JP4961639B2 - 燃料電池の流体もれ検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池、とくに固体高分子電解質型燃料電池の、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体のもれを検出する、燃料電池の流体もれ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレータとからセルを構成し、複数のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをセル積層方向に締め付け、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）にて固定したものからなる。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード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）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
ジュール熱およびカソードでの水生成反応で出る熱を冷却するために、セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる冷媒流路が形成されており、燃料電池を冷却している。また、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路は、互いから、かつ外部から、シールされている。
燃料電池は組立過程の途中で、および製品となった段階で、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路のシールの良否が検査される。
特開平５−２０５７６２号公報は、燃料電池の単セルのガスもれを検知し、シール特性を評価できる評価装置を開示している。そこでは、燃料ガス流路と反応空気ガス流路に窒素ガスを供給するとともに差圧をもたせて、燃料ガス流路から反応空気ガス流路にもれるガス流量を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本来は、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路のそれぞれの間での、あるいは燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路と外部への、流体もれが検査されなければならいのにかかわらず、上記従来方法による場合は、燃料ガス流路から酸化ガス流路へのガスもれしか検出できないこと、また、上記従来方法を全流体流路に同時に適用しても、どの流路からどの流路へ、またはどの流路から外部へ、もれているのかが判断できないこと、等の問題があり、どこをどう補修あるいは設計変更すればよいのかがわからない。
また、各流体流路間の検出値または各流体流路から外部への検出値に差がある場合は、もれ量の小（たとえば、燃料ガス流路と酸化ガス流路の一方から冷媒流路および外部へのもれ）の検出値が、もれ量の大（たとえば、燃料ガス流路と酸化ガス流路の一方から他方へのもれ）の検出値の誤差範囲に含まれてしまってもれ量の小のもれを精度よく検出することが難しいという問題もある。
本発明の目的は、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路、外部との間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる、燃料電池の流体もれ検査方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記目的に加うるに、各流体流路間のもれ量に差があっても精度よく各もれ量を検出できる、燃料電池の流体もれ検査方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） リーク検査される燃料電池の燃料ガスの流体流路と酸化ガスの流体流路のうち何れか一方の流体流路からなる第１のガス流体流路および他方の流体流路からなる第２のガス流体流路と、冷媒の流体流路と、前記燃料電池を入れるチャンバと、前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバに接続する第１、第２、第３、第４の配管と、第１、第２、第３、第４の配管の合流配管に対して１つ設けられたまたは第１、第２、第３、第４の各配管に設けられた、検査流体を検出するディテクタと、を備えた流体もれ検査装置を用いて実行される、燃料電池の流体もれ検査方法であって、
チャンバを真空にして前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路を真空にする工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入し前記第２、第３、第４の配管を開にして前記第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第１の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入し前記第３、第４の配管を開にして前記冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第２の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入し前記第４の配管を開にして前記チャンバへのもれをディテクタにより検出する第３の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入することなく前記第２の配管を開にし前記第２のガス流体流路へのもれを検出する第４の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路と冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第５の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第６の工程と、
を備え、
第１の工程でもれが検出されない時は第２の工程に進み第１の工程でもれが検出された時は第４の工程に進み、
第２の工程でもれが検出されない時は第３の工程に進み第２の工程でもれが検出された時は第６の工程に進み、
第３の工程でもれが検出されない時は合格と判定し第３の工程でもれが検出された時は前記冷媒流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第４の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれがあると判定し第４の工程でもれが検出されない時は第５の工程へ進み、
第５の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第５の工程でもれが検出されない時は前記第１のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第６の工程でもれが検出された時は前記第２のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第６の工程でもれが検出されない時は前記第２のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定する、
燃料電池の流体もれ検査方法。
（２） 前記第１の工程を、前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とに分け、
前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とを、前記第２の工程や、第３の工程の前に行う、（１）記載の燃料電池の流体もれ検査方法。
（３） 前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程より先に実施する（２）記載の燃料電池の流体もれ検査方法。
【０００５】
上記（１）の燃料電池の流体もれ検査方法では、上記（１）のように構成したので、第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒の流体流路、チャンバの間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる。
上記（２）の燃料電池の流体もれ検査方法では、第１の工程を、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程とに分けたので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれ量と第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれ量との間に大小があるにもかかわらず、もれ量小のもれがもれ量大のもれの誤差範囲に含まれてしまうことがなく、各もれを精度よく検出することができる。
