JP6330570B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は検査装置及び検査方法に関する。

燃料電池の製造工程では、燃料電池の発電に必要な流体の漏れの検査を行うことがある。燃料電池は、燃料電池セルを所定枚数積層した燃料電池モジュールをさらに複数積層して積層体とし、当該積層体の側面を筐体で覆い、積層方向の両端にプレートを配置してボルト等で締結することによって得られる。燃料電池は、流路を形成して燃料である水素や酸化剤、及び燃料電池を冷却する冷却流体を流通させて発電を行うため、製造の際には流路以外の部位には水素などが漏れたりしないように検査が行われる。

燃料電池における流路の漏れ検査方法には、例えば燃料ガス、酸化ガス、冷却流体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漏れを検出する、といったものがある。（特許文献１参照）。

特開２００２−３３４７１３号公報

燃料電池を構成する積層体の中でも隣接するセパレータ同士は接合してその間に冷却流体を流通させることが多い。しかし、冷却流体を流す形状は、１ミリにも満たない凹凸が何十個も連なったセパレータの形状を突き合せて接合して構成される。そのため、凹凸の形状が少しでもずれて接合されると漏れの原因となる場合が想定され、セパレータを接合した接合体の漏れは特に注目される。

また、流体が漏れるモードは１種類ではなく複数種類ある。そのため、それぞれの種類について漏れの検査を実施していたのでは時間がかかり、場合によっては量産に必要なタクトタイムを達成できないおそれがある。

そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、セパレータ接合体の漏れの検査を迅速に実施できる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、燃料電池用のセパレータを一対接合してなるセパレータ接合体における漏れを検査する検査部を備えた検査装置である。当該検査装置は、セパレータ接合体において一のセパレータ側の第１外部またはセパレータ接合体において他のセパレータ側の第２外部にヘリウムを供給しセパレータ接合体を通過して漏れる通過漏れを検知する第１検知部と、セパレータ接合体の内部に形成される内部空間に水素または水素と空気の組み合わせを供給して内部空間から第１外部または第２外部へ漏れる内部漏れを検知する第２検知部と、を有する。第１検知部は、第２検知部の検知の時間が重複する。

また、他の本発明は、燃料電池用のセパレータを一対接合してなるセパレータ接合体における漏れを検査する検査方法である。当該検査方法は、セパレータ接合体を閉じた閉空間に収容して閉空間にセパレータ接合体を隔ててセパレータ接合体を構成する一のセパレータ側の第１外部とセパレータ接合体を構成する他のセパレータ側の第２外部とを形成する。そして、第１外部または第２外部にヘリウムを供給してセパレータ接合体を通過して漏れる通過漏れを検知し、セパレータ接合体の内部に形成される内部空間に水素または水素と空気の組み合わせを供給して内部空間から第１外部または第２外部へ漏れる内部漏れを検知する。通過漏れの検知は、内部漏れを検知する時間と重複して実施される。

本発明に係る検査装置及び検査方法によれば、通過漏れの検知にはヘリウム、内部漏れの検知には水素または水素と空気の組み合わせといったように異なる種類の検知媒体を使用するように構成している。そのため、内部漏れと通過漏れの検査を重複させて実施することができ、内部漏れと通過漏れの検査を別個に実施する場合と比べて検査の時間短縮を図り、漏れの検査を迅速に実施することができる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るセパレータアセンブリの検査装置について示す斜視図、側面図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は同検査装置を示す正面図、平面図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は同検査装置を構成する上型を下方から見上げた斜視図、底面図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は同検査装置を構成する下型を上方から見下ろした斜視図、平面図である。 図２（Ｂ）の５−５線に沿う断面図である。 図２（Ｂ）の６−６線に沿う断面図である。 同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。 同燃料電池の構成を示す分解斜視図である。 同燃料電池を構成する積層体の分解斜視図である。 燃料電池の積層体を構成する燃料電池セルを示す断面図である。 図１１（Ａ）は同燃料電池を構成するセパレータアセンブリのセパレータ同士が当接する面から見た図、図１１（Ｂ）はアノードセパレータの中でもＭＥＡと接合する側から見た図、図１１（Ｃ）はカソードセパレータの中でもＭＥＡと接合する側から見た図である。 セパレータアセンブリの漏れの中でも内部漏れを検査する様子を説明する説明図である。 セパレータアセンブリの漏れの中でも通過漏れを検査する様子を説明する説明図である。 セパレータアセンブリの漏れを検査する工程を示すフローチャートである。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、同セパレータアセンブリの漏れを検査する工程のタイミングチャートである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るセパレータアセンブリの検査装置について示す斜視図、側面図、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は同検査装置を示す正面図、平面図、図３（Ａ）、図３（Ｂ）は同検査装置を構成する上型を下方から見上げた斜視図、底面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は同検査装置を構成する下型を上方から見下ろした斜視図、平面図、図５は図２（Ｂ）の５−５線に沿う断面図、図６は図２（Ｂ）の６−６線に沿う断面図である。

