JP2020087505A - Inspection equipment of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の検査装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell inspection device.
電解質膜の膜面にアノード、カソードの両電極触媒層を接合した膜電極接合体を含む燃料電池が知られている。特許文献1には、燃料電池の出荷前に、燃料電池に燃料ガス・酸化剤ガスを供給して発電状況の検査を行った後、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に不活性ガスを供給し、両ガス流路及び燃料電池をパージする技術が記載されている。 A fuel cell is known which includes a membrane electrode assembly in which both anode and cathode electrode catalyst layers are joined to the membrane surface of an electrolyte membrane. In Patent Document 1, before the fuel cell is shipped, a fuel gas/oxidant gas is supplied to the fuel cell to inspect the power generation state, and then an inert gas is supplied to the fuel gas passage and the oxidant gas passage. Techniques for supplying and purging both gas channels and the fuel cell are described.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に不活性ガスを供給し、両ガス流路及び燃料電池のパージを行った後にも、燃料電池に燃料ガスが滞留している場合があった。 However, in the technique described in Patent Document 1, even after the inert gas is supplied to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path and both gas flow paths and the fuel cell are purged, the fuel gas remains in the fuel cell. There was a case where it stayed.
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、燃料電池の発電状況の検査を経た後、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and an inspection device capable of satisfactorily exhausting the fuel cell gas accumulated in the anode gas passage and the fuel cell after the inspection of the power generation state of the fuel cell is performed. The purpose is to provide.
本発明は、プロトン伝導性を有する電解質膜の膜面にアノード側電極触媒層とカソード側電極触媒層を接合した膜電極接合体を含む燃料電池の検査装置であって、ヒータと加湿器の少なくとも一方を含む処理部が設置され、前記アノード側電極触媒層にガス導入を図るアノード側ガス流路と、前記処理部が設置され、前記カソード側電極触媒層にガス導入を図るカソード側ガス流路と、燃料ガス供給部より前記アノード側ガス流路を経由して前記アノード側電極触媒層に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部より前記カソード側ガス流路を経由して前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスを供給して、前記燃料電池の発電状況を検査する検査部と、前記燃料電池に対し、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給する不活性ガス導入路と、前記不活性ガス導入路における不活性ガスの流れを制御する制御部と、を備え、前記不活性ガス導入路は、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料ガス供給部側に接続されている第1導入路と、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料電池側に接続されている第2導入路と、前記カソード側ガス流路において前記処理部よりも前記酸化剤ガス供給部側に接続されている第3導入路と、を有し、前記制御部は、前記検査部による前記検査を経た後、まず、前記第1導入路及び前記第3導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、前記第2導入路及び前記第3導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給するようにするものである。 The present invention is an inspection device for a fuel cell including a membrane electrode assembly in which an anode side electrode catalyst layer and a cathode side electrode catalyst layer are joined to the membrane surface of an electrolyte membrane having proton conductivity, and at least a heater and a humidifier are provided. An anode side gas flow path for introducing a gas into the anode side electrode catalyst layer, and a cathode side gas flow path for introducing a gas into the cathode side electrode catalyst layer, in which a processing part including one of them is installed And a fuel gas is supplied from the fuel gas supply unit to the anode side electrode catalyst layer via the anode side gas flow path, and the cathode side is supplied from the oxidant gas supply unit via the cathode side gas flow path. An oxidant gas is supplied to the electrode catalyst layer to inspect the power generation state of the fuel cell, and the fuel cell is supplied with an inert gas from an inert gas supply section, and an inert gas introduction path, A control unit that controls the flow of the inert gas in the inert gas introduction passage, the inert gas introduction passage being connected to the fuel gas supply unit side of the processing unit in the anode gas passage. A first introduction path, a second introduction path connected to the fuel cell side of the anode side gas flow path to the fuel cell side, and an oxidation of the cathode side gas flow path to the fuel cell side of the cathode side gas flow path. A third introduction path connected to the agent gas supply unit side; and the control unit, after the inspection by the inspection unit, first passes through the first introduction path and the third introduction path. And supplying an inert gas to the fuel cell, and after a predetermined time has passed, supplying the inert gas to the fuel cell via the second introduction path and the third introduction path. Is.