上記（３）の燃料電池の流体もれ検査方法では、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程より先に実施するので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くすることにより、検査ガスの配管への付着量が少なくなって、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程でノイズをひろうことが少なくなり、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを高精度に検査できることを維持したまま、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くした分、検査時間を短縮することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施例の燃料電池の流体もれ検査方法を図１〜図１６を参照して、説明する。
図中、図１〜図８は本発明の実施例１を示し、図１０〜図１４は本発明の実施例２を示し、図９、図１５、図１６は本発明の実施例１と実施例２の何れにも適用可能である。
まず、本発明の何れの実施例にも適用可能な部分を説明する。
本発明の方法が適用される燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池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い。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１５、図１６に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）および燃料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジュール１９群のセル積層方向（燃料電池積層方向）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を配置してスタック２３を構成し、スタック２３をセル積層方向に締め付けセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート）とボルト２５で固定したものからなる。燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６は、それぞれ、流体流路を構成する。
【０００８】
セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画するとともに、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。
冷媒流路２６はセル毎に、または複数のセル毎（たとえば、モジュール毎）に、設けられる。たとえば、２つのセル毎に１つの冷媒流路２６が設けられる。
セパレータ１８は、カーボン板に冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成したもの、または、冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、または、導電性粒子を混入して導電性をもたせた樹脂板に冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成したもの、等の何れかからなる。
燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６は、それぞれから、また外部からシールされなければならない。そのシール性は、燃料電池の組立の途中段階（単セルの段階、モジュールの段階、等）や組立完了時点（スタックの段階）で検査される。
【０００９】
本発明の燃料電池の流体もれ検査方法の実施例１、実施例２に共通する部分を、たとえば図１〜図９を参照して、説明する。
図１は本発明の燃料電池の流体もれ検査方法の工程をフローチャートで示しており、図２は該燃料電池の流体もれ検査方法を実施するもれ検査装置をシステムで示しており、図３〜図８は図１の流体もれ検査方法の各工程での各流体流路の検査状態を示している。
図１、図２に示すように、本発明実施例の燃料電池の流体もれ検査方法は、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６のそれぞれの流体流路に対し順に検査流体を注入し、それぞれの検査流体の注入時点毎に検査流体のもれを検出する流体もれ検査方法からなる。
検査流体は、流体流路を真空にしておきそこに検査流体を注入してその流体流路からもれ出た検査流体をディテクタによって検知する方法による場合は、そのディテクタが検知できるガス、たとえばヘリウム、アルゴンガス、水素などである。
以下の説明では、流体流路を真空にしておきそこに検査流体としてヘリウムガスを注入してその流体流路からもれ出たヘリウムガスをヘリウムディテクタによって検知する方法による場合を例にとる。ただし、これに限るものではない。
【００１０】
流体流路２７、２８、２６に対する検査流体の注入順序は、どの順でもよい。図１には、燃料ガス流路２７、酸素ガス流路２８、冷媒流路２６の順とした場合を示してある。ただし、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６の順でもよいし、あるいは冷媒流路２６、燃料ガス流路２７、酸素ガス流路２８の順でもいし、あるいは冷媒流路２６、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７の順でもよい。
【００１１】
図１、図２に示すように、リーク検査される燃料電池（単セルの状態でもよいし、モジュールの状態でもよいし、スタックの状態でもよい）をリーク試験容器内のチャンバー２９に入れ、チャンバー内全体を真空引きして、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６を真空にし、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６に順に検査流体（たとえば、ヘリウムガス）を注入し、それらからもれる検査流体をディテクタ（検査流体がヘリウムガスの場合は、ディテクタはヘリウムディテクタ）３０にて検出する。各流体流路２７、２８、２６とディテクタ３０とを結ぶ配管には、その流路を開閉するバルブ３１が設けられており、その開閉を選定することにより、流体流路２７、２８、２６を選択的にもれ検査する。ディテクタ３０による検出のため、もれ量が定量的に検出される。
【００１２】
図１〜図８において、各表示はそれぞれつぎのことを示す。
「水素」：水素（燃料ガス）が注入される室（流体流路）
「酸素」：酸素（酸化ガス）が注入される室（流体流路）
「冷却水」：冷却水が通る室（流体流路）
「外部」：リーク検査される燃料電池外でチャンバー内
「→」 ：から・・・へ
【００１３】
上記の燃料電池の流体もれ検査方法では、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体流路２６、２７、２８に対し順に検査流体（たとえば、ヘリウムガス）を注入し、それぞれの検査流体の注入時点毎に検査流体のもれを検出するので、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６、外部（チャンバー）２９との間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのか、そのもれ量はいくらか、がわかり、どこを補修すればよいか、あるいはどの部品を取り替えればよいか、がわかる。また、あるいは、もれが多くの燃料電池で出るようであればどこを設計変更すべきか、もわかるので、補修、交換、設計変更が従来に比べて格段に効率アップする。
【００１４】
なお、図１、図２の例は、全流体流路２７、２８、２６と外部２９に対してディテクタ３０が１個設けられ、それぞれの配管をディテクタ３０に接続している場合であったが、図９に示すように、室２７、２８、２６の各々の配管にディテクタ３０を設けることにより、バルブの切り換えをすることなく、同時に各室または外部へのリークを求めることもでき、さらに効率よくもれ検査することができる。図９では、水素室に検査ガスを注入した場合を示しているが、各室に順に検査ガスを注入していくことは、図１の例と同じである。
【００１５】
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕
本発明の実施例１の検査用法では、図１〜図９に示すように、図１の工程１０１で、水素室（燃料ガス流路２７）に検査流体（たとえば、ヘリウムガスとする）を注入して図３の状態とし、酸素室（酸化ガス流路２８）、冷却水室（冷媒流路２６）、外部（チャンバー２９）へのもれを、ディテクタ３０により検査する。