図７は同実施形態に係る燃料電池を示す斜視図、図８は同燃料電池の構成を示す分解斜視図、図９は同燃料電池を構成する積層体の分解斜視図、図１０は燃料電池の積層体を構成する燃料電池セルを示す断面図である。図１１（Ａ）は同燃料電池を構成するセパレータアセンブリのセパレータ同士が当接する面から見た図、図１１（Ｂ）はアノードセパレータの中でもＭＥＡと接合する側から見た図、図１１（Ｃ）はカソードセパレータの中でもＭＥＡと接合する側から見た図である。図１２はセパレータアセンブリの漏れの中でも内部漏れを検査する様子を説明する説明図、図１３はセパレータアセンブリの漏れの中でも通過漏れを検査する様子を説明する説明図である。図１４はセパレータアセンブリの漏れを検査する工程を示すフローチャート、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は同セパレータアセンブリの漏れを検査する工程のタイミングチャートである。

セパレータアセンブリの検査装置２００は、図１に示すように、流通部２１０と、第１検査部２５０と、第２検査部２６０と、を有する。第１検査部２５０はヘリウムを供給して検査を行い、第２検査部２６０は水素を供給して検査を行う。

セパレータアセンブリの漏れ検査方法は、図１４に示すように、セパレータアセンブリ１２のセット（ステップＳＴ１、ステップＳＴ２ セパレータ接合体の閉空間への収容に相当）と、真空引き（ステップＳＴ３）と、漏れの検知（ステップＳＴ４ 内部漏れと通過漏れの検知に相当）と、を有する。内部漏れと通過漏れの検知とは異なる種類の媒体によって実施される。詳細については後述する。

（燃料電池）
本実施形態に係る検査装置によって検査されるセパレータアセンブリ１２は、燃料電池１００の構成部品である。燃料電池１００は、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ 以下、ＭＥＡと記載）１１とＭＥＡ１１の両面に配置したセパレータ１３、１４によって構成される燃料電池セル１０ａを複数積層した積層体１０を主要な構成要素としている。セパレータアセンブリ１２は、隣接する燃料電池セル１０ａにおけるセパレータ１３とセパレータ１４とが接合されて構成される。セパレータアセンブリの検査装置、検査方法について説明する前に燃料電池の構成について説明する。

ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂ、もう片側にカソード１１ｃが接合されている。セパレータアセンブリ１２は、２枚のセパレータ１３，１４を有する。また、積層体１０の積層方向における両端部には集電板１６，１７が設けられている。また、燃料電池１００は、筐体２０を有している。筐体２０は、一対の締結板２１、２２と補強板２３、２４、及びエンドプレート２５，２６を有している。

セパレータ１３，１４は、図９や図１０に示し、積層された複数の燃料電池セル１０ａにおいて隣り合うＭＥＡ１１を隔離しつつ、ＭＥＡ１１で発生した電力を通電させている。セパレータ１３，１４は、アノード側セパレータ１３とカソード側セパレータ１４とに分類される。アノード側セパレータ１３は、ＭＥＡ１１のアノード１１ｂに当接させている。アノード側セパレータ１３は、導電性材料を有する金属からなり、アノード１１ｂよりも大きい薄板状に形成している。セパレータ１３，１４はまとめてセパレータアセンブリ１２と称することもある。

アノード側セパレータ１３の中央には、図９、図１０に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水等の冷却流体とを隔てて流す流路を構成するように複数の凹凸を一定の間隔で形成した波形形状１３ｇを設けている。アノード側セパレータ１３は、凹凸形状のうち、アノード１１ｂと接触して形成された閉空間を、アノード１１ｂに対して水素を供給するアノードガス流路１３ｈとして用いている。一方、アノード側セパレータ１３は、断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１３ｇと、カソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇとの間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１３ｊ（１４ｊ）（内部空間に相当）として用いている。

アノード側セパレータ１３は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、およびアノードガス供給口１３ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１３は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、およびカソードガス排出口１３ｆに相当する貫通孔を開口している。

