JP2007042406A - Crack detecting method for fuel cell separator and manufacturing method of fuel cell stack - Google Patents

Crack detecting method for fuel cell separator and manufacturing method of fuel cell stack Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crack detecting method for a fuel cell separator capable of detecting even a micro crack that could not be detected by conventional nondestructive flaw-detecting methods such as ultrasonic or X-ray ones or a leak check, as well as a manufacturing method of a fuel cell stack. <P>SOLUTION: (1) The crack detecting method for the fuel cell separator gives the separator 18 a load promoting crack, and then detects the crack of the separator 18. (2) The manufacturing method of the fuel cell stack includes a loading process 104 giving the separator a load promoting the crack, and a crack detecting process 105 detecting a crack of the separator. (3) The loading process 104 is a process of applying a thermal load by passing fluid with a temperature higher than a separator temperature at operation of the fuel cell in a fluid path of the separator. (4) The loading process 104 is a process of applying a pressure load by passing fluid with a pressure higher than fluid pressure at the separator at operation of the fuel cell in a fluid path of the separator. (5) The crack detecting process 105 is a process of leak check. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池セパレータの亀裂検出方法、および、その亀裂検出方法で亀裂を検出されなかったセパレータを有する、燃料電池スタックの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for detecting a crack in a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell stack having a separator in which no crack is detected by the crack detection method.

特開２０００−２８５９３４号公報は、燃料電池セパレータの亀裂を超音波などにより検査する方法を開示している。
特開２０００−２８５９３４号公報 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-285934 discloses a method for inspecting a crack of a fuel cell separator by ultrasonic waves or the like.
JP 2000-285934 A

しかし、カーボンセパレータに内在する微小亀裂は、超音波、Ｘ線等の非破壊探傷方法では検出困難である。
また、リークチェックによりセパレータの亀裂を検出する方法では、所定検査時間内に微小な亀裂を検出することができない。その結果、リークチェックをくぐり抜けた微小亀裂が、燃料電池運転時に熱や圧力の負荷が繰り返しかかった時に進展して許容値を越える亀裂に成長し、燃料電池の寿命を低減させるといる課題がある。 However, micro cracks inherent in the carbon separator are difficult to detect by nondestructive flaw detection methods such as ultrasonic waves and X-rays.
In addition, the method of detecting a crack in the separator by leak check cannot detect a minute crack within a predetermined inspection time. As a result, there is a problem that the microcracks that have passed through the leak check will develop into cracks that exceed the allowable value when they are repeatedly subjected to heat and pressure loads during fuel cell operation, reducing the life of the fuel cell .

本発明の目的は、従来の超音波、Ｘ線等の非破壊探傷方法、リークチェックでは検出できなかった微小亀裂でも検出できる燃料電池セパレータの亀裂検出方法および燃料電池スタックの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a conventional nondestructive flaw detection method using ultrasonic waves, X-rays, etc., a crack detection method for a fuel cell separator that can detect even microcracks that could not be detected by a leak check, and a method for manufacturing a fuel cell stack. It is in.

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
（１） セパレータに亀裂を促進させる負荷を与え、ついでセパレータの亀裂を検出する燃料電池セパレータの亀裂検出方法。
（２） セパレータに対して亀裂を促進させる負荷を与える負荷工程と、セパレータの亀裂を検出する亀裂検出工程とを、含む燃料電池スタックの製造方法。
（３） 前記負荷工程は、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータ温度以上の温度の流体を流して、熱負荷をかける工程である（２）記載の燃料電池スタックの製造方法。
（４） 前記負荷工程は、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータでの流体圧力以上の圧力の流体を流して、圧力負荷をかける工程である（２）または（３）記載の燃料電池スタックの製造方法。
（５） 前記亀裂検出工程は、リークチェック工程である（２）または（３）または（４）記載の燃料電池スタックの製造方法。 The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) A method for detecting cracks in a fuel cell separator, which applies a load for promoting cracks to the separator and then detects cracks in the separator.
(2) A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising: a loading step for applying a load for promoting cracking to the separator; and a crack detection step for detecting a crack in the separator.
(3) The method of manufacturing a fuel cell stack according to (2), wherein the loading step is a step of applying a thermal load by flowing a fluid having a temperature equal to or higher than a separator temperature during fuel cell operation to a fluid flow path of the separator.
(4) The fuel according to (2) or (3), wherein the loading step is a step of applying a pressure load by causing a fluid having a pressure equal to or higher than a fluid pressure at the separator during fuel cell operation to flow through the fluid passage of the separator. A battery stack manufacturing method.
(5) The method for manufacturing a fuel cell stack according to (2), (3), or (4), wherein the crack detection step is a leak check step.