工程１０１で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室２７からのもれはないとして、工程１０２に進み、酸素室２８、冷却水室２６からのもれがあるか否かをさらに検討する。
工程１０１で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、水素室から酸素室、冷却水室、外部へのいずれかへのもれがあるとして、工程１０４に進み、どこへもれているかを更に検討する。
【００１６】
工程１０２では、水素室（燃料ガス流路２７）にヘリウムガスを充填したまま、さらに酸素室（酸化ガス流路２８）にヘリウムガスを注入して図４の状態とし、冷却水室（冷媒流路２９）、外部（チャンバー２９）へのもれをディテクタ３０により検査する。
工程１０２で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室、酸素室からのもれはないとして、工程１０３に進み、冷却室からのもれがあるか否かをさらに検討する。
工程１０２で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、酸素室から冷却水室、外部へのいずれかへのもれがあるとして、工程１０６に進み、どこへもれているかを更に検討する。
【００１７】
工程１０３では、水素室（燃料ガス流路２７）と酸素室（酸化ガス流路２８）にヘリウムガスを充填したまま、さらに冷却水室（冷媒流路２９）にヘリウムガスを注入して図５の状態とし、外部（チャンバー２９）へのもれをディテクタ３０により検査する。
工程１０３で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室、酸素室、冷却水室からのもれはないとして、合格とする。
工程１０３で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、冷却水室から外部へのもれがあると判定する。その場合のガス量を検出し、許容値以上であれば、冷却水室から外部へのもれ部を修復するか欠陥部を取り替える。
【００１８】
工程１０４では、水素室（燃料ガス流路２７）からのもれがあることが既にわかっているので、水素室から酸素室、冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、酸素室に検査ガスを注入することなく、酸素室（酸化ガス流路２８）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして酸素室に水素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０４で酸素室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、水素室から酸素室へリークしていると判定してそのリーク経路（たとえば、電解質膜に穴があいているような場合）を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０４で酸素室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、工程１０５に進み、さらに水素室から冷却水室と外部の何れにもれているかを検査する。
【００１９】
工程１０５では、水素室（燃料ガス流路２７）からのもれがあること、および酸素室（酸化ガス流路２８）からのもれがないこと、が既にわかっているので、水素室から冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、酸素室、冷却水室に検査ガスを注入することなく、冷却水室（冷媒流路２６）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして冷却水室に水素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０５で冷却水室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、水素室から冷却水室へリークしていると判定してそのリーク経路を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０５で冷却水室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、水素室から外部にもれていると判定して、リーク部を補修するか、欠陥部を取り替える。
【００２０】
工程１０６では、水素室からのもれがないこと、および酸素室からのもれがあること、が既にわかっているので、酸素室から冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、冷却水室に検査ガスを注入することなく、冷却水室（冷媒流路２６）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして冷却水室に酸素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０６で冷却水室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、酸素室から冷却水室へリークしていると判定してそのリーク経路を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０６で冷却水室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、酸素室から外部にもれていると判定して、リーク部を補修するか、欠陥部を取り替える。
以上で全ての流体流路のもれ検査が完了し、どこからどこへもれがあるか、そのもれ量はいくらか、がわかり、どこを補修すればよいか、あるいはどの部品を取り替えればよいか、がわかる。
【００２１】
〔実施例２〕
本発明の実施例２の方法は本発明の実施例１の方法をさらに改良した方法である。
本発明の実施例１の方法には、なおつぎの問題が残っている。
(i) ガス透過性膜である電解質膜１１で隔てられた水素室２７から酸素室２８へのガス透過量が他のリーク量に比べ、検出値が大きいため、水素室２７から冷却水室２６、外部２９へのリークが発見しずらい。
(ii)検出値が大きい水素室２７からのリーク量を検出した後、酸素室２８からのリーク量を検出するとノイズを多くひろってしまい検出時間を長く要する。
本発明の実施例２は、本発明の実施例１の目的を保持したまま、本発明の実施例１の問題、すなわち水素室２７から冷却水室２６、外部２９へのリークを高精度に検出でき、かつ検出時間を短くすることができる燃料電池の流体もれ検査方法を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法は、本発明の実施例１の方法において、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体流路２７、２８、２６のうち燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路ともいう、たとえば、燃料ガス流路２７）からのもれを検出する工程を、図１０〜図１４に示すように、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から他方の流体流路（第２のガス流体流路ともいう、たとえば、酸化ガス流路２８）へのもれを検出する工程２０１と、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から冷媒流体流路２６および外部（チャンバともいう）２９へのもれを検出する工程２０２とに分けた流体もれ検査方法からなる。
【００２３】
本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法において、望ましくは、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から他方の流体流路（第２のガス流体流路、たとえば、酸化ガス流路２８）へのもれを検出する工程２０１を、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から冷媒流体流路２６および外部（チャンバ）２９へのもれを検出する工程２０２より先に実施する。
その他は、本発明の実施例１に準じる。
【００２４】
さらに詳しくは、本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法において、工程２０１では、図１１に示すように、水素室２７に検査ガスを封入し、水素室２７から酸素室２８へのガス透過量を定量的に出力する。ガス透過量は他のリーク量に比べて大きな検出値を示すため、配管にガスが付着し、次工程の測定ノイズとなるので、工程２０１の検出は短時間で行う。そして、予め定めた所定規格値に対し検出値が小でＯＫが出た場合、工程２０２に移る、工程２０１でＮＧ判定が出た場合、水素室２７から酸素室２８へのリークＮＧ、もしくは電解質膜１１の劣化などにより何らかの欠陥があるものとしてＮＧ判定を出す。