カソード側セパレータ１４は、ＭＥＡ１１のカソード１１ｃに当接している。カソード側セパレータ１４は、導電性材料を有する金属からなり、カソード１１ｃよりも大きい薄板状に形成している。

カソード側セパレータ１４の中央には、図９、図１０に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部を構成するように断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１４ｇを設けている。カソード側セパレータ１４は、凹凸形状のうち、カソード１１ｃと接触して形成された閉空間を、カソード１１ｃに対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１４ｈとして用いている。一方、カソード側セパレータ１４は、凹凸形状のうち、アノード側セパレータ１３との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１４ｊ（１３ｊ）として用いている。

カソード側セパレータ１４は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１４ａ、冷却流体供給口１４ｂ、およびアノードガス供給口１４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１４ｄ、冷却流体排出口１４ｅ、およびカソードガス排出口１４ｆに相当する貫通孔を開口している。セパレータ１４はセパレータ１３と接合され、供給口１４ａ〜１４ｃ及び排出口１４ｄ〜１４ｆはセパレータ１３の供給口１３ａ〜１３ｃ及び排出口１３ｄ〜１３ｆと連通する。

セパレータ１３とセパレータ１４とは、図１１（Ａ）に示すように接触面の外周１３ｍ（１４ｍ）が溶接されている。また、セパレータ１３とセパレータ１４との接触面の中でもカソードガス供給口１３ａ、１４ａ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、カソードガス排出口１３ｆ、１４ｆは、その外周において溶接して接合され、接合部１３ｎ（１４ｎ）が形成されている。また、アノードセパレータ１３の中でもＭＥＡ１１と接する側の面には、図１１（Ｂ）に示すようにアノードガス供給口１３ｃ及びアノードガス排出口１３ｄとその他の供給口１３ａ、１３ｂ及び排出口１３ｅ、１３ｆとを区画してアノードガスが流通する空間を形成するようにシール部材が部位１３ｐに塗布されている。同様に、カソードセパレータ１４の中でもＭＥＡ１１と接する側の面には、図１１（Ｃ）に示すようにカソードガス供給口１３ａ及びカソードガス排出口１３ｆをその他の供給口１３ｂ、１３ｃ及びその他の排出口１３ｄ、１３ｅと区画してカソードガスが流通する空間を形成するようにシール部材が部位１４ｐに塗布されている。

ＭＥＡ１１は、図９、図１０に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂを接合し、もう一方の側にカソード１１ｃを接合して形成している。電解質膜１１ａは、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。

固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード１１ｂは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜１１ａよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード１１ｃは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード１１ｂと同様の大きさで薄板状に形成している。

アノード１１ｂおよびカソード１１ｃの電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。アノード１１ｂおよびカソード１１ｃのガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。

ＭＥＡ１１は、フレーム部材１５を備えている。フレーム部材１５は、積層した電解質膜１１ａ、アノード１１ｂ、およびカソード１１ｃの外周を一体に保持している。フレーム部材１５は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータ１３，１４の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。フレーム部材１５は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１５ａ、冷却流体供給口１５ｂ、およびアノードガス供給口１５ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、フレーム部材１５は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１５ｄ、冷却流体排出口１５ｅ、およびカソードガス排出口１５ｆに相当する貫通孔を開口している。また、平面視した際のセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇとＭＥＡ１１の部分は発電が行われる発電領域に当る。

上記の燃料電池セル１０ａは、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、積層する燃料電池セル１０ａの中でもＭＥＡ１１とセパレータ１３及びセパレータ１４との間には、上記したシール部材を塗布することによって封止している。シール部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。

一対の集電板１６，１７は、図８、９に示し、燃料電池セル１０ａで生成された電力を外部に取り出す。

一対の集電板１６，１７の集電部１６ｈ等は、たとえば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード１１ｂおよびカソード１１ｃの外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部１６ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１０ａに設けたＭＥＡ１１のアノード１１ｂまたはカソード１１ｃに当接している。集電部１６ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部１６ｇ等を突出して設けている。突起部１６ｇ等は、後述する筺体２０の一対のエンドプレート２５、２６の貫通孔２５ｇ等を挿通して、外部に臨んでいる。また、集電板１６の突起部１６ｇに当る形状は集電板１７についても同様に設けられている。また、集電板１６、１７についてもセパレータ１３、１４などと同様にカソードガス供給口１６ａ、１７ａ、冷却流体供給口１６ｂ、１７ｂ、アノードガス供給口１６ｃ、１７ｃ、アノードガス排出口１６ｄ、１７ｄ、冷却流体排出口１６ｅ、１７ｅ、カソードガス排出口１６ｆ、１７ｆが形成されている。

