JP2022120964A - 燃料電池スタックの漏洩試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックに漏洩があるか否かを簡便に判定する。
【解決手段】筒体装着工程Ｓ１において、燃料電池スタック（１０）を構成する第１端部構成部材（１８ａ）、第２端部構成部材（１８ｂ）に筒体（４２）を連結する。この際、筒体の両端部に形成された第１開口（４４）、第２開口（４６）を、第１端部構成部材、第２端部構成部材のそれぞれで閉塞する。これに伴い、燃料電池スタックが筒体で囲繞されるとともに、燃料電池スタックを構成する単位セル（１２）の外壁と、筒体の内壁との間に間隙（５２）が形成される。その後の判定工程Ｓ４において、燃料電池スタック内に検査ガスを供給し、間隙に検査ガスが存在するか否かを判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池スタックに漏洩箇所があるか否かを検査する燃料電池スタックの漏洩試験方法に関する。

燃料電池スタックの単位セルは、アノード電極とカソード電極の間に電解質膜を挟んだ電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、該ＭＥＡを挟む１組のセパレータとを備える。燃料電池スタックは、この単位セルが複数個積層されることで構成される。燃料電池スタックは、前記アノード電極に水素を含有する燃料ガス、前記カソード電極に酸素を含有する酸化剤ガスが供給されることで運転される。この際、燃料電池スタックには、水等の冷却媒体が供給される。

燃料電池スタックに漏洩箇所があると、該燃料電池スタックを運転する最中に燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体の少なくともいずれかが、燃料電池スタックの内部から外部に漏洩する。これを回避するべく、特許文献１に記載されるように、燃料電池スタックを製品として実使用する前に漏洩試験が行われる。

従来、漏洩試験は、特許文献２に説明されるように専用設備で実施される。しかしながら、この場合、燃料電池スタックを専用設備まで搬送する必要がある。燃料電池スタックは相当な重量物であるので、このような搬送は作業者にとって煩雑であり且つ負担である。この観点から、特許文献２では、燃料電池スタックの設置箇所において漏洩試験を実施することを可能とするための構成が提案されている。

特開２００６－１５６０３８号公報 特開２０１０－４９９５２号公報

特許文献２記載の技術は、水素ガスに反応して変色する素材を用いるものである。従って、酸化剤ガスや冷却媒体が漏洩した場合には、その漏洩を検出することはできない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、燃料電池スタックに漏洩があるか否かを簡便に判定することが可能な燃料電池スタックの漏洩試験方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、複数個の単位セルが積層され且つ前記単位セルの積層方向端部に第１端部構成部材、第２端部構成部材が位置する燃料電池スタックに漏洩箇所があるか否かを検査する燃料電池スタックの漏洩試験方法において、
前記第１端部構成部材から前記第２端部構成部材に亘って延在し且つ両端部に第１開口、第２開口がそれぞれ形成された筒体を前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材に連結することで、前記筒体の両端部の開口を前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材のそれぞれで閉塞するとともに、前記単位セルの外壁と前記筒体の内壁との間に間隙が形成されるようにして前記筒体で前記単位セルを囲繞する筒体装着工程と、
前記燃料電池スタックの内部に検査ガスを供給し、前記間隙に前記検査ガスが存在するか否かを判定する判定工程と、
を有する燃料電池スタックの漏洩試験方法が提供される。

本発明によれば、燃料電池スタックを筒体で直接覆うようにしているので、検査ガスが燃料電池スタックから筒体内に漏出するか否かをもって、燃料電池スタックに漏洩箇所が存在するか否かを判定することができる。このため、燃料電池スタックを内部に収納する大型の容器や、燃料電池スタックを容器内に引き下ろしたり、容器内から引き上げたりするための昇降機構が不要となる。また、漏洩試験も簡便となる。

このような理由から、漏洩試験装置の簡素化及び小型化を図ることができる。また、容器や昇降機構等の専用設備が不要であるので、燃料電池スタックの設置箇所等のその場、あるいはその近傍で漏洩試験を実施することができる。このため、燃料電池スタックを漏洩試験装置まで搬送する必要がないので、作業が簡素となり、漏洩試験に要する時間を短縮することができる。この分、作業者の負担も低減する。