上記（１）の燃料電池セパレータの亀裂検出方法、上記（２）のスタックの製造方法によれば、セパレータに負荷をかけて積極的に亀裂を進展させるため、セパレータに微小亀裂が内在していてもそれを検出可能な大きさまでに進展させて検出することができる。この検出方法で検出できなかった亀裂は、セパレータに存在しないか、または存在しても燃料電池運転時に早期に進展することはなく、燃料電池の寿命の低下を阻止できるかまたはほぼ阻止できる。
上記（３）のスタックの製造方法によれば、負荷工程が、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータ温度以上の温度の流体を流して、熱負荷をかける工程であるので、セパレータのうち燃料電池運転時に負荷がかかる箇所に燃料電池運転時にかかる負荷と同じ大きさかまたはかそれより大きめの負荷をかけることができる。
上記（４）のスタックの製造方法によれば、負荷工程が、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータでの流体圧力以上の圧力の流体を流して、圧力負荷をかける工程であるので、セパレータのうち燃料電池運転時に負荷がかかる箇所に燃料電池運転時にかかる負荷と音同じ大きさかそれより大きめの負荷をかけることができる。
上記（５）のスタックの製造方法によれば、亀裂検出工程が、リークチェック工程であるので、超音波、Ｘ線等の非破壊探傷方法によらずに、リークチェックにより亀裂を検出でき、しかも従来のリークチェックでは検出できなかった微小亀裂も負荷工程により検出可能な大きさに進展させて検出できる。その結果、燃料電池の寿命の低下を阻止できるかまたはほぼ阻止できる。 According to the crack detection method of the fuel cell separator of (1) and the stack manufacturing method of (2), a microcrack is inherent in the separator because a load is applied to the separator and the crack is actively developed. It can be detected by developing it to a detectable size. Cracks that could not be detected by this detection method are not present in the separator, or even if they are present, they do not progress early during the operation of the fuel cell, and a decrease in the life of the fuel cell can be prevented or almost prevented.
According to the stack manufacturing method of (3) above, the loading step is a step of applying a thermal load by flowing a fluid having a temperature equal to or higher than the separator temperature during fuel cell operation to the separator fluid flow path. Of these, a load that is the same as or larger than the load that is applied during fuel cell operation can be applied to a location that is subjected to the load during fuel cell operation.
According to the stack manufacturing method of (4) above, the loading step is a step of applying a pressure load by flowing a fluid having a pressure equal to or higher than the fluid pressure in the separator during fuel cell operation to the fluid flow path of the separator. In addition, a load having the same loudness as that of the load applied during the fuel cell operation or a larger load can be applied to the portion of the separator that is subjected to the load during the fuel cell operation.
According to the stack manufacturing method of (5) above, since the crack detection step is a leak check step, cracks can be detected by leak check without using nondestructive flaw detection methods such as ultrasonic waves and X-rays. Small cracks that could not be detected by the conventional leak check can also be detected by developing to a size that can be detected by the loading process. As a result, a decrease in the life of the fuel cell can be prevented or almost prevented.

以下に、本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法および燃料電池スタックの製造方法を、図１〜図４を参照して説明する。
本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法および燃料電池スタックの製造方法が適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよく、たとえば、家庭用などの定置型の燃料電池であってもよい。 Hereinafter, a method for detecting cracks in a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell stack according to the present invention will be described with reference to FIGS.
A fuel cell to which the fuel cell separator crack detection method and the fuel cell stack manufacturing method of the present invention are applied is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 10. The fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile, and may be a stationary fuel cell for home use, for example.