筺体２０は、図８に示し、複数積層した燃料電池セル１０ａおよび一対の集電板１６，１７を互いに密着させた状態で保持している。

筺体２０は、上記のように一対の締結板２１、２２、一対の補強板２３，２４、および一対のエンドプレート２５，２６、及びネジ２７を含んでいる。以下、筺体２０に含まれた各部材について説明する。

一対のエンドプレート２５，２６は、複数積層された燃料電池セル１０ａの両端に配設した一対の集電板１６，１７を挟持して付勢している。一対のエンドプレート２５，２６の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増したＭＥＡ１１のフレーム部材１５と同様である。一対のエンドプレート２５，２６は、たとえば、金属からなり、一対の集電板１６，１７と当接する部分に絶縁体を設けている。

一対のエンドプレート２５，２６は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口２５ｂ、２６ｂ、およびアノードガス供給口２５ｃ、２６ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、その長手方向の他端には、アノードガス排出口２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口２５ｅ、２６ｅおよびカソードガス排出口２５ｆ、２６ｆに相当する貫通孔を開口している。

セパレータ１３，１４、フレーム部材１５、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６のカソードガス供給口１３ａ〜１７ａ、２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ、アノードガス供給口１３ｃ〜１７ｃ、２５ｃ、２６ｃ、アノードガス排出口１３ｄ〜１７ｄ、２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅ、及びカソードガス排出口１３ｆ〜１７ｆ、２５ｆ、２６ｆは、セパレータ１３，１４、ＭＥＡ１１、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６を位置合わせした際に連通するように構成されている。一対のエンドプレート２５，２６は、前述した一対の集電板１６，１７の突起部１６ｇ等を挿通させる貫通孔２５ｇ、２６ｇを有している。

一対の締結板２１、２２は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板２１、２２は、縁部が一部立ち上げて形成されており、組み付けた際に一対のエンドプレート２５、２６の面と接触する。また、締結板２１，２２においてエンドプレート２５，２６と接触する面にはネジ２７を挿通させる穴が設けられており、当該穴に取り付けたネジ２７を締め付けることによってエンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。

一対の補強板２３、２４は、たとえば、金属からなり、一対の締結板２１、２２よりも細長い板状に形成している。一対の補強板２３、２４は、長手方向における端部が一部立ち上げて形成されており、当該部分にはネジ２７を挿通させる穴が設けられている。当該穴はネジ２７を積層方向に通すように形成されており、ネジ２７を取り付けて締結することによって、締結板２１，２２と同様にエンドプレート２５，２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。このように、一対の締結板２１、２２および一対の補強板２３、２４は、ネジ２７を締結することによって、エンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０を積層方向に加圧している。

（セパレータアセンブリの検査装置）
次に本実施形態に係るセパレータアセンブリの漏れを検査する検査装置について説明する。検査装置２００は、図１（Ａ）に示すように流通部２１０と、第１検知部２５０と、第２検知部２６０と、を有する。第１検知部２５０は、セパレータアセンブリ１２の外部を流通する流体（アノードガスやカソードガス）がセパレータアセンブリ１２を通過（貫通）して流通しないか（通過漏れ、貫通漏れと呼ばれることもある）を検知する。第２検知部２６０は、セパレータアセンブリ１２が形成する流路１３ｊ。１４ｊから冷却流体が外部に漏れ出ないか（いわゆる内部漏れ）を検査する。

流通部２１０は、セパレータアセンブリ１２に通過漏れと内部漏れを検査する検査媒体（ヘリウムと水素）とが流通する閉空間を形成する。流通部２１０は、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように上型２１１と、下型２３１と、シール部材２４２、２４３と、を有する。

上型２１１は、空間２１２（第１外部、第１空間に相当）と、流入口２１３、２１４、２１５と、流出口２１６、２１７、２１８、２１９と、閉塞部２２０、２２１、２２２、２２３と、を有する。

空間２１２は、漏れを検査する媒体の中で貫通漏れと内部漏れを検査する媒体を流通させる空間を形成する。流入口２１３は貫通漏れを検査する検査媒体供給部２５１の配管２５２と接続される。