【００２５】
工程２０２では、図１２に示すように、水素室２７に検査ガスを封入したまま、冷却水室２６、外部（チャンバー）２９から検知される検査ガス量を定量的に検知する。工程２０２では、水素室２７から冷却水室２６、外部（チャンバー）２９へのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、工程２０３に移り、ＮＧ判定が出た場合工程２０５に移る。
【００２６】
工程２０３では、図１３に示すように、水素室２７の他に酸素室２８にもガスを封入し、冷却水室２６、外部（チャンバー）２９から検知されるガス量を検知する。工程２０３では、酸素室２８からのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、工程２０４に移る。ＮＧ判定が出た場合、工程２０６に移る。
【００２７】
工程２０４では、図１４に示すように、水素室２７、酸素室２８の他に冷却水室２６にもガスを封入し、外部（チャンバー）２９から検知されるガス量を検知する。工程２０４では、冷却水室２６からのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、合格判定とする。ＮＧ判定が出た場合、冷却水室２６から外部２９へのリークＮＧと判定される。
【００２８】
工程２０５では、水素室２７からのリークＮＧが判定されているため、どこの室２８、２６または外部２９にリークしているかの判定を行う工程である。もれ部位を特定する工程であるため、サイクルタイムなどの問題で量産時に採用するか否かは、ユーザーの判断で決定することができる。
工程２０６では、酸素室２８からのリークＮＧが判定されているため、どこの室２６または外部２９にリークしているかの判定を行う工程である。もれ部位を特定する工程であるため、サイクルタイムなどの問題で量産時に採用するか否かは、ユーザーの判断で決定することができる。
上記の検査工程を経ることによりガス透過量の大小による電解質膜１１の劣化、損失を判定できるだけでなく、決してあってはならない各室から外部へのもれを見落としなく、かつ１つの設備、ガスディテクタで判定でき、安価で効率的なリーク検査が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、請求項１のように構成したので、第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒の流体流路、チャンバの間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる。
請求項２の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、第１の工程を、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程とに分けたので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれ量と第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれ量との間に大小があるにもかかわらず、もれ量小のもれがもれ量大のもれの誤差範囲に含まれてしまうことがなく、各もれを精度よく検出することができる。
請求項３の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程より先に実施するので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くすることにより、検査ガスの配管への付着量が少なくなって、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程でノイズをひろうことが少なくなり、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを高精度に検査できることを維持したまま、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くした分、検査時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の燃料電池の流体もれ検査方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】 本発明の実施例１の燃料電池の流体もれ検査方法を実施する装置の系統図である。
【図３】 図１の工程１０１での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図４】 図１の工程１０２での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図５】 図１の工程１０３での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図６】 図１の工程１０４での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図７】 図１の工程１０５での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図８】 図１の工程１０６での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図９】 本発明の実施例１、２の燃料電池の流体もれ検査方法を実施するもう一つの装置の系統図である。
【図１０】 本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法の工程を示すフローチャートである。
【図１１】 図１０の工程２０１での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１２】 図１０の工程２０２での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１３】 図１０の工程２０３での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１４】 図１０の工程２０４での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１５】 本発明の燃料電池の流体もれ検査方法が適用される燃料電池の全体概略図である。
【図１６】 図１５の燃料電池の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１２ 触媒層
１３ 拡散層
１４ 電極（アノード、燃料極）
１５ 触媒層
１６ 拡散層
１７ 電極（カソード、空気極）
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 スタック
２４ テンションプレート
２５ ボルト
２６ 冷却水流路（冷却水室）
２７ 燃料ガス流路（燃料ガス室）
２８ 酸化ガス流路（酸化ガス室）
２９ チャンバー
３０ ディテクタ
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ 実施例１の工程
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ 実施例２の工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池、とくに固体高分子電解質型燃料電池の、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体のもれを検出する、燃料電池の流体もれ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレータとからセルを構成し、複数のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをセル積層方向に締め付け、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）にて固定したものからなる。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード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）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
ジュール熱およびカソードでの水生成反応で出る熱を冷却するために、セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる冷媒流路が形成されており、燃料電池を冷却している。また、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路は、互いから、かつ外部から、シールされている。
燃料電池は組立過程の途中で、および製品となった段階で、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路のシールの良否が検査される。