燃料電池スタックと、該燃料電池スタックを囲繞する筒体とを示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る漏洩試験方法を実施するための気密試験装置に燃料電池スタックを組み込んだ状態を模式的に示す要部概略斜視図である。 燃料電池スタックが筒体に囲繞されたときの、燃料電池スタックの長手方向に沿った概略側面断面図である。 第１実施形態に係る漏洩試験方法の概略フローである。 本発明の第２実施形態に係る漏洩試験方法を実施するための水没試験装置に燃料電池スタックを組み込んだ状態を模式的に示す概略側面断面図である。 第２実施形態に係る漏洩試験方法の概略フローである。 図５とは別の水没試験装置に燃料電池スタックを組み込んだ状態を模式的に示す概略側面断面図である。 複数個の部材で構成される筒体の概略斜視分解図である。 複数個の部材で構成される別の筒体の概略斜視分解図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタックの漏洩試験方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１を参照し、燃料電池スタック１０について概略説明する。燃料電池スタック１０は、単位セル１２が複数個積層されたセル積層体１４を含む。各単位セル１２は、アノード電極とカソード電極の間に電解質膜を挟んだ電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、該ＭＥＡを挟む１組のセパレータとを備える。前記ＭＥＡの外周に、樹脂枠部材を設けてもよい。また、一方のセパレータに燃料ガス流路が形成され、残余の一方に酸化剤ガス流路が形成されるとともに、隣接する単位セル１２のセパレータ同士の間に冷却媒体流路が形成される。以上の構成は周知であることから、詳細な説明及び図示を省略する。

セル積層体１４は、１組のターミナルプレート１５ａ、１５ｂで挟まれる。さらに、ターミナルプレート１５ａ、１５ｂの外方には、絶縁体からなる１組の絶縁プレート１６ａ、１６ｂ、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂがこの順序で配設される。すなわち、単位セル１２の積層方向端部には、ターミナルプレート１５ａ、１５ｂ、絶縁プレート１６ａ、１６ｂ、エンドプレート１８ａ、１８ｂがセル積層体１４の内方から外方に向かってこの順序となるように積層される。後述する第１実施形態及び第２実施形態では、燃料電池スタック１０の端部に位置する第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂのそれぞれを、第１端部構成部材、第２端部構成部材とする。

第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外形寸法（高さ及び奥行）は、単位セル１２を構成するセパレータの外形寸法（高さ及び奥行）に比して大である。このため、図１に示すように、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面は、単位セル１２の外縁端面よりも外方に突出する。これら第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面には、例えば、保護パネル等の所定の部材を、連結ネジ２０を介して連結するためのネジ穴２２が複数個形成されている。なお、図１には、第１エンドプレート１８ａの積層方向端面に形成されたネジ穴２４も併せて示している。ネジ穴２４も保護パネル等を連結するためのものであるが、説明の便宜上、ネジ穴２２と別の参照符号を付している。

また、第１エンドプレート１８ａの図１における左端には、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａが上下方向に沿って形成される。また、右端には、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３０ａが上下方向に沿って形成される。これら６個の連通孔３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、セル積層体１４の内部において、単位セル１２の積層方向に沿って互いに平行に延在する。

一方、第２エンドプレート１８ｂには、燃料ガス供給連通孔３０ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂを連通する燃料ガス用連通路３０ｃ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂを連通する酸化剤ガス用連通路３４ｃ、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂを連通する冷却媒体用連通路３２ｃが形成される（いずれも図３参照）。これら連通路３０ｃ、３２ｃ、３４ｃは、溝として第２エンドプレート１８ｂに設けられている。

燃料ガス供給連通孔３０ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂは、各セパレータに形成された前記燃料ガス流路に連通する。同様に、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３４ｂは前記酸化剤ガス流路に連通し、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂは前記冷却媒体流路に連通する。

第１実施形態に係る漏洩試験方法は、図２及び図３に示す気密試験装置４０を用いて実施される。次に、この気密試験装置４０について説明する。

気密試験装置４０は、上記のように構成される燃料電池スタック１０を囲繞する気密試験用筒体４２を備える。気密試験用筒体４２の素材は、アクリル樹脂等の樹脂材であってもよいし、アルミニウム合金等の金属材であってもよい。また、気密試験用筒体４２は、単一個の部材からなることが好ましい。この場合、気密試験用筒体４２から漏洩が起こることが回避されるからである。

気密試験用筒体４２は、長手方向に直交する断面が略矩形状をなす中空体であり、長手方向両端部に第１開口４４、第２開口４６がそれぞれ形成されている。第１開口４４、第２開口４６の開口寸法（高さ及び奥行）は、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外形寸法に対応している。なお、第１開口４４、第２開口４６の内壁には、気密試験用筒体４２と第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの間をシールするためのシール部材４８がそれぞれ設けられる。なお、シール部材４８の典型例としてはＯリング等が挙げられるが、シート状のガスケットであってもよい。

又は、気密試験用筒体４２の一端にフランジを設け、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの一方の、セル積層体１４に臨む側に前記フランジをネジ止めするようにしてもよい。

