを構成するために、一般的な燃料電池セルを積層した状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
図１は、本実施の形態の燃料電池セルの短絡検査装置（以下、単に短絡検査装置と省略する場合がある。）を模式的に示す部分断面図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。
【００１３】
短絡検査装置１は、図１に示すように、燃料電池セル１０の短絡を検査するための装置である。先ず、検査対象である燃料電池セル１０の構成を説明する。なお、燃料電池セル１０の構成自体は、発明の本質的部分ではないため、簡単に説明する。
【００１４】
図２は、一般的な燃料電池セルを模式的に示す平面図である。図３は、一般的な燃料電池セルを製造するために、第１のセパレータ、被挟持部材及び第２のセパレータを積層して位置決めした状態を示す断面図である。
【００１５】
燃料電池セル１０は、図１及び図３に示すように、第１のセパレータ１１、第２のセパレータ１２及び被挟持部材１３を備えている。第１のセパレータ１１は、アノード側セパレータ又はカソード側セパレータの一方を構成する。第１のセパレータ１１の周縁部には、Ｚ軸−側にクランク状に折り曲げられたクランク部１１ａが形成されており、当該クランク部１１ａにおける外側の平坦部（即ち、端部）１１ｂにＺ軸方向に貫通する位置決め孔１１ｃが形成されている。
【００１６】
第２のセパレータ１２は、アノード側セパレータ又はカソード側セパレータの他方を構成する。第２のセパレータ１２の周縁部には、Ｚ軸＋側にクランク状に折り曲げられたクランク部１２ａが形成されており、当該クランク部１２ａにおける外側の平坦部（即ち、端部）１２ｂにＺ軸方向に貫通する位置決め孔１２ｃが形成されている。これらの第１のセパレータ１１及び第２のセパレータ１２は、例えば、チタンなどの金属材料を用いて構成することができる。
【００１７】
被挟持部材１３は、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２とで挟持されており、ＭＥＧＡシート１４及びシール部材１５を備えている。ＭＥＧＡシート１４は、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体、及び当該膜電極接合体の両面に配置されたガス拡散層を備えており、発電モジュールとして機能する。
【００１８】
シール部材１５は、図２に示すように、ＭＥＧＡシート１４の周囲を取り囲むように配置されており、当該シール部材１５の内部にＭＥＧＡシート１４が配置された状態で固定されている。シール部材１５は、加熱しつつ圧力を印加（熱圧着）することで第１のセパレータ１１及び第２のセパレータ１２と接着する材料で構成されている。そして、シール部材１５の外周縁部（即ち、端部）には、Ｚ軸方向に貫通する位置決め孔１５ａが形成されている。
【００１９】
シール部材１５のＺ軸−側の面は、ＭＥＧＡシート１４を囲むように、第１のセパレータ１１のクランク部１１ａにおける内側の平坦部１１ｄのＺ軸＋側の面と熱圧着されている。一方、シール部材１５のＺ軸＋側の面は、ＭＥＧＡシート１４を囲むように、第２のセパレータ１２のクランク部１２ａにおける内側の平坦部１２ｄのＺ軸−側の面と熱圧着されている。このとき、シール部材１５は、アノードガス経路及びカソードガス経路を確保するように第１のセパレータ１１及び第２のセパレータ１２に熱圧着されている。
【００２０】
このようにシール部材１５が第１のセパレータ１１及び第２のセパレータ１２に熱圧着された状態で、シール部材１５の外周縁部は、第１のセパレータ１１のクランク部１１ａにおける外側の平坦部１１ｂと第２のセパレータ１２におけるクランク部１２ａにおける外側の平坦部１２ｂとの間に配置されている。そして、燃料電池セル１０をＺ軸方向から見て、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃとシール部材１５の位置決め孔１５ａと第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃとは、略重なるように配置されている。
【００２１】
ここで、燃料電池セル１０は、図２に示すように、燃料電池セル１０をＺ軸方向に貫通する複数の連通孔１６を備えており、連通孔１６を介してアノードガスなどがＭＥＧＡシート１４に供給されたり、ＭＥＧＡシート１４から排出されたり、する。そして、燃料電池スタックを構成する際に隣接する燃料電池セル１０との間で、アノードガスなどの漏れを抑制するために、所定の連通孔１６の周囲及び全ての連通孔１６を取り囲むように、燃料電池セル１０のＺ軸＋側の面及びＺ軸−側の面にガスケット１７が設けられている。