特開平５−２０５７６２号公報は、燃料電池の単セルのガスもれを検知し、シール特性を評価できる評価装置を開示している。そこでは、燃料ガス流路と反応空気ガス流路に窒素ガスを供給するとともに差圧をもたせて、燃料ガス流路から反応空気ガス流路にもれるガス流量を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本来は、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路のそれぞれの間での、あるいは燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路と外部への、流体もれが検査されなければならいのにかかわらず、上記従来方法による場合は、燃料ガス流路から酸化ガス流路へのガスもれしか検出できないこと、また、上記従来方法を全流体流路に同時に適用しても、どの流路からどの流路へ、またはどの流路から外部へ、もれているのかが判断できないこと、等の問題があり、どこをどう補修あるいは設計変更すればよいのかがわからない。
また、各流体流路間の検出値または各流体流路から外部への検出値に差がある場合は、もれ量の小（たとえば、燃料ガス流路と酸化ガス流路の一方から冷媒流路および外部へのもれ）の検出値が、もれ量の大（たとえば、燃料ガス流路と酸化ガス流路の一方から他方へのもれ）の検出値の誤差範囲に含まれてしまってもれ量の小のもれを精度よく検出することが難しいという問題もある。
本発明の目的は、燃料ガス流路、酸化ガス流路、冷媒流路、外部との間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる、燃料電池の流体もれ検査方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記目的に加うるに、各流体流路間のもれ量に差があっても精度よく各もれ量を検出できる、燃料電池の流体もれ検査方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） リーク検査される燃料電池の燃料ガスの流体流路と酸化ガスの流体流路のうち何れか一方の流体流路からなる第１のガス流体流路および他方の流体流路からなる第２のガス流体流路と、冷媒の流体流路と、前記燃料電池を入れるチャンバと、前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバに接続する第１、第２、第３、第４の配管と、第１、第２、第３、第４の配管の合流配管に対して１つ設けられたまたは第１、第２、第３、第４の各配管に設けられた、検査流体を検出するディテクタと、を備えた流体もれ検査装置を用いて実行される、燃料電池の流体もれ検査方法であって、
チャンバを真空にして前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路を真空にする工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入し前記第２、第３、第４の配管を開にして前記第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第１の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入し前記第３、第４の配管を開にして前記冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第２の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入し前記第４の配管を開にして前記チャンバへのもれをディテクタにより検出する第３の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入することなく前記第２の配管を開にし前記第２のガス流体流路へのもれを検出する第４の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路と冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第５の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第６の工程と、
を備え、
第１の工程でもれが検出されない時は第２の工程に進み第１の工程でもれが検出された時は第４の工程に進み、
第２の工程でもれが検出されない時は第３の工程に進み第２の工程でもれが検出された時は第６の工程に進み、
第３の工程でもれが検出されない時は合格と判定し第３の工程でもれが検出された時は前記冷媒流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第４の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれがあると判定し第４の工程でもれが検出されない時は第５の工程へ進み、
第５の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第５の工程でもれが検出されない時は前記第１のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第６の工程でもれが検出された時は前記第２のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第６の工程でもれが検出されない時は前記第２のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定する、
燃料電池の流体もれ検査方法。
（２） 前記第１の工程を、前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とに分け、
前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とを、前記第２の工程や、第３の工程の前に行う、（１）記載の燃料電池の流体もれ検査方法。
（３） 前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程より先に実施する（２）記載の燃料電池の流体もれ検査方法。
【０００５】
上記（１）の燃料電池の流体もれ検査方法では、上記（１）のように構成したので、第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒の流体流路、チャンバの間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる。
上記（２）の燃料電池の流体もれ検査方法では、第１の工程を、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程とに分けたので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれ量と第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれ量との間に大小があるにもかかわらず、もれ量小のもれがもれ量大のもれの誤差範囲に含まれてしまうことがなく、各もれを精度よく検出することができる。
上記（３）の燃料電池の流体もれ検査方法では、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程より先に実施するので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くすることにより、検査ガスの配管への付着量が少なくなって、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程でノイズをひろうことが少なくなり、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを高精度に検査できることを維持したまま、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くした分、検査時間を短縮することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施例の燃料電池の流体もれ検査方法を図１〜図１６を参照して、説明する。
図中、図１〜図８は本発明の実施例１を示し、図１０〜図１４は本発明の実施例２を示し、図９、図１５、図１６は本発明の実施例１と実施例２の何れにも適用可能である。
まず、本発明の何れの実施例にも適用可能な部分を説明する。
