JP7338610B2 - 燃料電池のガスリーク検査装置、およびその方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池のガスリーク検査の技術に関する。

燃料電池スタックのアノード、カソードのそれぞれに検査ガスを供給して気密にした後に検査ガスの圧力を計測することにより、アノード、カソードのそれぞれのリーク検査を行う燃料電池スタックのリーク検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。このリーク検査装置では、検査ガスの温度を燃料電池の温度に合わせるように調節することで、燃料電池内での検査ガスの圧力が安定するまでの時間を短縮させている。

特開２０１０－１９８９０９号公報

従来のリーク検査装置の装置構成では、検査ガスを用いて燃料電池のリーク検査を行う場合に生じ得る燃料電池の特有の問題は考慮されていない。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池のガスリーク検査装置が提供される。この形態の燃料電池のガスリーク検査装置は、前記燃料電池のアノードに取り付け可能なアノード接続部を有する第一供給管と、前記アノードおよび前記第一供給管を気密にするための第一気密機構と、前記アノードの内圧を検出するためのアノード圧計測部と、前記燃料電池のカソードに取り付け可能なカソード接続部を有する第二供給管と、前記カソードおよび前記第二供給管を気密にするための第二気密機構と、前記カソードの内圧を検出するためのカソード圧計測部と、一端が前記第一供給管に接続され、他端が前記第二供給管に接続される連結管を含む連通状態切換部であって、前記第一供給管と前記第二供給管とが連通する連通状態と、前記第一供給管と前記第二供給管とが連通しない非連通状態とを切り換え可能な連通状態切換部と、を備える。
この形態の燃料電池のガスリーク検査装置によれば、アノードに接続される第一供給管と、カソードに接続される第二供給管とを連通させることにより、燃料電池のアノードと、カソードとの内圧を等しくしたうえで、アノードのガスリークの検査と、カソードのガスリークとの検査を実行することができる。したがって、燃料電池特有の問題である燃料電池の電解質膜を介した検査ガスのクロスリークが発生することを低減または防止した状態でガスリーク検査を行うことができる燃料電池のガスリーク検査装置を提供することができる。
（２）上記形態の燃料電池のガスリーク検査装置において、前記第一気密機構、前記第二気密機構、ならびに前記連通状態切換部の動作を制御する制御装置、を備えてよい。前記制御装置は、前記連通状態切換部を動作させて、前記連通状態に切り換えるとともに、検査ガス供給部から前記アノードおよび前記第一供給管と、前記カソードおよび前記第二供給管とに検査ガスを供給させ、前記第一気密機構を動作させて、前記検査ガスを供給された前記アノードおよび前記第一供給管を気密にするとともに、前記第二気密機構を動作させて、前記検査ガスを供給された前記カソードおよび前記第二供給管を気密にし、前記連通状態切換部を動作させて、前記非連通状態に切り換えるとともに、前記アノード圧計測部によって検出された前記アノードの内圧を用いて前記アノードのガスリークの有無を判定するとともに、前記カソード圧計測部によって検出された前記カソードの内圧を用いて、前記カソードのガスリークの有無を判定してよい。
この形態の燃料電池のガスリーク検査装置によれば、連結管が、第一供給管および第二供給管のうち、第一気密機構および第二気密機構によって検査ガスが気密にされる位置に接続されていない場合であっても、第一供給管と第二供給管との連通状態と非連通状態とを切り換えることができる。
（３）上記形態の燃料電池のガスリーク検査装置において、前記連通状態切換部は、さらに、前記連結管に設けられる開閉弁であって、弁体の開閉を切り換えることによって、前記連通状態と前記非連通状態とを切り換え可能な開閉弁、を備えてよい。前記第一気密機構は、前記第一供給管に配されるアノード気密弁を備え、前記第二気密機構は、前記第二供給管に配されるカソード気密弁を備えてよい。前記連結管の一端は、前記第一供給管における前記アノード気密弁と前記アノード接続部との間に接続され、前記連結管の他端は、前記第二供給管における前記カソード気密弁と前記カソード接続部との間に接続されてよい。
この形態の燃料電池のガスリーク検査装置によれば、アノードとカソードとともに気密にされた状態の連結管における開閉弁の開閉の切り換えのみによって、連通状態と、非連通状態とを切り換えることができる。したがって、連通状態と、非連通状態とを切り換えることによる検査ガスの圧力変化を、低減または抑制することができ、検査ガスのクロスリークの発生をより低減または防止することができる。
（４）上記形態の燃料電池のガスリーク検査装置において、前記アノード圧計測部および前記カソード圧計測部は、容器と、前記容器と前記アノードとの差圧、および前記容器と前記カソードとの差圧を検出するための差圧センサとを含んでよい。
この形態の燃料電池のガスリーク検査装置によれば、直圧式の圧力センサを用いる場合に比較して、検査期間を短縮することができる。
本開示は、燃料電池のガスリーク検査装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池のガスリーク検査方法、燃料電池のガスリーク検査装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態のガスリーク検査装置の概略構成を示す説明図。 第１実施形態のガスリーク検査装置が実行するガスリーク検査制御を示すフロー図。 第２実施形態のガスリーク検査装置の概略構成を示す説明図。 第２実施形態のガスリーク検査装置が実行するガスリーク検査制御を示すフロー図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としてのガスリーク検査装置１００の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、ガスリーク検査装置１００は、燃料電池９０に取り付けられて用いられる。ガスリーク検査装置１００は、検査ガス供給部３０から供給される検査ガスを用いて、燃料電池のアノードおよびカソードのガスリークの有無を検出する装置である。ガスリーク検査装置１００は、さらに、燃料電池９０の冷媒流路のリークの有無を検出してもよい。ガスリーク検査装置１００は、例えば、燃料電池の製造工程において、燃料電池の品質を確認するために用いられる。本実施形態のガスリーク検査装置１００は、制御装置２０と、ガス供給管４０と、第一供給管４１と、第二供給管４２と、アノードリーク検出器６０と、カソードリーク検出器７０と、アノード排出口気密部５２と、カソード排出口気密部５６と、連結管８２と、を備えている。