流入口２１４は、内部漏れを検査する検査媒体を供給する検査媒体供給部２６１からの配管２６２と接続される。流入口２１５は、流入口２１４から内部漏れを検査する検査媒体を流通させる流路の下流にかけて接続される。流入口２１４は、断面が円形状に形成され、流入口２１５は、断面がセパレータアセンブリ１２の流路の形状に合わせて矩形に形成されているが、これに限定されない。

流出口２１６は、流入口２１５がセパレータアセンブリ１２の冷却流体流路１３ｊ、１４ｊを通過したさらに下流の流路を形成し、流入口２１５と同様に矩形状に形成されている。流出口２１６、２１７には配管２６５を通じて吸引ポンプ２６７が接続され、冷却流体流路１３ｊ、１４ｊに存在する不要な流体を除去できるように構成している。流出口２１７は、流出口２１６から連通し、断面が円状に形成されているが、これに限定されない。

流出口２１８は、配管２５４を通じて吸引ポンプ２５７と接続され、空間２１２を真空またはそれに近い状態にまで吸気、減圧する。流出口２１９は、配管２６３を通じて空間２１２に漏れ出た検査流体を検知器２６６へと導く部位であり、これにより内部漏れが検知される。閉塞部２２０、２２１、２２２、２２３は、図６に示すようにセパレータアセンブリ１２に形成されたカソードガス供給口１２ａ、アノードガス供給口１２ｃ、アノードガス流出口１２ｄ、カソードガス流出口１２ｆの部分から、検査媒体供給部２６１からの検査媒体がセパレータアセンブリ１２を挟んで空間２１２と隔離された下型２３１の空間２３２に回り込むことを防止する。

下型２３１は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように空間２３２（第２外部、第２空間に相当）と、流出口２３３、２３４、２３５と、閉塞部２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１と、を有する。空間２３２は、内部漏れまたは貫通漏れが生じた際に検査媒体が流れる空間である。

流出口２３３は、貫通漏れを検知する際に空間２３２に漏れ出た検査媒体を配管２５３を通じて検知器２５６へと導き、貫通漏れを検知させる。流出口２３４は配管２５５と接続し、漏れの検知を実施する前に空間２３２に残存する検査媒体以外の流体を吸引ポンプ２５８により吸引する流路を形成する。流出口２３５は配管２６４と接続し、内部漏れを検知する際に空間２３２に漏れ出た検査媒体を検知器２６６に導く流路である。

閉塞部２３６、２３８、２３９、２４１は、閉塞部２２０〜２２３と同様に、貫通漏れを検査する検査媒体が冷却流体流路１３ｊ、１４ｊ以外の経路で空間２３２に流れることを防止する。閉塞部２３７、２４０は、内部漏れを検査する検査媒体がセパレータアセンブリ１２の冷却流体流路１３ｊ、１４ｊ以外の部位から空間２３２に流れ込まないように規制する形状である。シール部材２４２は、セパレータアセンブリの中でもカソードガス供給口１３ａ、１４ａ、アノードガス供給口１３ｃ、１４ｃ、アノードガス排出口１３ｄ、１４ｄ、カソードガス排出口１３ｆ、１４ｆから空間２１２、２３２とセパレータアセンブリの冷却流体流路１３ｊ、１４ｊとが連通しないようにシールする。シール部材２４３は、上型２１１とセパレータアセンブリ１２の外周、及び下型２３１とセパレータアセンブリ１２の外周をシールし、上型２１１の空間２１２に供給された検査媒体がセパレータアセンブリ１２の外周を通って下型２３１の空間２３２に流れこむことを防止する。シール部材２４２、２４３は、ゴム等の弾性部材（アクリルゴムやニトリルブタジエンゴム）を例示することができるが、これに限定されない。

第１検知部２５０は、図２（Ａ）に示すように検査媒体供給部２５１と、配管２５２、２５３、２５４、２５５と、検知器２５６と、吸引ポンプ２５７、２５８と、を有する。

検査媒体供給部２５１は、貫通漏れを検査するための検査媒体を供給する。検査媒体供給部２５１は、本実施形態においてボンベで構成され、検査媒体は検知能力の高いヘリウムで構成される。

配管２５２は、検査媒体供給部２５１及び流入口２１３と接続され、検査媒体供給部２５１からの検査媒体を上型２１１とセパレータアセンブリ１２によって構成される空間２１２に導くまでの通路である。配管２５３は、流出口２３３及び検知器２５６と接続され、貫通漏れの箇所が存在する場合に、空間２１２からセパレータアセンブリ１２を通じて空間２３２へ漏れ出たヘリウムを検知器２５６まで流通させる（図１３の矢印ｄ５、ｄ６参照）。