本発明の方法が適用される燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池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い。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１５、図１６に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）および燃料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジュール１９群のセル積層方向（燃料電池積層方向）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を配置してスタック２３を構成し、スタック２３をセル積層方向に締め付けセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート）とボルト２５で固定したものからなる。燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６は、それぞれ、流体流路を構成する。
【０００８】
セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画するとともに、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。
冷媒流路２６はセル毎に、または複数のセル毎（たとえば、モジュール毎）に、設けられる。たとえば、２つのセル毎に１つの冷媒流路２６が設けられる。
セパレータ１８は、カーボン板に冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成したもの、または、冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、または、導電性粒子を混入して導電性をもたせた樹脂板に冷媒流路２６や燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８を形成したもの、等の何れかからなる。
燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６は、それぞれから、また外部からシールされなければならない。そのシール性は、燃料電池の組立の途中段階（単セルの段階、モジュールの段階、等）や組立完了時点（スタックの段階）で検査される。
【０００９】
本発明の燃料電池の流体もれ検査方法の実施例１、実施例２に共通する部分を、たとえば図１〜図９を参照して、説明する。
図１は本発明の燃料電池の流体もれ検査方法の工程をフローチャートで示しており、図２は該燃料電池の流体もれ検査方法を実施するもれ検査装置をシステムで示しており、図３〜図８は図１の流体もれ検査方法の各工程での各流体流路の検査状態を示している。
図１、図２に示すように、本発明実施例の燃料電池の流体もれ検査方法は、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６のそれぞれの流体流路に対し順に検査流体を注入し、それぞれの検査流体の注入時点毎に検査流体のもれを検出する流体もれ検査方法からなる。
検査流体は、流体流路を真空にしておきそこに検査流体を注入してその流体流路からもれ出た検査流体をディテクタによって検知する方法による場合は、そのディテクタが検知できるガス、たとえばヘリウム、アルゴンガス、水素などである。
以下の説明では、流体流路を真空にしておきそこに検査流体としてヘリウムガスを注入してその流体流路からもれ出たヘリウムガスをヘリウムディテクタによって検知する方法による場合を例にとる。ただし、これに限るものではない。
【００１０】
流体流路２７、２８、２６に対する検査流体の注入順序は、どの順でもよい。図１には、燃料ガス流路２７、酸素ガス流路２８、冷媒流路２６の順とした場合を示してある。ただし、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６の順でもよいし、あるいは冷媒流路２６、燃料ガス流路２７、酸素ガス流路２８の順でもいし、あるいは冷媒流路２６、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７の順でもよい。
【００１１】
図１、図２に示すように、リーク検査される燃料電池（単セルの状態でもよいし、モジュールの状態でもよいし、スタックの状態でもよい）をリーク試験容器内のチャンバー２９に入れ、チャンバー内全体を真空引きして、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６を真空にし、酸素ガス流路２８、燃料ガス流路２７、冷媒流路２６に順に検査流体（たとえば、ヘリウムガス）を注入し、それらからもれる検査流体をディテクタ（検査流体がヘリウムガスの場合は、ディテクタはヘリウムディテクタ）３０にて検出する。各流体流路２７、２８、２６とディテクタ３０とを結ぶ配管には、その流路を開閉するバルブ３１が設けられており、その開閉を選定することにより、流体流路２７、２８、２６を選択的にもれ検査する。ディテクタ３０による検出のため、もれ量が定量的に検出される。
【００１２】
図１〜図８において、各表示はそれぞれつぎのことを示す。
「水素」：水素（燃料ガス）が注入される室（流体流路）
「酸素」：酸素（酸化ガス）が注入される室（流体流路）
「冷却水」：冷却水が通る室（流体流路）
「外部」：リーク検査される燃料電池外でチャンバー内
「→」 ：から・・・へ
【００１３】
上記の燃料電池の流体もれ検査方法では、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体流路２６、２７、２８に対し順に検査流体（たとえば、ヘリウムガス）を注入し、それぞれの検査流体の注入時点毎に検査流体のもれを検出するので、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６、外部（チャンバー）２９との間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのか、そのもれ量はいくらか、がわかり、どこを補修すればよいか、あるいはどの部品を取り替えればよいか、がわかる。また、あるいは、もれが多くの燃料電池で出るようであればどこを設計変更すべきか、もわかるので、補修、交換、設計変更が従来に比べて格段に効率アップする。
【００１４】
なお、図１、図２の例は、全流体流路２７、２８、２６と外部２９に対してディテクタ３０が１個設けられ、それぞれの配管をディテクタ３０に接続している場合であったが、図９に示すように、室２７、２８、２６の各々の配管にディテクタ３０を設けることにより、バルブの切り換えをすることなく、同時に各室または外部へのリークを求めることもでき、さらに効率よくもれ検査することができる。図９では、水素室に検査ガスを注入した場合を示しているが、各室に順に検査ガスを注入していくことは、図１の例と同じである。
【００１５】
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕
本発明の実施例１の検査用法では、図１〜図９に示すように、図１の工程１０１で、水素室（燃料ガス流路２７）に検査流体（たとえば、ヘリウムガスとする）を注入して図３の状態とし、酸素室（酸化ガス流路２８）、冷却水室（冷媒流路２６）、外部（チャンバー２９）へのもれを、ディテクタ３０により検査する。
工程１０１で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室２７からのもれはないとして、工程１０２に進み、酸素室２８、冷却水室２６からのもれがあるか否かをさらに検討する。
工程１０１で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、水素室から酸素室、冷却水室、外部へのいずれかへのもれがあるとして、工程１０４に進み、どこへもれているかを更に検討する。
【００１６】
工程１０２では、水素室（燃料ガス流路２７）にヘリウムガスを充填したまま、さらに酸素室（酸化ガス流路２８）にヘリウムガスを注入して図４の状態とし、冷却水室（冷媒流路２９）、外部（チャンバー２９）へのもれをディテクタ３０により検査する。
工程１０２で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室、酸素室からのもれはないとして、工程１０３に進み、冷却室からのもれがあるか否かをさらに検討する。
工程１０２で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、酸素室から冷却水室、外部へのいずれかへのもれがあるとして、工程１０６に進み、どこへもれているかを更に検討する。
【００１７】
工程１０３では、水素室（燃料ガス流路２７）と酸素室（酸化ガス流路２８）にヘリウムガスを充填したまま、さらに冷却水室（冷媒流路２９）にヘリウムガスを注入して図５の状態とし、外部（チャンバー２９）へのもれをディテクタ３０により検査する。
工程１０３で、もれが検出できない場合（ＯＫ）は、水素室、酸素室、冷却水室からのもれはないとして、合格とする。
工程１０３で、もれが検出された場合（ＮＧ）は、冷却水室から外部へのもれがあると判定する。その場合のガス量を検出し、許容値以上であれば、冷却水室から外部へのもれ部を修復するか欠陥部を取り替える。