気密試験用筒体４２の長手方向端部には、第１開口４４、第２開口４６を囲繞するようにしてネジ挿通孔５０が複数個形成されている。ネジ挿通孔５０の位置が、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面に形成されたネジ穴２２の位置に対応していることは勿論である。従って、気密試験用筒体４２と、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂとは、ネジ挿通孔５０に通されてネジ穴２２に螺合された連結ネジ２０を介して連結される。この連結に伴い、図２及び図３に示すように、第１開口４４、第２開口４６が第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂでそれぞれ閉塞されるとともに、燃料電池スタック１０を構成するセル積層体１４が気密試験用筒体４２に囲繞される。

上記したように、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面はセル積層体１４の外縁端面から突出している。従って、図３に示すように、気密試験用筒体４２に第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂを連結した際、セル積層体１４の外壁と気密試験用筒体４２の内壁との間に空間（間隙５２）が形成される。

気密試験用筒体４２の最上部である天井壁には、第１挿入孔５４、第２挿入孔５６及び第３挿入孔５８が貫通形成される。第１挿入孔５４にはガスセンサ６０が嵌合され、第２挿入孔５６には拡散用ファン６２（拡散装置）が嵌合される。また、第３挿入孔５８には排気管６４が設けられる。第１挿入孔５４の内壁とガスセンサ６０との間、第２挿入孔５６の内壁と拡散用ファン６２の間、第３挿入孔５８の内壁と排気管６４との間には、図示しないシール材がそれぞれ介装される。

なお、ガスセンサ６０と排気管６４を同一の挿入孔に設けるようにしてもよいし、排気管６４にガスセンサ６０を設けるようにしてもよい。さらに、第２挿入孔５６を、拡散用ファン６２を挿入し得る程度の開口径とするとよい。又は、第２挿入孔５６に拡散用ファン６２を通過させた後、第２挿入孔５６に、パテ等の充填物を除去可能に充填するようにしてもよい。ここで、漏洩試験を真空下で行う場合には、拡散用ファン６２を設ける必要は特にない。

ガスセンサ６０による検出結果は、パーソナルコンピュータ等の分析装置６６に表示される。また、排気管６４には真空ポンプ６８が接続されるとともに、排気停止用バルブ７０が設けられる。

気密試験装置４０は、上記のガスセンサ６０、分析装置６６、拡散用ファン６２、真空ポンプ６８の他、第１エンドプレート１８ａに取り付けられる検査ガス給排用パネル７２をさらに備える。

検査ガス給排用パネル７２は、カバープレート部７４と、該カバープレート部７４に連なる検査ガス供給管７６及び検査ガス排出管７８とを一体的に有する単一個の部材である。この中のカバープレート部７４には、第１エンドプレート１８ａに形成されたネジ穴２４の位置に対応する位置に、ネジ挿通孔８０が形成される。検査ガス給排用パネル７２と第１エンドプレート１８ａは、ネジ挿通孔８０に通されてネジ穴２４に連結された連結ネジ２０を介して連結される。なお、このネジ止めに代替し、カバープレート部７４をプレス装置等によってセル積層体１４側に押圧することで、検査ガス給排用パネル７２を位置決めするようにしてもよい。

カバープレート部７４は、第１エンドプレート１８ａに臨む側が四角柱形状に刳り抜かれたような形状をなす。このため、カバープレート部７４に、第１エンドプレート１８ａから離間するように陥没した段部８１が形成される。検査ガス供給管７６及び検査ガス排出管７８は、段部８１で開口する。また、段部８１により、カバープレート部７４と第１エンドプレート１８ａの間に内室８２が形成される。なお、シール部材８４は、内室８２から気密試験用筒体４２の外部への検査ガスの漏洩を防止するためのものである。

カバープレート部７４は、第１エンドプレート１８ａに形成された燃料ガス供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂを覆う。ただし、上記から諒解されるように、カバープレート部７４の、第１エンドプレート１８ａに臨む端面と、燃料ガス供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂとの間は、段部８１の分だけ離間している。

カバープレート部７４の内室８２は、図示しない区画壁部によって二分割されている。検査ガス供給管７６は、内室８２の、区画された一方を介して、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａに連通する。また、検査ガス排出管７８は、内室８２の、区画された残る一方を介して、燃料ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体排出連通孔３２ｂに連通する。

検査ガス供給管７６は、図示しない管継手及び供給ラインを介して、検査ガス供給源（例えば、ヘリウムガスボンベ）に接続される。一方、検査ガス排出管７８は大気に開放するようにしてもよいし、図示しない管継手及び回収ラインを介して検査ガス回収装置に接続するようにしてもよい。検査ガス排出管７８を検査ガス回収装置に接続した場合、該検査ガス回収装置から検査ガスを循環供給することも可能となる。また、検査ガス供給管７６及び検査ガス排出管７８には、第１開閉バルブ８６、第２開閉バルブ８８がそれぞれ設けられる。