配管２５４は、上型２１１とセパレータアセンブリ１２とによって形成される空間２１２に存在する流体を吸引減圧するために流出口２１８及び吸引ポンプ２５７と接続される。配管２５５は、配管２５４と同様に下型２３１とセパレータアセンブリ１２とによって形成される空間２３２に存在する流体を吸引減圧するために流出口２３４及び吸引ポンプ２５８と接続される。

検知器２５６は、本実施形態において貫通漏れを検査する検査媒体を検知する。吸引ポンプ２５７は空間２１２、吸引ポンプ２５８は空間２３２に存在する検知に不要な空気などの流体を吸引して排気するために用いられ、真空ポンプなどを挙げることができるが、これに限定されない。

第２検知部２６０は、図２（Ａ）に示すように検査媒体供給部２６１と、配管２６２、２６３、２６４、２６５と、検知器２６６と、吸引ポンプ２６７と、を有する。

検査媒体供給部２６１は、検査媒体供給部２５１と同様の構成であり、検査媒体供給部２５１と異なる種類の媒体を扱うことによって、第１検知部２５０と第２検知部２６０による漏れの検出の時間を重複させて実施することができる。検査媒体供給部２６１は、本実施形態において検査媒体として水素を使用するがこれに限定されない。また、検査媒体供給部２５１、２６１は、少なくとも一方に圧力調整器を有し、検査媒体供給部２５１と検査媒体供給部２６１からの検査媒体を異なる圧力で供給できるように構成している。

配管２６２は、検査媒体供給部２６１及び流入口２１５と接続され、検査媒体供給部２６１からの検査媒体を上型２１１とセパレータアセンブリ１２によって構成される空間２１２に導くまでの通路である。配管２６３は、検査媒体供給部２６１からの検査媒体が配管２６２を通ってセパレータアセンブリ１２の冷却流体流路１３ｊ、１４ｊに入り、内部漏れがあった際に上型２１１の空間２１２に漏れ出た検査媒体を検知器２６６に導くために流出口２１９及び検知器２６６と接続される。配管２６４は、検査媒体供給部２６１からの検査媒体が配管２６２を通ってセパレータアセンブリ１２の冷却媒体流路１３ｊ、１４ｊに入り、内部漏れがあった際に下型２３１の空間２３２に漏れ出た検査媒体を検知器２６６に導くために流出口２３５及び検知器２６６と接続される（図１２のｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４参照）。配管２６５は、内部漏れを検査する検査媒体が流れる流路の下流、すなわち流出口２１７及び吸引ポンプ２６７に接続され、内部漏れを検査する水素が流れるセパレータアセンブリ１２の冷却流体流路１３ｊ、１４ｊなどに存在する流体を吸引ポンプ２６７によって吸引減圧させる。

検知器２６６は、本実施形態において内部漏れを検査する水素を検知する。吸引ポンプ２６７は、吸引ポンプ２５７、２５８と同様の構成であるため説明を省略する。

（漏れの検査方法）
次に本実施形態に係るセパレータアセンブリの漏れ検査方法について説明する。本実施形態に係る漏れ検査方法は、概説するとセパレータのセット（ステップＳＴ１）と、閉空間の形成（ステップＳＴ２）と、真空引き（ステップＳＴ３）と、漏れの検知（ステップＳＴ４）と、を有する。

セパレータのセットでは、まず、セパレータアセンブリ１２を下型２３１にセットする（ステップＳＴ１）。下型２３１には凸状の閉塞部２３６〜２４１が形成されているため、セパレータアセンブリ１２の供給口１２ａ〜１２ｃと排出口１２ｄ〜１２ｆを閉塞部２３６〜２４１に合わせるようにしてセットする。その際、供給口１２ａ〜１２ｃ及び排出口１２ｄ〜１２ｆと閉塞部２３６〜２４１との接触部位にはシール部材２４２を取り付ける。

次に、上型２１１を下型２３１の上方から配置して上型２１１と下型２３１によって閉空間を形成する（ステップＳＴ２）。上型２１１を下型２３１にセットする際には、下型２３１と同様に流入口２１５、流出口２１６、及び閉塞部２２０〜２２３の外周にシール部材２４２をセットする。また、下型２３１又は上型２１１の内部空間の外周にはシール部材２４３をセットする。これにより、空間２１２、２３２が外部と隔離して形成される。