固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、図２〜図４に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルモジュール１９（１セルモジュールの場合は、セル１０はセルモジュール１９と同じになる）を構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体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、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）にボルト・ナット２５にて固定し、燃料電池スタック２３を構成する。一端のエンドプレートに設けた調整ネジにてその内側に設けたバネを介してセル積層体にセル積層方向の締結荷重をかける。 As shown in FIGS. 2 to 4, the solid polymer electrolyte fuel cell (cell) 10 is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator 18.
The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane. It consists of electrodes (cathode, air electrode) 17. Between the membrane-electrode assembly and the separator 18, diffusion layers 13 and 16 are provided on the anode side and the cathode side, respectively.
A cell module 19 (in the case of a one-cell module, the cell 10 is the same as the cell module 19) is formed by stacking the membrane-electrode assembly and the separator 18, and the cell module 19 is stacked to form a cell stack. Terminals 20, insulators 21 and end plates 22 are arranged at both ends of the cell in the cell stacking direction, and bolts and bolts are attached to fastening members (for example, tension plates 24) extending from the end plates 22 at both ends in the cell stacking direction outside the cell stack. The fuel cell stack 23 is configured by fixing with the nut 25. A fastening load in the cell stacking direction is applied to the cell stack through a spring provided on the inner side of the adjustment screw provided on the end plate at one end.

セパレータ１８には、発電領域において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、セル内において互いにシールされている。各セルモジュール１９（または各セル１０）のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール（たとえば、接着剤）３３によってシールされており、隣接するセルモジュール１９同士の間は、第２のシール（たとえば、ガスケット）３２によってシールされている。ただし、第２のシール３２は接着剤で形成されてもよい。第２のシール３２が接着剤で形成される場合は、第１のシール３３も第２のシール３２も接着剤で形成されることとなる。 The separator 18 is formed with a fuel gas passage 27 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 14 in the power generation region, and an oxidizing gas for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode 17. A flow path 28 is formed. The separator 18 is also formed with a refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water). In the separator 18, a fuel gas manifold 30, an oxidizing gas manifold 31, and a refrigerant manifold 29 are formed in the non-power generation region. The fuel gas manifold 30 is in communication with the fuel gas passage 27, the oxidizing gas manifold 31 is in communication with the oxidizing gas passage 28, and the refrigerant manifold 29 is in communication with the refrigerant passage 26.
The fuel gas, the oxidizing gas, and the refrigerant are sealed with each other in the cell. Between the two separators 18 sandwiching the MEA of each cell module 19 (or each cell 10) is sealed with a first seal (for example, an adhesive) 33, and between adjacent cell modules 19 is a second. The seal (for example, gasket) 32 is sealed. However, the second seal 32 may be formed of an adhesive. When the second seal 32 is formed of an adhesive, the first seal 33 and the second seal 32 are formed of an adhesive.

各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode 14 side of each cell 10, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane 11 to the cathode 17 side. Water is generated from ions and electrons (electrons generated at the anode of the adjacent MEA come through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit), Power generation is performed according to the following formula.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O

セパレータ１８は、カーボンセパレータ、メタルセパレータ、導電性樹脂セパレータ、メタルセパレータと樹脂フレームとの組合せ、等からなり、その何れであってもよい。カーボンセパレータでは、超音波、Ｘ線などによる亀裂検出が困難であるが、リークチェックは行うことができ、かつ、負荷をかけることにより亀裂を進展させることができるので、本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法と燃料電池スタックの製造方法は、セパレータ１８が、固体高分子電解質型燃料電池の、カーボンセパレータである場合にとくに有効である。   The separator 18 includes a carbon separator, a metal separator, a conductive resin separator, a combination of a metal separator and a resin frame, and the like. With carbon separators, crack detection by ultrasonic waves, X-rays, etc. is difficult, but leak checking can be performed and cracks can be advanced by applying a load. The crack detection method and the fuel cell stack manufacturing method are particularly effective when the separator 18 is a carbon separator of a solid polymer electrolyte fuel cell.