【００２２】
このような燃料電池セル１０を製造する際には、図３に示すように、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃ、被挟持部材１３のシール部材１５の位置決め孔１５ａ、及び第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃに、載置台２０からＺ軸＋側に突出するピン２１を通して相互に位置決めしつつ、Ｚ軸−側から順に第１のセパレータ１１、被挟持部材１３及び第２のセパレータ１２を載置台２０のＺ軸＋側の面に積層する。そして、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２とでシール部材１５を挟み込んで圧力を印加しつつ加熱することで、第１のセパレータ１１、被挟持部材１３及び第２のセパレータ１２を一体化する。
【００２３】
次に、本実施の形態の短絡検査装置１の構成を説明する。短絡検査装置１は、図１に示すように、第１の治具２、第２の治具３、第１の矯正部４及び第２の矯正部５を備えている。
【００２４】
第１の治具２は、第２の治具３とで燃料電池セル１０をＺ軸方向で挟み込む。詳細には、第１の治具２は、Ｚ軸方向から見て、燃料電池セル１０の第１のセパレータ１１より広く、板体を基本形態としている。そして、第１の治具２は、Ｚ軸＋側の面に第１の面２ａ及び第２の面２ｂを備えている。
【００２５】
第１の面２ａは、例えば、Ｚ軸方向から見て、ＭＥＧＡシート１４と略等しい形状とされており、ＸＹ面と略平行な平坦面である。第２の面２ｂは、例えば、第１の面２ａを取り囲み、第１の面２ａに対してＺ軸−側に配置されたＸＹ面と略平行な平坦面である。
【００２６】
第２の治具３は、第１の治具２をＹ軸と平行な軸を対称軸として反転させた構成であり、第１の治具２に対して線対称の関係である。そのため、第２の治具３は、第１の治具２に対してＺ軸＋側に配置されており、Ｚ軸−側の面に第１の面３ａ及び第２の面３ｂを備えている。
【００２７】
第１の矯正部４は、第１の治具２の第２の面２ｂからＺ軸＋側に突出するように当該第１の治具２に設けられた突出部である。そして、第１の矯正部４は、第１の治具２と第２の治具３とで燃料電池セル１０を挟み込んだ際に、少なくとも第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺をＺ軸＋側に押し込むことができるように配置されている。
【００２８】
第１の矯正部４のＺ軸方向の高さは、例えば、第１のセパレータ１１のクランク部１１ａにおける外側の平坦部１１ｂがＸＹ面と略平行に配置された状態で当該平坦部１１ｂに接触する高さを有する。
【００２９】
第２の矯正部５は、第２の治具３の第２の面３ｂからＺ軸−側に突出するように当該第２の治具３に設けられた突出部である。そして、第２の矯正部５は、第１の治具２と第２の治具３とで燃料電池セル１０を挟み込んだ際に、少なくとも第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺をＺ軸−側に押し込むことができるように配置されている。
【００３０】
第２の矯正部５のＺ軸方向の高さは、例えば、第２のセパレータ１２のクランク部１２ａにおける外側の平坦部１２ｂがＸＹ面と略平行に配置された状態で当該平坦部１２ｂに接触する高さを有する。
【００３１】
次に、本実施の形態の短絡検査装置１を用いて燃料電池セル１０の短絡検査を実施する流れを説明する。先ず、第１の治具２のＺ軸＋側の面に燃料電池セル１０を配置する。このとき、Ｚ軸方向から見て、大凡、第１の治具２の第１の面２ａと燃料電池セル１０のＭＥＧＡシート１４とが重なるように配置される。また、Ｚ軸方向から見て、第１の矯正部４は、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺と重なるように配置される。
【００３２】
次に、燃料電池セル１０のＺ軸＋側の面に第２の治具３を配置する。このとき、Ｚ軸方向から見て、大凡、第２の治具３の第１の面３ａと燃料電池セル１０のＭＥＧＡシート１４とが重なるように配置される。また、Ｚ軸方向から見て、第２の矯正部５は、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺と重なるように配置される。
【００３３】