次にポンプ２５７を作動させて空間２１２に存在する流体を除去する。同様に、ポンプ２５８を作動させて空間２３２に存在する流体を除去する。同様に、ポンプ２６７を作動させて配管２６２から冷却流体流路１３ｊ、１４ｊに存在する流体を除去する（ステップＳＴ３）。

そして、次に検知器２５６、２６６を作動させて検査媒体供給部２５１、２６１から検査媒体を供給し、内部漏れ及び貫通漏れの有無を確認する。この際、漏れの基準は一定時間内における検査媒体の検知量が数百ｐｐｍ以下であればＯＫである、といったようなものである。

本実施形態において検知器２５６及び検知器２６６による検査は、図１５（Ａ）に示すように、第１検査部２５０と第２検査部２６０による検知の始期Ｔ１と終期Ｔ４を揃える。つまり、同時に検査を実施することによって内部漏れと通過漏れとを別々に実施する場合と比べて内部漏れと貫通漏れの検査に必要な合計時間を短縮することができる。しかし、上記に限定されず、例えば、貫通漏れの検知が内部漏れの検知よりも短時間ですむ場合には、図１５（Ｂ）に示すように、貫通漏れの検知する時間帯が内部漏れの検査時間帯に含まれるように実施することによっても、別々の時間帯に実施する場合に比べて合計の検査時間を短縮することができる。上記と反対に内部漏れの検査時間が通過漏れの検査時間よりも短時間ですむ場合にも上記と同様のことが言える。また、内部漏れ又は貫通漏れの検知時間は、一方が他方の検知時間に含まれる場合に限られず、図１５（Ｃ）に示すように、一方の検知の時間が他方の検知時間と重複していれば、別々に実施する場合よりも内部漏れと通過漏れに必要な合計の検知時間を短縮することができる。

次に本実施形態に係る作用効果について説明する。燃料電池は、燃料や酸化剤を流通させて発電し、燃料電池の単位セルを構成するセパレータは隣り合うセパレータと接合されてセパレータアセンブリとされる。セパレータアセンブリは冷却流体を流す波形形状の部位が溶接されるため、溶接の態様によっては燃料や酸化剤がセパレータアセンブリを貫通したり、セパレータアセンブリの内部空間を流れる冷却流体が外部に漏れるおそれがある。このような内部漏れや通過漏れの検査を別個に検査していたのでは合計の検査時間が長くなり、量産で要求される時間を達成できないおそれがある。

これに対し、本実施形態に係る検査装置２００は、貫通漏れを検査する第１検知部２５０の検査媒体（ヘリウム）と内部漏れを検査する第２検知部２６０の検査媒体（水素）とを種類の異なる媒体で構成している。そのため、内部漏れと通過漏れの検知時間帯を重複させても誤検知が生じることがない。よって、内部漏れと貫通漏れの検査を重複させて行うことができ、両者を個別に検査する場合と比べて内部漏れと貫通漏れに必要な合計時間を短縮させることができる。また、貫通漏れの検知には、検知能力の高いヘリウムを使用することによってセパレータアセンブリ１２を挟んで逆側に電気化学反応に必要な水素等のガスが漏れ出てしまうことを精度よく検出できる。また、内部漏れのような冷却水の漏れに対しては貫通漏れのようなガスの漏れよりかは繊細でないため、比較的検知能力もあり、検知時間も比較的長くない水素を使用することによって迅速な検査を実施できる。

また、内部漏れと通過漏れとは、検知の時間帯が重なるように構成しているため、両方の検査を行うために必要な合計時間を短縮することができる。

また、流通部２１０は、上型２１１とセパレータアセンブリ１２によって空間２１２が形成され、下型２３１とセパレータアセンブリ１２とによって空間２３２が形成され、第１検知部２５０は空間２１２にヘリウムを供給してセパレータアセンブリ１２を通過して空間２３２に漏れ出た検査媒体を検知器２５６によって検知し、第２検知部２６０では冷却流体流路１３ｊ、１４ｊに水素を供給して空間２１２又は空間２３２に漏れ出た検査媒体を検知器２６６で検知することによって、第１検知部２５０と第２検知部２６０による検査を重複して実施して内部漏れと通過漏れに必要な合計の検査時間を短縮することができる。

また、第１検知部２５０の検査媒体供給部２５１と第２検知部２６０の検査媒体供給部２６１は互いに異なる圧力で検査媒体を供給するように構成することもできる。このように構成することによって、相対的に高い圧力で供給された方の漏れをより早く検知することができ、内部漏れと貫通漏れの検査の合計時間の短縮に寄与することができる。