燃料電池の発電状況の検査を経た後、アノード側ガス流路及びカソード側ガス流路に不活性ガスを供給する。そして所定の時間経過後、さらにアノード側ガス流路を経由せずに燃料電池に不活性ガスを供給する燃料電池パージ工程を行う。このようにすることで、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。 After the inspection of the power generation state of the fuel cell, an inert gas is supplied to the anode gas passage and the cathode gas passage. Then, after a lapse of a predetermined time, a fuel cell purging step of further supplying an inert gas to the fuel cell without passing through the anode gas flow path is performed. By doing so, the fuel cell gas accumulated in the anode gas flow channel and the fuel cell can be satisfactorily exhausted.
本発明によれば、アノード側ガス流路及び燃料電池に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。 According to the present invention, the fuel cell gas accumulated in the anode gas flow channel and the fuel cell can be satisfactorily exhausted.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. In addition, not all of the configurations described in the embodiments are essential as means for solving the problem. For clarity of explanation, the following description and drawings are appropriately omitted and simplified. In each drawing, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicated explanations are omitted as necessary.
まず、図1を参照して本実施の形態にかかる燃料電池の検査装置100の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る燃料電池の検査装置100の構成の一例を示す模式図である。図1に示すように、検査装置100は、燃料ガス供給部111と、酸化剤ガス供給部112と、不活性ガス供給部113と、検査部120と、不活性ガス導入路130と、アノード側ガス流路134と、カソード側ガス流路135と、制御部200と、を備えている。
First, a configuration of a fuel
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel
検査装置100の検査対象である燃料電池150は、プロトン伝導性を有する電解質膜154の膜面にアノード側電極触媒層152とカソード側電極触媒層153を接合した膜電極接合体151を含む。電解質膜154は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。アノード側電極触媒層152およびカソード側電極触媒層153は、例えば白金、白金合金などの触媒を備えており、これらの触媒を、カーボン粒子などの導電性を有する担体上に担持させることによって形成されている。アノード側電極触媒層152に燃料ガスとしての水素を、カソード側電極触媒層153に酸化剤ガスとしての酸素含有のエアーの供給を受けて発電する。
The
検査部120は、燃料電池150の発電状況を検査するためのものである。発電状況の検査の際、燃料ガス供給部111よりアノード側ガス流路134を経由してアノード側電極触媒層152に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部112よりカソード側ガス流路135を経由してカソード側電極触媒層153に酸化剤ガスを供給する。検査部120では、アノード側電極触媒層152に燃料ガスが供給され、カソード側電極触媒層153に酸化剤ガスが供給されているときの発電状況を検査する。
The
燃料ガス供給部111は、燃料ガスとしての水素を供給する。酸化剤ガス供給部112は、酸化剤ガスとしてのエアーを供給する。アノード側ガス流路134は、アノード側電極触媒層152に燃料ガスの導入を図る。カソード側ガス流路135は、カソード側電極触媒層153に酸化剤ガスの導入を図る。
The fuel
アノード側ガス流路134における、燃料ガス供給部111の付近には、ガス流量コントローラ148が配置されている。カソード側ガス流路135における、酸化剤ガス供給部112の付近には、ガス流量コントローラ148が配置されている。また、アノード側ガス流路134とカソード側ガス流路135にはそれぞれ、ヒータ147aと加湿器147bの少なくとも一方を含む処理部147が設置されている。
A
ヒータ147aは、通過するガスを加熱して乾燥させて乾燥後のガスを下流に通過させ、その際のガス温度については、電解質膜154の乾燥を不用意に招かない温度(約20〜30℃程度の常温)とする。加湿器147bは、通過するガスを加湿するよう構成される。加湿器147bの加湿程度は、後述する制御部200からの制御信号により調整可能である。