このように、この構成では、検査ガスが検査ガス供給管７６から燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａに同時に一斉に供給される一方、燃料ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体排出連通孔３２ｂから検査ガス排出管７８に一斉に排出される。

これに代替し、検査ガス供給管７６から三叉に分岐された分岐供給管を燃料ガス供給連通孔３０ａ（又は燃料ガス排出連通孔３０ｂ）、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａに個別に接続してもよい。同様に、燃料ガス排出連通孔３０ｂ（又は燃料ガス供給連通孔３０ａ）、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体排出連通孔３２ｂに分岐排出管を個別に接続するとともに、これらを集合させて検査ガス排出管７８に接続するようにしてもよい。この場合には、分岐供給管や分岐排出管の各々に開閉バルブを設けるとよい。この構成によれば、燃料ガス供給連通孔３０ａから燃料ガス排出連通孔３０ｂに至る経路、酸化剤ガス供給連通孔３４ａから酸化剤ガス排出連通孔３４ｂに至る経路、冷却媒体供給連通孔３２ａから冷却媒体排出連通孔３２ｂに至る経路の各々について、漏洩があるか否かを個別に検査することが可能となる。

次に、第１実施形態に係る漏洩試験方法（気密試験）について、図４に示す概略フローも参照して説明する。なお、以下では、真空引きを行って真空下で漏洩試験を行う場合を例示するが、簡易に実施する場合、真空引きを省略して大気圧下で漏洩試験を行うことも可能である。この場合、拡散用ファン６２を設ける必要は特にない。

第１実施形態に係る漏洩試験方法は、筒体装着工程Ｓ１と、パネル連結工程Ｓ２と、真空引き工程Ｓ３と、判定工程Ｓ４とを有する。なお、筒体装着工程Ｓ１とパネル連結工程Ｓ２は順不同であり、いずれを先に行ってもよいが、ここでは筒体装着工程Ｓ１を先に行う場合を例示する。

はじめに、筒体装着工程Ｓ１において、気密試験用筒体４２で燃料電池スタック１０を囲繞する。すなわち、気密試験用筒体４２の第１開口４４又は第２開口４６から燃料電池スタック１０を通し、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの位置を第１開口４４、第２開口４６に対応させる。このとき、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面に形成されたネジ穴２２に、気密試験用筒体４２に形成されたネジ挿通孔５０が重なる。作業者は、その後、ネジ挿通孔５０に連結ネジ２０を通し、さらに、該連結ネジ２０をネジ穴２２に螺合する。なお、シール部材４８は、第１開口４４、第２開口４６の内壁に予め設けておけばよい。

上記の螺合により、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂが気密試験用筒体４２に連結され且つ第１開口４４、第２開口４６を閉塞するとともに、燃料電池スタック１０が気密試験用筒体４２に囲繞される。また、セル積層体１４の外壁と気密試験用筒体４２の内壁との間に間隙５２が形成される。

次に、パネル連結工程Ｓ２において、検査ガス給排用パネル７２を第１エンドプレート１８ａに連結する。すなわち、第１エンドプレート１８ａに形成されたネジ穴２４に対し、カバープレート部７４に形成されたネジ挿通孔８０に通された連結ネジ２０を螺合する。なお、検査ガス給排用パネル７２にシール部材８４を設けることは勿論である。

パネル連結工程Ｓ２により、検査ガス給排用パネル７２のカバープレート部７４が燃料ガス供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂを覆う。また、カバープレート部７４と第１エンドプレート１８ａによって内室８２が形成される。

この後、気密試験用筒体４２に対してガスセンサ６０、拡散用ファン６２及び排気管６４を装着する。なお、筒体装着工程Ｓ１を行う前に、ガスセンサ６０、拡散用ファン６２及び排気管６４を気密試験用筒体４２に装着するようにしてもよい。いずれにおいても、第１挿入孔５４の内壁とガスセンサ６０との間、第２挿入孔５６の内壁と拡散用ファン６２の間、第３挿入孔５８の内壁と排気管６４との間にシール材を介装する。

そして、第１開閉バルブ８６、第２開閉バルブ８８を閉状態とした後、真空引き工程Ｓ３を行う。すなわち、真空ポンプ６８を付勢するとともに、排気停止用バルブ７０を開状態とする。これにより、セル積層体１４の外壁と気密試験用筒体４２の内壁との間に形成された間隙５２に存在するガス（大気）が、真空ポンプ６８に吸引されることで排気される。すなわち、間隙５２に対して真空引きがなされる。燃料電池スタック１０に漏洩箇所が存在するときには、燃料電池スタック１０の内部に存在するガスも同時に排気される。