【００１８】
工程１０４では、水素室（燃料ガス流路２７）からのもれがあることが既にわかっているので、水素室から酸素室、冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、酸素室に検査ガスを注入することなく、酸素室（酸化ガス流路２８）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして酸素室に水素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０４で酸素室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、水素室から酸素室へリークしていると判定してそのリーク経路（たとえば、電解質膜に穴があいているような場合）を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０４で酸素室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、工程１０５に進み、さらに水素室から冷却水室と外部の何れにもれているかを検査する。
【００１９】
工程１０５では、水素室（燃料ガス流路２７）からのもれがあること、および酸素室（酸化ガス流路２８）からのもれがないこと、が既にわかっているので、水素室から冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、酸素室、冷却水室に検査ガスを注入することなく、冷却水室（冷媒流路２６）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして冷却水室に水素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０５で冷却水室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、水素室から冷却水室へリークしていると判定してそのリーク経路を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０５で冷却水室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、水素室から外部にもれていると判定して、リーク部を補修するか、欠陥部を取り替える。
【００２０】
工程１０６では、水素室からのもれがないこと、および酸素室からのもれがあること、が既にわかっているので、酸素室から冷却水室、外部のいずれにもれているのかを検査する。そのために、冷却水室に検査ガスを注入することなく、冷却水室（冷媒流路２６）とディテクタ３０とを結ぶ配管を開にして冷却水室に酸素室からのヘリウムガスのリークがあるか否かを検査する。
工程１０６で冷却水室へのヘリウムガスのリークがあると判定された場合（ＮＧ）は、酸素室から冷却水室へリークしていると判定してそのリーク経路を修復するか、欠陥部を取り替える。
工程１０６で冷却水室へのヘリウムガスのリークがないと判定された場合（ＯＫ）は、酸素室から外部にもれていると判定して、リーク部を補修するか、欠陥部を取り替える。
以上で全ての流体流路のもれ検査が完了し、どこからどこへもれがあるか、そのもれ量はいくらか、がわかり、どこを補修すればよいか、あるいはどの部品を取り替えればよいか、がわかる。
【００２１】
〔実施例２〕
本発明の実施例２の方法は本発明の実施例１の方法をさらに改良した方法である。
本発明の実施例１の方法には、なおつぎの問題が残っている。
(i) ガス透過性膜である電解質膜１１で隔てられた水素室２７から酸素室２８へのガス透過量が他のリーク量に比べ、検出値が大きいため、水素室２７から冷却水室２６、外部２９へのリークが発見しずらい。
(ii)検出値が大きい水素室２７からのリーク量を検出した後、酸素室２８からのリーク量を検出するとノイズを多くひろってしまい検出時間を長く要する。
本発明の実施例２は、本発明の実施例１の目的を保持したまま、本発明の実施例１の問題、すなわち水素室２７から冷却水室２６、外部２９へのリークを高精度に検出でき、かつ検出時間を短くすることができる燃料電池の流体もれ検査方法を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法は、本発明の実施例１の方法において、燃料ガス、酸化ガス、冷媒のそれぞれの流体流路２７、２８、２６のうち燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路ともいう、たとえば、燃料ガス流路２７）からのもれを検出する工程を、図１０〜図１４に示すように、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から他方の流体流路（第２のガス流体流路ともいう、たとえば、酸化ガス流路２８）へのもれを検出する工程２０１と、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から冷媒流体流路２６および外部（チャンバともいう）２９へのもれを検出する工程２０２とに分けた流体もれ検査方法からなる。
【００２３】
本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法において、望ましくは、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から他方の流体流路（第２のガス流体流路、たとえば、酸化ガス流路２８）へのもれを検出する工程２０１を、燃料ガスの流体流路２７と酸化ガスの流体流路２８の何れか一方の流体流路（第１のガス流体流路、たとえば、燃料ガス流路２７）から冷媒流体流路２６および外部（チャンバ）２９へのもれを検出する工程２０２より先に実施する。
その他は、本発明の実施例１に準じる。
【００２４】
さらに詳しくは、本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法において、工程２０１では、図１１に示すように、水素室２７に検査ガスを封入し、水素室２７から酸素室２８へのガス透過量を定量的に出力する。ガス透過量は他のリーク量に比べて大きな検出値を示すため、配管にガスが付着し、次工程の測定ノイズとなるので、工程２０１の検出は短時間で行う。そして、予め定めた所定規格値に対し検出値が小でＯＫが出た場合、工程２０２に移る、工程２０１でＮＧ判定が出た場合、水素室２７から酸素室２８へのリークＮＧ、もしくは電解質膜１１の劣化などにより何らかの欠陥があるものとしてＮＧ判定を出す。
【００２５】
工程２０２では、図１２に示すように、水素室２７に検査ガスを封入したまま、冷却水室２６、外部（チャンバー）２９から検知される検査ガス量を定量的に検知する。工程２０２では、水素室２７から冷却水室２６、外部（チャンバー）２９へのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、工程２０３に移り、ＮＧ判定が出た場合工程２０５に移る。
【００２６】
工程２０３では、図１３に示すように、水素室２７の他に酸素室２８にもガスを封入し、冷却水室２６、外部（チャンバー）２９から検知されるガス量を検知する。工程２０３では、酸素室２８からのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、工程２０４に移る。ＮＧ判定が出た場合、工程２０６に移る。
【００２７】
工程２０４では、図１４に示すように、水素室２７、酸素室２８の他に冷却水室２６にもガスを封入し、外部（チャンバー）２９から検知されるガス量を検知する。工程２０４では、冷却水室２６からのリーク量をみていることになり、規格に対しＯＫ判定が出た場合、合格判定とする。ＮＧ判定が出た場合、冷却水室２６から外部２９へのリークＮＧと判定される。
【００２８】
工程２０５では、水素室２７からのリークＮＧが判定されているため、どこの室２８、２６または外部２９にリークしているかの判定を行う工程である。もれ部位を特定する工程であるため、サイクルタイムなどの問題で量産時に採用するか否かは、ユーザーの判断で決定することができる。
工程２０６では、酸素室２８からのリークＮＧが判定されているため、どこの室２６または外部２９にリークしているかの判定を行う工程である。もれ部位を特定する工程であるため、サイクルタイムなどの問題で量産時に採用するか否かは、ユーザーの判断で決定することができる。
上記の検査工程を経ることによりガス透過量の大小による電解質膜１１の劣化、損失を判定できるだけでなく、決してあってはならない各室から外部へのもれを見落としなく、かつ１つの設備、ガスディテクタで判定でき、安価で効率的なリーク検査が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、請求項１のように構成したので、第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒の流体流路、チャンバの間の流体もれが検査でき、どの流体流路からどの流体流路へ、またはどの流体流路から外部へ、もれているのかが判断できる。