そして、第１の治具２と第２の治具３とで燃料電池セル１０を挟み込むと、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺がＺ軸−側に変形している場合、第１の矯正部４は、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺に接触して当該位置決め孔１１ｃの周縁部周辺をＺ軸＋側に押し込む。
【００３４】
一方、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺がＺ軸＋側に変形している場合、第２の矯正部５は、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺に接触して当該位置決め孔１２ｃの周縁部周辺をＺ軸−側に押し込む。
【００３５】
これにより、載置台２０のピン２１の抜去に伴って第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺がＺ軸−側に変形していても、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺を第１の矯正部４でＺ軸＋側に押し込んで矯正することができる。
【００３６】
また、載置台２０のピン２１の挿入に伴って第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺がＺ軸＋側に変形していても、第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺を第２の矯正部５でＺ軸−側に押し込んで矯正することができる。
【００３７】
その結果、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺の変形及び第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺の変形は、燃料電池セル１０の内側への変形のみに統一される。
【００３８】
次に、外部から第１のセパレータ１１及び第２のセパレータ１２に電圧を印加し、燃料電池セル１０の内部に流れる電流を検出することで、燃料電池セル１０で生じている短絡を検出する。
【００３９】
このような短絡検査装置１は、燃料電池セル１０の短絡を検査しつつ、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺及び第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺の変形を矯正することができる。
【００４０】
詳細には、短絡検査装置１を用いて燃料電池セル１０の短絡を検査すると、第１のセパレータ１１の位置決め孔１１ｃの周縁部周辺の変形及び第２のセパレータ１２の位置決め孔１２ｃの周縁部周辺の変形を燃料電池セル１０の内側への変形のみに統一することができる。
【００４１】
そのため、燃料電池スタックを構成するために、燃料電池セル１０を積層した際に、燃料電池セル１０のセパレータにおける隣接する燃料電池セル１０のセパレータとの接触を抑制することができ、短絡箇所の形成を抑制できる。
【００４２】
ちなみに、短絡検査装置１は、アノードガス経路及びカソードガス経路の内部への異物の侵入を検出する検出部６を備えているとよい。検出部６は、例えば、接触センサなどを備えており、第１の治具２及び第２の治具３に各々、対向するように設けられている。そして、燃料電池セル１０のアノードガス経路又はカソードガス経路をＺ軸方向で検出部６によって挟み込むことで、アノードガス経路又はカソードガス経路の内部への異物の侵入を検出することできる。
【００４３】
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】
【００４４】
１  燃料電池セルの短絡検査装置
２  第１の治具、２ａ  第１の面、２ｂ  第２の面
３  第２の治具、３ａ  第１の面、３ｂ  第２の面
４  第１の矯正部
５  第２の矯正部
６  検出部
１０  燃料電池セル
１１  第１のセパレータ、１１ａ  クランク部、１１ｂ  外側の平坦部、１１ｃ  位置決め孔、１１ｄ  内側の平坦部
１２  第２のセパレータ、１２ａ  クランク部、１２ｂ  外側の平坦部、１２ｃ  位置決め孔、１２ｄ  内側の平坦部
１３  被挟持部材
１４  ＭＥＧＡシート
１５  シール部材、１５ａ  位置決め孔
１６  連通孔
１７  ガスケット
２０  載置台
２１  ピン
【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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