その後、排気停止用バルブ７０を閉状態とし、拡散用ファン６２を付勢する。この状態で、検査ガス（例えば、ヘリウムガス）を用いて判定工程Ｓ４を行う。具体的には、第１開閉バルブ８６を開状態、第２開閉バルブ８８を開状態とする。その結果、検査ガスが、検査ガス供給管７６と内室８２を経由し、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａから燃料電池スタック１０の内部に流入する。

検査ガスは、セパレータに形成された燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、隣接するセパレータ同士の間に形成される冷却媒体流路を流通し、燃料ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、及び冷却媒体排出連通孔３２ｂから検査ガス排出管７８に排出される。すなわち、燃料電池スタック１０内に検査ガスが流通する。その結果、燃料電池スタック１０内のガスが検査ガスに置換される。

検査ガスの導入（流通）を開始して所定時間が経過した後、第２開閉バルブ８８を閉状態に切り換える。第１開閉バルブ８６が開状態に維持されているので、燃料電池スタック１０内の検査ガスの圧力が上昇する。その後、第１開閉バルブ８６を閉状態に切り換えると、燃料電池スタック１０内に検査ガスが所定圧力で封入される。

燃料電池スタック１０に漏洩箇所が存在しない場合、検査ガスが燃料電池スタック１０の内部から外部に向かって漏洩することはほとんどない。従って、間隙５２における検査ガスの濃度が短時間で所定の閾値以上に上昇することもない。この場合、分析装置６６に警告が表示されることもないので、作業者は、「燃料電池スタック１０に漏洩箇所はない」と判定することができる。

これに対し、燃料電池スタック１０に漏洩箇所が存在する場合、検査ガスが燃料電池スタック１０（例えば、ＭＥＡとセパレータとの間のシールや、連通孔３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂの外周のシール等）から間隙５２に漏出する。検査ガスがヘリウムガスである場合、ヘリウムガスが単一原子からなり、且つその原子半径が小さいことから、比較的短時間で漏出が認められる。すなわち、漏出が生じていることを速やかに且つ精度よく認識することができる。なお、検査ガスはヘリウムガスに特に限定されるものではない。検査ガスの他の好適な具体例としては、水素ガス、メタンガス、窒素ガス等が挙げられる。

真空下で漏洩試験を行う場合、間隙５２の内部で拡散用ファン６２が回転している。このため、検査ガスが、ヘリウムガスのような軽量なガスであっても、漏洩箇所からガスセンサ６０に向かって容易に移動する。また、間隙５２内に真空引きが予め施されて検査ガス以外のガスが排出されているので、検査ガス以外のガスに起因する誤検出が回避される。従って、ガスセンサ６０が検査ガスを短時間で、しかも精度よく検出することができる。そして、分析装置６６により、間隙５２における検査ガスの濃度が速やかに求められる。

この場合、分析装置６６に警告が表示される。必要に応じ、警告音が発生するようにしてもよい。これにより、作業者が「燃料電池スタック１０に漏洩箇所がある」と判定することができる。

このように、第１実施形態によれば、燃料電池スタック１０を専用設備に搬送することなく、その場で漏洩試験を実施することができる。しかも、気密試験用筒体４２として、大きさが燃料電池スタック１０を囲繞することが可能な程度のものを用いればよいので、気密試験装置４０が大規模なものとなることが回避される。

さらに、気密試験用筒体４２を燃料電池スタック１０に連結する際には、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂに保護パネル等の所定の部材を連結するために形成されたネジ穴２２、２４が活用される。すなわち、燃料電池スタック１０に対し、気密試験用筒体４２を連結するための連結部を別途設ける必要がない。このため、燃料電池スタック１０の形状や構成が複雑となることが回避される。

加えて、水素ガスの流通路（燃料ガス供給連通孔３０ａ、燃料ガス流路及び燃料ガス排出連通孔３０ｂ）から漏洩が生じている場合のみならず、酸化剤ガスの流通路（酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス流路、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ）、又は冷却媒体の流通路（冷却媒体供給連通孔３２ａ、冷却媒体流路、冷却媒体排出連通孔３２ｂ）から漏洩が生じている場合であっても、漏洩を認識することが可能である。すなわち、この場合、漏洩箇所が如何なる部位であるかに拘わらず、その存在を知覚することができる。

以上のようにして漏洩試験を行った後は、第２開閉バルブ８８を開状態とし、検査ガスを大気に放出するか、又は、検査ガス回収装置で回収する。回収された検査ガスは、次回の漏洩試験の際に燃料電池スタック１０に供給すればよい。

「漏洩箇所が存在する」と判定された燃料電池スタック１０に対しては、例えば、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂ同士を連結するタイロッド（図示せず）を一層緊締したり、セル積層体１４を一旦分解して漏洩が発生する単位セルを新たな単位セルと交換したりする等の処理が施される。これにより、漏洩箇所に対する修繕がなされる。