図１に示すように、本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法は、セパレータに亀裂を促進させる負荷を与え（工程１０４）、ついでセパレータの亀裂を検出する（工程１０５）燃料電池セパレータの亀裂検出方法である。   As shown in FIG. 1, the method for detecting cracks in a fuel cell separator according to the present invention applies a load for promoting cracks to the separator (step 104), and then detects cracks in the separator (step 105). Is the method.

図１に示すように、本発明の燃料電池スタックの製造方法は、セパレータ１８に対して亀裂を促進させる負荷を与える負荷工程１０４と、セパレータ１８の亀裂を検出する亀裂検出工程１０５とを、含む燃料電池スタックの製造方法である。   As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a fuel cell stack according to the present invention includes a loading step 104 that applies a load that promotes cracks to the separator 18, and a crack detection step 105 that detects cracks in the separator 18. It is a manufacturing method of a fuel cell stack.

図１に示すように、従来の燃料電池スタックの製造方法は、発電検査・リークチェック等で良品モジュールを選別する工程１０１と、工程１０１で選別したモジュール１９を複数積層してモジュール積層体またはスタック２３とする工程１０２と、モジュール積層体またはスタック２３のリークチェックをするリークチェック工程１０３と、リークチェック工程１０３で不良品（ＮＧ）を検出した場合はそれを組み替える組み替え工程１０６と、合格品モジュールでスタック２３を構成して完成品スタックで発電検査をする工程１０７と、最終のリークチェック１０８をする工程１０８と、出荷工程１０９を有しており、本発明の燃料電池スタックの製造方法は、上記工程１０３と工程１０７の間に、モジュール積層体またはスタック２３のセパレータ１８に対して亀裂を促進させる負荷を与える負荷工程１０４と、セパレータ１８の亀裂を検出する亀裂検出工程１０５とを挿入するとともに、亀裂検出工程１０５で、亀裂の程度が予め定められた程度以下のセパレータのモジュール（合格品モジュール）だけを選別し、亀裂の程度が予め定められた程度を越えるセパレータのモジュール（ＮＧモジュール）があればそれを合格品モジュールに上記組み替え工程１０６で組み替えて工程１０２に戻るようにした方法からなる。   As shown in FIG. 1, a conventional fuel cell stack manufacturing method includes a step 101 for selecting non-defective modules by power generation inspection, leak check, and the like, and a module stack or stack by stacking a plurality of modules 19 selected in step 101. 23, a leak check process 103 for performing a leak check of the module stack or stack 23, a recombination process 106 for rearranging the defective product (NG) if it is detected in the leak check process 103, and an acceptable product module The stack 23 is configured to include a step 107 for performing power generation inspection on the finished product stack, a step 108 for performing a final leak check 108, and a shipping step 109. The method for manufacturing a fuel cell stack of the present invention includes: Between step 103 and step 107, the module stack or stack 23 A load step 104 for applying a load for promoting cracks to the palator 18 and a crack detection step 105 for detecting a crack in the separator 18 are inserted. In the crack detection step 105, the degree of crack is equal to or less than a predetermined level. Only the separator module (accepted product module) is selected, and if there is a separator module (NG module) whose degree of cracking exceeds a predetermined level, it is rearranged into the accepted product module in the above-described recombination step 106, and step 102 is performed. It consists of the method which was made to return to.