The
不活性ガス導入路130は、検査部120による発電状況の検査を経た後の燃料電池150に対し、不活性ガス供給部113から不活性ガスを供給する。不活性ガス供給部113は、不活性ガスとしての窒素を供給する。
The inert
不活性ガス導入路130は、さらに、第1導入路131と、第2導入路132と、第3導入路133と、を有している。第1導入路131は、アノード側ガス流路134において処理部147よりも燃料ガス供給部111側に接続されている。第2導入路132は、アノード側ガス流路134において処理部147よりも燃料電池150側に接続されている。第3導入路133は、カソード側ガス流路135において処理部147よりも酸化剤ガス供給部112側に接続されている。さらに、検査装置100は、燃料電池150のアノード側において不活性ガスと共に燃料ガスを排出させるアノード排ガス配管136を備え、燃料電池150のカソード側において不活性ガスと共に酸化剤ガスを排出させるカソード排ガス配管137を備えている。また、アノード排ガス配管136及びカソード排ガス配管137にはそれぞれ、出口付近に背圧弁145が設置されている。
The inert
制御部200は、例えばCPUやROM、RAMを備えるマイクロコンピュータとして構成される。制御部200は、圧力センサ146などからのセンサ信号を考慮し、アノード側ガス流路134、カソード側ガス流路135及び不活性ガス導入路130に設置された各バルブ149や処理部147などの制御機器を駆動制御する。制御部200は、燃料電池150の発電状況の検査において、燃料ガスがアノード側ガス流路134を経由してアノード側電極触媒層152に供給され、かつ、酸化剤ガスがカソード側ガス流路135を経由してカソード側電極触媒層153に供給されるようにする。
The
また、検査部による検査を経た後、制御部200は、不活性ガス導入路130における不活性ガスの流れを制御する。図2及び図3は、制御部200による不活性ガス導入路130における不活性ガスの流れの制御について説明する模式図である。図2に示すように、制御部200は、検査部による検査を経た後、まず、第1導入路131及び第3導入路133を経由して燃料電池150に不活性ガスを供給する(設備パージ工程)。図中において、設備パージ工程での、アノード側電極触媒層152の側における不活性ガスの流れを矢印P1で示し、カソード側電極触媒層153の側における不活性ガスの流れを矢印P2で示す。これにより、アノード側ガス流路134及びカソード側ガス流路135における処理部147等に滞留していた燃料ガス、酸化剤ガスを排気することができる。
After the inspection by the inspection unit, the
設備パージ工程において燃料電池150に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、図3に示すように、第2導入路132及び第3導入路133を経由して燃料電池150に不活性ガスを供給するようにする(燃料電池パージ工程)。図中において、燃料電池パージ工程での、アノード側電極触媒層152の側における不活性ガスの流れを矢印P3で示し、カソード側電極触媒層153の側における不活性ガスの流れを矢印P4で示す。設備パージ工程においてアノード側ガス流路134及びカソード側ガス流路135に滞留していた燃料ガスを排気すると、結果として、排気した燃料ガス及び酸化剤ガスが燃料電池150に供給されてしまう。酸化剤ガスは不活性ガスとしての窒素に置換されやすいが、燃料ガスは不活性ガスとしての窒素に置換されにくい。このため、設備パージ工程後、燃料電池150に燃料電池が滞留して、燃料電池150の電圧低下に時間がかかってしまう。そこで、燃料電池パージ工程において、アノード側ガス流路134を経由しない第2導入路132により燃料電池150に不活性ガスを供給する。これにより、燃料電池150に残留した燃料ガスを排気することができる。
After the inert gas is supplied to the
以上により、本実施の形態にかかる検査装置100は、検査部による検査を経た後、アノード側ガス流路134及びカソード側ガス流路135に不活性ガスを供給する設備パージ工程を行う。さらに、検査装置100は、設備パージ工程の後、アノード側ガス流路134を経由せずに燃料電池150に不活性ガスを供給する燃料電池パージ工程を行う。このようにすることで、アノード側ガス流路134及び燃料電池150に滞留した燃料電池ガスを良好に排気することができる。
As described above, the
なお、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。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100 検査装置
111 燃料ガス供給部
112 酸化剤ガス供給部
113 不活性ガス供給部
120 検査部
130 不活性ガス導入路
131 第1導入路
132 第2導入路
133 第3導入路
134 アノード側ガス流路
135 カソード側ガス流路
136 アノード排ガス配管
137 カソード排ガス配管
145 背圧弁
146 圧力センサ
147 処理部
147a ヒータ
147b 加湿器
148 ガス流量コントローラ
149 バルブ
150 燃料電池
151 膜電極接合体
152 アノード側電極触媒層
153 カソード側電極触媒層
154 電解質膜
200 制御部
100
Claims (1)
ヒータと加湿器の少なくとも一方を含む処理部が設置され、前記アノード側電極触媒層に燃料ガスの導入を図るアノード側ガス流路と、
前記処理部が設置され、前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスの導入を図るカソード側ガス流路と、