請求項２の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、第１の工程を、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程とに分けたので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれ量と第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれ量との間に大小があるにもかかわらず、もれ量小のもれがもれ量大のもれの誤差範囲に含まれてしまうことがなく、各もれを精度よく検出することができる。
請求項３の燃料電池の流体もれ検査方法によれば、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程より先に実施するので、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くすることにより、検査ガスの配管への付着量が少なくなって、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを検出する工程でノイズをひろうことが少なくなり、第１のガス流体流路から冷媒流体流路およびチャンバへのもれを高精度に検査できることを維持したまま、第１のガス流体流路から第２のガス流体流路へのもれを検出する時間を短くした分、検査時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の燃料電池の流体もれ検査方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】 本発明の実施例１の燃料電池の流体もれ検査方法を実施する装置の系統図である。
【図３】 図１の工程１０１での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図４】 図１の工程１０２での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図５】 図１の工程１０３での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図６】 図１の工程１０４での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図７】 図１の工程１０５での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図８】 図１の工程１０６での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図９】 本発明の実施例１、２の燃料電池の流体もれ検査方法を実施するもう一つの装置の系統図である。
【図１０】 本発明の実施例２の燃料電池の流体もれ検査方法の工程を示すフローチャートである。
【図１１】 図１０の工程２０１での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１２】 図１０の工程２０２での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１３】 図１０の工程２０３での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１４】 図１０の工程２０４での各室の検査ガス注入状態とディテクタへの連通状態を示す系統図である。
【図１５】 本発明の燃料電池の流体もれ検査方法が適用される燃料電池の全体概略図である。
【図１６】 図１５の燃料電池の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１２ 触媒層
１３ 拡散層
１４ 電極（アノード、燃料極）
１５ 触媒層
１６ 拡散層
１７ 電極（カソード、空気極）
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 スタック
２４ テンションプレート
２５ ボルト
２６ 冷却水流路（冷却水室）
２７ 燃料ガス流路（燃料ガス室）
２８ 酸化ガス流路（酸化ガス室）
２９ チャンバー
３０ ディテクタ
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ 実施例１の工程
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ 実施例２の工程
Claims (3)
- リーク検査される燃料電池の燃料ガスの流体流路と酸化ガスの流体流路のうち何れか一方の流体流路からなる第１のガス流体流路および他方の流体流路からなる第２のガス流体流路と、冷媒の流体流路と、前記燃料電池を入れるチャンバと、前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバに接続する第１、第２、第３、第４の配管と、第１、第２、第３、第４の配管の合流配管に対して１つ設けられたまたは第１、第２、第３、第４の各配管に設けられた、検査流体を検出するディテクタと、を備えた流体もれ検査装置を用いて実行される、燃料電池の流体もれ検査方法であって、
チャンバを真空にして前記第１のガス流体流路、第２のガス流体流路、冷媒流体流路を真空にする工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入し前記第２、第３、第４の配管を開にして前記第２のガス流体流路、冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第１の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入し前記第３、第４の配管を開にして前記冷媒流体流路、チャンバへのもれをディテクタにより検出する第２の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入し前記第４の配管を開にして前記チャンバへのもれをディテクタにより検出する第３の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路に検査流体を注入することなく前記第２の配管を開にし前記第２のガス流体流路へのもれを検出する第４の工程と、
前記第１のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記第２のガス流体流路と冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第５の工程と、
前記第１のガス流体流路と第２のガス流体流路に検査流体を注入したまま前記冷媒流体流路に検査流体を注入することなく前記第３の配管を開にし前記冷媒流体流路へのもれを検出する第６の工程と、
を備え、
第１の工程でもれが検出されない時は第２の工程に進み第１の工程でもれが検出された時は第４の工程に進み、
第２の工程でもれが検出されない時は第３の工程に進み第２の工程でもれが検出された時は第６の工程に進み、
第３の工程でもれが検出されない時は合格と判定し第３の工程でもれが検出された時は前記冷媒流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第４の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれがあると判定し第４の工程でもれが検出されない時は第５の工程へ進み、
第５の工程でもれが検出された時は前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第５の工程でもれが検出されない時は前記第１のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定し、
第６の工程でもれが検出された時は前記第２のガス流体流路から前記冷媒流体流路へのもれがあると判定し第６の工程でもれが検出されない時は前記第２のガス流体流路から前記チャンバへのもれがあると判定する、
燃料電池の流体もれ検査方法。 - 前記第１の工程を、前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とに分け、
前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程と、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程とを、前記第２の工程や、第３の工程の前に行う、請求項１記載の燃料電池の流体もれ検査方法。 - 前記第１のガス流体流路から前記第２のガス流体流路へのもれを検出する工程を、前記第１のガス流体流路から前記冷媒流体流路および前記チャンバへのもれを検出する工程より先に実施する請求項２記載の燃料電池の流体もれ検査方法。
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