負荷工程１０４は、セパレータ製造工程内でセパレータに発生した微小亀裂を検出可能なレベルにまで進展させる、いわゆるスクリーニング工程である。
亀裂検出工程１０５は、亀裂を検出する工程で、たとえば、ガスラインおよび冷却水ラインを窒素等のガスを加温および／または加圧して供給し、一定時間内の圧力降下量または漏れ量から亀裂の大きさ（サイズ）、量等が予め定めた値（許容値）以下か否か等を判断する工程である。 The loading process 104 is a so-called screening process in which microcracks generated in the separator in the separator manufacturing process are advanced to a detectable level.
The crack detection step 105 is a step of detecting a crack. For example, a gas line and a cooling water line are supplied by heating and / or pressurizing a gas such as nitrogen, and the crack is detected from the pressure drop or leak amount within a certain time. This is a step of determining whether or not the size (size), amount, and the like of the image are equal to or less than a predetermined value (allowable value).

負荷工程１０４は、セパレータ１８の流体流路（冷媒流路２６、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）に、燃料電池運転時のセパレータ温度（たとえば、８０℃）以上の温度（たとえば、９０℃、ただし、膜１１を傷める温度よりは低い温度）の流体を流して、セパレータ１８に熱負荷をかけ熱応力を生じさせる工程である。亀裂の進展を早めるために、温度を変動させて熱応力を変動させるようにしてもよい。
発電をさせないで、冷却水・ガスラインともに、温水を流してもよいし、あるいは温度をあげた窒素、エアなどを流してもよい。あるいは、冷却水ラインとガスラインの一方のラインに温水を流し、他方のラインに温度をあげた窒素、エアなどを流すようにしてもよい。
あるいは、発電をさせることにより、熱負荷を与えるようにしてもよい。
熱負荷を与える方法として、上記の他に、恒温槽や炉の中にモジュールやスタックを入れる方法もある。 The load process 104 is performed on the fluid flow path (refrigerant flow path 26, fuel gas flow path 27, oxidant gas flow path 28, refrigerant manifold 29, fuel gas manifold 30, and oxidant gas manifold 31) of the separator 18 during fuel cell operation. In this process, a fluid having a temperature equal to or higher than the separator temperature (for example, 80 ° C.) (for example, 90 ° C., but lower than the temperature at which the film 11 is damaged) is flowed to apply a thermal load to the separator 18 to generate thermal stress. . In order to accelerate the progress of the crack, the thermal stress may be changed by changing the temperature.
Without generating electric power, warm water may flow in both the cooling water and gas lines, or nitrogen, air, or the like with increased temperature may flow. Alternatively, warm water may be supplied to one of the cooling water line and the gas line, and nitrogen, air, or the like may be supplied to the other line.
Or you may make it give a thermal load by generating electric power.
As a method for applying a heat load, in addition to the above, there is a method of putting a module or a stack in a thermostatic bath or a furnace.

負荷工程１０４は、セパレータ１８の流体流路（冷媒流路２６、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）に、燃料電池運転時のセパレータでの流体圧力以上の圧力の流体を流して、圧力負荷をかける工程である。亀裂の進展を早めるために、圧力を変動させて応力を変動させるようにしてもよい。
また、熱負荷だけをかけてもよいし、圧力負荷だけをかけてもよいし、熱負荷と圧力負荷を同時にかけてもよい。
発電をさせないで、冷却水・ガスラインともに、加圧した水を流してもよいし、あるいは加圧した窒素、エアなどを流してもよい。あるいは、冷却水ラインとガスラインの一方のラインに加圧水を流し、他方のラインに加圧した窒素、エアなどを流すようにしてもよい。
あるいは、正規の反応ガスを流して発電をさせることにより、圧力負荷を与えるようにしてもよい。 The load process 104 is performed on the fluid flow path (refrigerant flow path 26, fuel gas flow path 27, oxidant gas flow path 28, refrigerant manifold 29, fuel gas manifold 30, and oxidant gas manifold 31) of the separator 18 during fuel cell operation. This is a step of applying a pressure load by flowing a fluid having a pressure equal to or higher than the fluid pressure at the separator. In order to accelerate the progress of the crack, the stress may be changed by changing the pressure.
Further, only the heat load may be applied, only the pressure load may be applied, or the heat load and the pressure load may be applied simultaneously.
Without generating electric power, pressurized water may flow through the cooling water / gas line, or pressurized nitrogen, air, etc. may flow through. Alternatively, pressurized water may flow through one of the cooling water line and the gas line, and pressurized nitrogen, air, or the like may flow through the other line.
Or you may make it give a pressure load by flowing regular reaction gas and generating electric power.