次に、第２実施形態に係る漏洩試験方法につき、検査液体として水を用いる場合を例示して説明する。この場合、図５に示す水没試験装置１００を使用する水没試験が実施される。なお、理解を容易にするべく、気密試験用筒体４２の構成要素に相当する構成要素については同一の参照符号を付すこととする。

水没試験装置１００は、燃料電池スタック１０を囲繞する水没試験用筒体１０２を備える。水没試験用筒体１０２の素材は、アルミニウム合金等の金属材であってもよいが、アクリル樹脂等の樹脂材で且つ図示例のように透明であることが好ましい。なお、水没試験用筒体１０２は、単一個の部材から構成されていてもよいし、後述するように、複数個の部材同士が組み合わされて構成されていてもよい（図８及び図９参照）。さらに、複数個の板材同士が互いに接合されることで構成されたものであってもよい。

単一個の部材で構成された場合を例示すると、この場合の水没試験用筒体１０２の形状は、気密試験用筒体４２の形状と略同一である。すなわち、水没試験用筒体１０２は、長手方向に直交する断面が略矩形状をなす中空体であり、長手方向両端部に、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外形寸法に対応する開口寸法の第１開口４４、第２開口４６がそれぞれ形成される。第１開口４４、第２開口４６の内壁と、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面との間がシール部材４８でそれぞれシールされる点も第１実施形態と同様である。また、水没試験用筒体１０２の長手方向端部には、第１開口４４、第２開口４６を囲繞する位置にネジ挿通孔５０が複数個形成されている。

水没試験用筒体１０２の最上部である天井壁には、管挿通孔１０４と、ガス抜きのための開孔１０６とが貫通形成される。該管挿通孔１０４には、第３開閉バルブ１０８が設けられた水供給管１１０が通される。この水供給管１１０には、図示しない水供給源が接続される。なお、管挿通孔１０４の内壁と水供給管１１０の間にシール材を介装する必要は特にない。

水没試験装置１００は、第１エンドプレート１８ａに取り付けられる検査ガス給排用パネル７２をさらに備える。該検査ガス給排用パネル７２は、気密試験装置４０を構成するものと同一の構成であるので、対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、第２実施形態に係る漏洩試験方法（水没試験）について、図６に示す概略フローも参照して説明する。第２実施形態に係る漏洩試験方法は、筒体装着工程Ｓ１１と、パネル連結工程Ｓ１２と、水導入工程Ｓ１３と、判定工程Ｓ１４とを有する。なお、筒体装着工程Ｓ１１とパネル連結工程Ｓ１２は順不同であり、いずれを先に行ってもよいが、ここでは筒体装着工程Ｓ１１を先に行う場合を例示する。

筒体装着工程Ｓ１１においては、上記の筒体装着工程Ｓ１と同様の作業を行って水没試験用筒体１０２で燃料電池スタック１０を囲繞する。すなわち、水没試験用筒体１０２の第１開口４４又は第２開口４６から燃料電池スタック１０を通し、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの位置を第１開口４４、第２開口４６に対応させる。このとき、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂの外縁端面に形成されたネジ穴２２に、水没試験用筒体１０２に形成されたネジ挿通孔５０が重なる。作業者は、その後、ネジ挿通孔５０に連結ネジ２０を通し、さらに、該連結ネジ２０をネジ穴２２に螺合する。なお、シール部材４８は、第１開口４４、第２開口４６の内壁に予め設けておけばよい。

上記の螺合により、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂが気密試験用筒体４２に連結され且つ第１開口４４、第２開口４６を閉塞するとともに、燃料電池スタック１０が水没試験用筒体１０２に囲繞される。また、セル積層体１４の外壁と水没試験用筒体１０２の内壁との間に間隙５２が形成される。

次に、パネル連結工程Ｓ１２において、検査ガス給排用パネル７２を第１エンドプレート１８ａに連結する。すなわち、第１エンドプレート１８ａに形成されたネジ穴２４に対し、検査ガス給排用パネル７２に形成されたネジ挿通孔８０に通された連結ネジ２０を螺合する。パネル連結工程Ｓ１２により、燃料ガス供給連通孔３０ａ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔３４ａ、酸化剤ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂが検査ガス給排用パネル７２で覆われる。また、第１エンドプレート１８ａと検査ガス給排用パネル７２によって内室８２が形成される。