燃料ガス供給部より前記アノード側ガス流路を経由して前記アノード側電極触媒層に燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給部より前記カソード側ガス流路を経由して前記カソード側電極触媒層に酸化剤ガスを供給して、前記燃料電池の発電状況を検査する検査部と、
前記燃料電池に対し、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給する不活性ガス導入路と、
前記不活性ガス導入路における不活性ガスの流れを制御する制御部と、を備え、
前記不活性ガス導入路は、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料ガス供給部側に接続されている第1導入路と、前記アノード側ガス流路において前記処理部よりも前記燃料電池側に接続されている第2導入路と、前記カソード側ガス流路において前記処理部よりも前記酸化剤ガス供給部側に接続されている第3導入路と、を有し、
前記制御部は、前記検査部による前記検査を経た後、まず、前記第1導入路及び前記第3導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給し、所定の時間が経過した後、前記第2導入路及び前記第3導入路を経由して前記燃料電池に不活性ガスを供給するようにする、燃料電池の検査装置。 A fuel cell inspection device comprising a membrane electrode assembly in which an anode side electrode catalyst layer and a cathode side electrode catalyst layer are joined to the membrane surface of an electrolyte membrane having proton conductivity,
A processing unit including at least one of a heater and a humidifier is installed, and an anode gas flow channel for introducing fuel gas into the anode electrode catalyst layer,
A cathode side gas flow path for introducing the oxidizing gas into the cathode side electrode catalyst layer, wherein the processing section is installed;
Fuel gas is supplied from the fuel gas supply unit to the anode electrode catalyst layer via the anode gas flow path, and the cathode electrode catalyst is supplied from the oxidant gas supply unit via the cathode gas flow path. An oxidant gas is supplied to the layer to inspect the power generation state of the fuel cell,
An inert gas introduction path for supplying an inert gas from the inert gas supply unit to the fuel cell,
A control unit for controlling the flow of the inert gas in the inert gas introduction path,
The inert gas introduction passage is a first introduction passage that is connected to the fuel gas supply unit side of the anode-side gas flow passage rather than the treatment portion, and the first introduction passage is connected to the anode-side gas passage than the treatment portion. A second introduction path connected to the fuel cell side, and a third introduction path connected to the oxidant gas supply section side of the processing section in the cathode side gas flow path,
After performing the inspection by the inspection unit, the control unit first supplies an inert gas to the fuel cell via the first introduction passage and the third introduction passage, and after a predetermined time elapses. An inspection apparatus for a fuel cell, wherein an inert gas is supplied to the fuel cell via the second introduction path and the third introduction path.
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