亀裂検出工程の亀裂検出方法は、たとえば、リークチェックである。リークチェックは、各ラインにガスを封入して、一定時間の圧力降下量で判断する方法である。ただし、亀裂検出はリークチェックに限るものではなく、他の方法、たとえば、ヘリウムガスを流体流路に流して洩れるヘリウムガスをヘリウムディテクタで検出する方法、あるいは水素を流体流路に流して洩れる水素を水素ディテクタで検出する方法、等であってもよい。   The crack detection method in the crack detection step is, for example, a leak check. The leak check is a method in which gas is sealed in each line and judgment is made based on the pressure drop amount for a certain time. However, crack detection is not limited to the leak check, and other methods, for example, a method of detecting helium gas leaking by flowing helium gas through the fluid flow path with a helium detector, or hydrogen leaking by flowing hydrogen through the fluid flow path. May be a method of detecting a hydrogen with a hydrogen detector.

つぎに、本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法、スタックの製造方法の作用・効果を説明する。
本発明では、セパレータ１８に負荷をかけて積極的に亀裂を進展させるため、セパレータ１８に微小亀裂が内在していてもそれを検出可能な大きさまでに進展させて検出することができる。この検出方法で検出できなかった亀裂は、セパレータ１８に存在しないか、または存在しても燃料電池運転時に早期に進展して漏れを生じることはない。したがって、燃料電池の寿命の低下を阻止できるかまたはほぼ阻止できる。 Next, operations and effects of the fuel cell separator crack detection method and stack manufacturing method of the present invention will be described.
In the present invention, since a crack is actively developed by applying a load to the separator 18, even if a microcrack is present in the separator 18, it can be detected by developing it to a detectable size. Cracks that could not be detected by this detection method do not exist in the separator 18, or even if they exist, they do not develop at an early stage during fuel cell operation and cause leakage. Accordingly, it is possible to prevent or almost prevent the decrease in the life of the fuel cell.

負荷工程１０４が、セパレータ１８の流体流路に燃料電池運転時のセパレータ温度以上の温度の流体を流して、熱負荷をかける工程である場合は、セパレータ１８のうち燃料電池運転時に負荷がかかる箇所に燃料電池運転時にかかる負荷と同じ大きさかそれより大きめの負荷をかけることができ、亀裂を進展させることができる。   In the case where the loading step 104 is a step in which a fluid having a temperature equal to or higher than the separator temperature during fuel cell operation is caused to flow through the fluid flow path of the separator 18 and a thermal load is applied, a portion of the separator 18 that is loaded during fuel cell operation. In addition, it is possible to apply a load equal to or larger than the load applied during fuel cell operation, and to develop cracks.

負荷工程１０４が、セパレータ１８の流体流路に燃料電池運転時のセパレータでの流体圧力以上の圧力の流体を流して、圧力負荷をかける工程である場合は、セパレータ１８のうち燃料電池運転時に負荷がかかる箇所に燃料電池運転時にかかる負荷と同じ大きさかそれより大きめの負荷をかけることができ、亀裂を進展させることができる。   When the loading step 104 is a step of applying a pressure load by flowing a fluid having a pressure equal to or higher than the fluid pressure at the separator during fuel cell operation to the fluid flow path of the separator 18, the load is applied during the fuel cell operation of the separator 18. The load can be applied with a load equal to or larger than the load applied when the fuel cell is operated, and the crack can be propagated.

亀裂検出工程１０５が、リークチェック工程である場合は、超音波、Ｘ線等の非破壊探傷方法によらずに、リークチェックにより亀裂を検出でき、しかも従来のリークチェックでは検出できなかった微小亀裂も負荷工程１０４により検出可能な大きさに進展させて検出できる。その結果、燃料電池の寿命の低下を阻止できるかまたはほぼ阻止できる。   When the crack detection process 105 is a leak check process, a crack can be detected by a leak check regardless of a nondestructive flaw detection method such as ultrasonic waves and X-rays, and a micro crack that cannot be detected by a conventional leak check. Can also be detected by developing to a size that can be detected by the loading step 104. As a result, a decrease in the life of the fuel cell can be prevented or almost prevented.