その後、管挿通孔１０４に水供給管１１０を挿通する。なお、筒体装着工程Ｓ１１を行う前に、水供給管１１０を水没試験用筒体１０２に装着するようにしてもよい。

次に、水導入工程Ｓ１３を行う。具体的には、第３開閉バルブ１０８を開状態とすることで、水供給管１１０を介して前記水供給源から水Ｗを水没試験用筒体１０２内に導入する。水Ｗが間隙５２に貯留されることで、水没試験用筒体１０２内で水位が上昇する。その結果、水面がセル積層体１４の上部外壁よりも上昇してセル積層体１４が水没するとともに、水面と、水没試験用筒体１０２の天井壁との間のみに空間が残る。すなわち、この場合、セル積層体１４（単位セル１２）の上部外壁と、水没試験用筒体１０２の天井壁（最上部）との間にのみ、空間としての間隙５２が残留する。なお、水位が上昇する間、間隙５２に存在していたガス（大気）は、開孔１０６を介して水没試験用筒体１０２の外部に排出される。

水没試験用筒体１０２が透明である場合、作業者が目視によって容易に水位を確認することができる。作業者は、水没試験用筒体１０２内の所定高さに水位が上昇したときに、第３開閉バルブ１０８を閉状態として水Ｗの供給を停止すればよい。又は、水位センサとパーソナルコンピュータ等の制御装置を設け、水位センサによって水位が水没試験用筒体１０２内の所定高さに到達したことが検知されたとき、制御装置の制御作用下に第３開閉バルブ１０８を自動的に閉止するようにしてもよい。

次に、第１実施形態と同様にして燃料電池スタック１０の内部に検査ガスを供給し、判定工程Ｓ１４を行う。ここで、第２実施形態では、検査ガスを燃料電池スタック１０内に封入する必要は特になく、第１開閉バルブ８６及び第２開閉バルブ８８の双方を開状態として、燃料電池スタック１０内に検査ガスを流通するようにしてもよい。なお、第２実施形態では、検査ガスとして圧縮空気や圧縮窒素等を用いるようにしてもよい。

水没試験用筒体１０２が透明である場合、作業者は、目視によって気泡Ｂの発生の有無を確認すればよい。すなわち、燃料電池スタック１０に漏洩箇所が存在しない場合、燃料電池スタック１０内から検査ガスが漏洩して水Ｗに吐出されることはほとんどない。従って、水Ｗ中に気泡Ｂが認められることも殆どない。このことから諒解されるように、作業者は、気泡Ｂが目視で認められないこと、換言すれば、セル積層体１４の上部外壁と、水没試験用筒体１０２の天井壁との間に形成される間隙５２に向かって燃料電池スタック１０内の検査ガスが所定の閾値以上上昇しない（間隙５２に所定濃度以上の検査ガスが存在しない）ことをもって、「燃料電池スタック１０に漏洩箇所はない」と判定することができる。

これに対し、燃料電池スタック１０に漏洩箇所が存在する場合、該漏洩箇所から検査ガスが漏出する。この場合、連通孔３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが検査ガス給排用パネル７２で覆われているため、燃料電池スタック１０内のガスは、連通孔３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂから排出されることなく、漏洩箇所から漏出する。その結果、図５に示すように、水Ｗ中に気泡Ｂが発生する。作業者は、気泡Ｂが視認されたことをもって、「燃料電池スタック１０に漏洩箇所がある」と判定することができる。

このように、第２実施形態においても、燃料電池スタック１０を専用設備に搬送することなく、その場で漏洩試験を実施することが可能である。しかも、水没試験用筒体１０２として、大きさが燃料電池スタック１０を囲繞することが可能な程度のものを用いればよいので、燃料電池スタック１０の全体を浸漬するような大規模なプールが不要となる。すなわち、水没試験装置１００が大規模なものとなることが回避される。

さらに、水没試験用筒体１０２を燃料電池スタック１０に連結する際には、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂに保護パネル等の所定の部材を連結するために形成されたネジ穴２２、２４が活用される。従って、燃料電池スタック１０に対し、水没試験用筒体１０２を連結するための連結部を別途設ける必要がない。すなわち、第２実施形態においても、燃料電池スタック１０の形状や構成が複雑となることが回避される。

加えて、第２実施形態においても、漏洩箇所が水素ガスの流通路、酸化剤ガスの流通路、冷却媒体の流通路のいずれであるかを問わず、漏洩箇所が存在することを知覚することができる。

なお、第２実施形態では、図７に示すように、透明ではない水没試験用筒体１２０を用いることも可能である。この場合、水没試験用筒体１２０の天井壁に取付孔１２２を形成するとともに、該取付孔１２２に気泡発生認識装置１２４を取り付けることが好ましい。気泡発生認識装置１２４の好適な具体例としては、カメラや集音マイクが挙げられる。この場合、水没試験装置１００を、パーソナルコンピュータ等の分析装置６６を含めて構成するとよい。