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。上記実施形態では内部漏れの検査媒体に水素を使用したが、これに限定されず、水素に空気を組み合わせたものを使用してもよい。

１０ 積層体、
１０ａ 燃料電池セル、
１００ 燃料電池、
１１ ＭＥＡ、
１１ａ 電解質膜、
１１ｂ アノード、
１１ｃ カソード、
１２ セパレータアセンブリ（セパレータ接合体）、
１３、１４ セパレータ、
１３ｇ、１４ｇ 波形形状、
１３ｊ、１４ｊ 冷却流体流路（内部空間）、
１３ｈ アノードガス流路、
１４ｈ カソードガス流路、
１３ｍ、１３ｎ、１４ｍ、１４ｎ 溶接箇所、
１３ｐ、１４ｐ シール部材の塗布箇所、
１５ フレーム部材、
１６、１７ 集電板、
２０ 筐体、
２１、２２ 締結板、
２３、２４ 補強板、
２５、２６ エンドプレート、
２５ｇ、２６ｇ 貫通孔、
２７ ネジ、
１００ 燃料電池、
２００ 検査装置、
２１０ 流通部、
２１１ 上型、
２１２ 空間（第１外部、第１空間）、
２１３、２１４、２１５ 流入口、
２１６、２１７、２１８、２１９ 流出口、
２２０、２２１、２２２、２２３ 閉塞部、
２３１ 下型、
２３２ 空間（第２外部、第２空間）、
２３３、２３４、２３５ 流出口、
２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１ 閉塞部、
２５０ 第１検知部、
２５１ 検査媒体供給部、
２５２〜２５５ 配管、
２５６ 検知器、
２５７、２５８ 吸引ポンプ、
２６０ 第２検知部、
２６１ 検査媒体供給部、
２６２〜２６５ 配管、
２６６ 検知器、
２６７ 吸引ポンプ、
ｄ１〜ｄ４ 内部漏れの検査媒体の流れ、
ｄ５、ｄ６ 貫通漏れの検査媒体の流れ。

Claims (5)

1. 燃料電池用のセパレータを一対接合してなるセパレータ接合体における漏れを検査する検査部を備えた検査装置であって、
   前記セパレータ接合体において一の前記セパレータ側の第１外部または前記セパレータ接合体において他の前記セパレータ側の第２外部にヘリウムを供給し前記セパレータ接合体を通過して漏れる通過漏れを検知する第１検知部と、
   前記セパレータ接合体の内部に形成される内部空間に水素または水素と空気の組み合わせを供給して前記内部空間から前記第１外部または前記第２外部へ漏れる内部漏れを検知する第２検知部と、を有し、
   前記第１検知部は、前記第２検知部と検知の時間が重複する検査装置。
2. 前記セパレータ接合体は、閉じた閉空間に格納されて前記セパレータ接合体によって前記閉空間に前記第１外部と前記第２外部とが形成され、
   前記閉空間における前記第１外部の空間に前記ヘリウムを供給し、前記内部空間に前記水素又は前記水素と空気の組み合わせを供給し、
   前記第１検知部は、前記閉空間における前記第２外部の空間に接続され前記ヘリウムを検知する第１検知器を有し、
   前記第２検知部は、前記閉空間における前記第１外部の空間及び前記第２外部の空間に接続され前記水素又は水素と空気の組み合わせを検知する第２検知器を有する請求項１に記載の検査装置。
3. 前記水素又は前記水素と空気の組み合わせは、前記ヘリウムと異なる圧力で供給される請求項１または２に記載の検査装置。
4. 燃料電池用のセパレータを一対接合してなるセパレータ接合体における漏れを検査する検査方法であって、
   前記セパレータ接合体を閉じた閉空間に収容して前記閉空間に前記セパレータ接合体を隔てて前記セパレータ接合体を構成する一の前記セパレータ側の第１外部と前記セパレータ接合体を構成する他の前記セパレータ側の第２外部とを形成し、
   前記第１外部または前記第２外部にヘリウムを供給して前記セパレータ接合体を通過して漏れる通過漏れを検知し、
   前記セパレータ接合体の内部に形成される内部空間に水素又は水素と空気の組み合わせを供給して前記内部空間から前記第１外部または前記第２外部へ漏れる内部漏れを検知し、
   前記通過漏れの検知は、前記内部漏れを検知する時間と重複して実施される検査方法。
5. 前記ヘリウムは、前記水素又は前記水素と空気の組み合わせと異なる圧力で供給される請求項４に記載の検査方法。