本発明の燃料電池セパレータの亀裂検出方法を含む、スタックの製造方法の工程図である。It is process drawing of the manufacturing method of a stack including the crack detection method of the fuel cell separator of this invention. 本発明の燃料電池の概略側面図である。It is a schematic side view of the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池の一部の断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell of the present invention. 本発明の燃料電池のセパレータの正面図である。It is a front view of the separator of the fuel cell of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１３、１６ 拡散層
１４ アノード
１７ カソード
１８ セパレータ
１９ モジュール
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ 燃料電池スタック
２４ 締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト・ナット
２６ 冷媒流路（流体流路）
２７ 燃料ガス流路（流体流路）
２８ 酸化ガス流路（流体流路）
２９ 冷媒マニホールド（流体マニホールド）
３０ 燃料ガスマニホールド（流体マニホールド）
３１ 酸化ガスマニホールド（流体マニホールド）
３２ ガスケット
３３ 接着剤
１０１ モジュール選別工程
１０２ モジュール積層工程
１０３ リークチェック工程
１０４ 負荷工程（スクリーニング工程）
１０５ 亀裂検出工程（たとえば、リークチェック工程）
１０６ 組み替え工程
１０７ 完成品発電検査工程
１０８ リークチェック工程
１０９ 出荷工程 10 (solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 electrolyte membranes 13 and 16 diffusion layer 14 anode 17 cathode 18 separator 19 module 20 terminal 21 insulator 22 end plate 23 fuel cell stack 24 fastening member (tension plate)
25 Bolt / Nut 26 Refrigerant flow path (fluid flow path)
27 Fuel gas flow path (fluid flow path)
28 Oxidizing gas channel (fluid channel)
29 Refrigerant manifold (fluid manifold)
30 Fuel gas manifold (fluid manifold)
31 Oxidizing gas manifold (fluid manifold)
32 Gasket 33 Adhesive 101 Module selection process 102 Module lamination process 103 Leak check process 104 Loading process (screening process)
105 Crack detection process (for example, leak check process)
106 Recombination process 107 Completed power generation inspection process 108 Leak check process 109 Shipping process

Claims (5)

セパレータに亀裂を促進させる負荷を与え、ついでセパレータの亀裂を検出する燃料電池セパレータの亀裂検出方法。   A method for detecting cracks in a fuel cell separator, wherein a load for promoting cracks is applied to the separator and then cracks in the separator are detected. セパレータに対して亀裂を促進させる負荷を与える負荷工程と、セパレータの亀裂を検出する亀裂検出工程とを、含む燃料電池スタックの製造方法。   A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising: a loading step for applying a load for promoting a crack to the separator; and a crack detection step for detecting a crack in the separator. 前記負荷工程は、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータ温度以上の温度の流体を流して、熱負荷をかける工程である請求項２記載の燃料電池スタックの製造方法。   3. The method of manufacturing a fuel cell stack according to claim 2, wherein the loading step is a step of applying a heat load by flowing a fluid having a temperature equal to or higher than a separator temperature during fuel cell operation to a fluid flow path of the separator. 前記負荷工程は、セパレータの流体流路に燃料電池運転時のセパレータでの流体圧力以上の圧力の流体を流して、圧力負荷をかける工程である請求項２または請求項３記載の燃料電池スタックの製造方法。   4. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the loading step is a step of applying a pressure load by flowing a fluid having a pressure equal to or higher than a fluid pressure in the separator during fuel cell operation to the fluid flow path of the separator. Production method. 前記亀裂検出工程は、リークチェック工程である請求項２または請求項３または請求項４記載の燃料電池スタックの製造方法。   The method for manufacturing a fuel cell stack according to claim 2, wherein the crack detection step is a leak check step.
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