カメラを用いた構成では、例えば、画像処理が施されることで気泡Ｂが発生したことが検知される。また、集音マイクを用いた構成では、気泡Ｂが発生する際に生じる音が収集されることで、気泡Ｂが発生したことが検知される。いずれの場合も、分析装置６６に警告が表示される。必要に応じ、警告音が発生するようにしてもよい。これにより、作業者が「燃料電池スタック１０に漏洩箇所がある」と判定することができる。

なお、第２実施形態において、水以外の液体を用いるようにしてもよいことは勿論である。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図８に例示するように、複数個の部材から検査用の筒体１３０を構成するようにしてもよい。なお、この図８では、挿入孔や管挿通孔等の孔を省略している。後述の図９においても同様である。また、部材の個数は、図８及び図９に示す２個に特に限定されるものではなく、３個や４個等であってもよい。

この場合、筒体１３０は、長手方向に直交する断面が略ハット形状をなし下方が開口した筒体本体１３２と、下方の開口を閉塞する閉塞プレート１３４とを有し、筒体本体１３２に閉塞プレート１３４が連結されることで構成される。筒体本体１３２と閉塞プレート１３４には、ネジ挿通孔５０とは別に、筒体本体１３２と閉塞プレート１３４を連結するボルト１３６を通すボルト挿入孔１３８が形成される。

図９に例示するように、第１タブ部１４０及び第２タブ部１４２が突出形成された第１Ｌ型プレート１４４と、第２Ｌ型プレート１４６とを連結することによっても筒体１４８を構成することができる。なお、部材同士の連結箇所が十分にシールされるようであれば、これらの筒体１３０、１４８を気密試験用の筒体として用いるようにしてもよい。

また、第１エンドプレート１８ａ、第２エンドプレート１８ｂに代替し、絶縁プレート１６ａ、１６ｂを第１端部構成部材、第２端部構成部材としてもよい。

１０…燃料電池スタック １２…単位セル
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０…連結ネジ
２２、２４…ネジ穴 ３０ａ…燃料ガス供給連通孔
３０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ３４ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０…気密試験装置
４２…気密試験用筒体 ４４、４６…開口
５０、８０…ネジ挿通孔 ５２…間隙
６０…ガスセンサ ６２…拡散用ファン
６４…排気管 ６６…分析装置
６８…真空ポンプ ７２…検査ガス給排用パネル
７４…カバープレート部 ７６…検査ガス供給管
７８…検査ガス排出管 ８２…内室
１００…水没試験装置 １０２、１２０…水没試験用筒体
１１０…水供給管 １３０、１４８…筒体
Ｂ…気泡 Ｗ…水

Claims (8)

1. 複数個の単位セルが積層され且つ前記単位セルの積層方向端部に第１端部構成部材、第２端部構成部材が位置する燃料電池スタックに漏洩箇所があるか否かを検査する燃料電池スタックの漏洩試験方法において、
   前記第１端部構成部材から前記第２端部構成部材に亘って延在し且つ両端部に第１開口、第２開口がそれぞれ形成された筒体を前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材に連結することで、前記筒体の両端部の開口を前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材のそれぞれで閉塞するとともに、前記単位セルの外壁と前記筒体の内壁との間に間隙が形成されるようにして前記筒体で前記単位セルを囲繞する筒体装着工程と、
   前記燃料電池スタックの内部に検査ガスを供給し、前記間隙に前記検査ガスが存在するか否かを判定する判定工程と、
   を有する燃料電池スタックの漏洩試験方法。
2. 請求項１記載の漏洩試験方法において、前記間隙を、前記単位セルの上部外壁と、前記筒体の最上部との間に形成する燃料電池スタックの漏洩試験方法。
3. 請求項１又は２記載の漏洩試験方法において、前記筒体装着工程の後に前記間隙に対して真空引きを行い、その後の前記判定工程で、前記間隙内の前記検査ガスの濃度を測定する燃料電池スタックの漏洩試験方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の漏洩試験方法において、前記間隙内で拡散装置を駆動しながら前記判定工程を行う燃料電池スタックの漏洩試験方法。
5. 請求項１又は２記載の漏洩試験方法において、前記筒体装着工程の後に前記間隙に液体を収容し、その後の前記判定工程で、前記液体中に気泡の発生が認められるか否かを判定する燃料電池スタックの漏洩試験方法。
6. 請求項５記載の漏洩試験方法において、前記筒体の少なくとも一部を透明とする燃料電池スタックの漏洩試験方法。
7. 請求項５記載の漏洩試験方法において、前記筒体の内部に気泡発生認識装置を設け、該気泡発生認識装置によって気泡が発生したことを判定する燃料電池スタックの漏洩試験方法。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の漏洩試験方法において、前記筒体を、前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材に所定の部材を連結するために形成されたネジ穴に螺合されるネジを介して前記第１端部構成部材、前記第２端部構成部材に連結する燃料電池スタックの漏洩試験方法。

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