燃料電池９０は、燃料ガスとしての水素ガスおよび酸化ガスとしての空気を反応ガスとして供給されて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池９０は、電解質膜の両側にアノードとカソードとの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を有する複数のセルを積層したスタック構造を有している。燃料電池９０は、例えば、燃料電池を駆動源とする燃料電池車両に搭載される。燃料電池９０は、ＭＥＡのアノード電極に接するアノードガス流路９３と、水素ガスをアノードガス流路９３に供給するためのアノード供給口９２と、水素ガスをアノードガス流路９３から排出するためのアノード排出口９４と、ＭＥＡのカソード電極に接するカソードガス流路９５と、空気をカソードガス流路９５に供給するためのカソード供給口９６と、空気をカソードガス流路９５から排出するためのカソード排出口９８とを備えている。燃料電池９０は、固体高分子形に限らず、りん酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などの種々の方式の燃料電池であってよい。燃料電池９０は、燃料電池車両のほか、家庭用電源や定置発電などに用いられてもよい。燃料電池９０では、燃料電池９０を構成する部品の寸法や組付の精度のばらつき等によって、検査ガスをアノードおよびカソードに気密にした後のアノードの体積変化量と、カソードの体積変化量とに差が生じることがある。このアノードの体積変化量と、カソードの体積変化量との差は、アノードの内圧と、カソードの内圧との差を発生させ得る。この圧力差が発生すると、検査ガスが燃料電池の電解質膜（ＭＥＡ）を透過して、アノードとカソードとの間を移動するクロスリークを発生させ、検査精度の低下を招くおそれがある。

検査ガス供給部３０は、ガスリーク検査に用いられる検査ガスを数ＭＰａ程度の高圧な状態で保存している。検査ガスとしては、例えば、窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。検査ガス供給部３０には、ガス供給管４０の一端が接続されている。ガス供給管４０の他端は、第一供給管４１と、第二供給管４２とに分岐されている。検査ガス供給部３０からガス供給管４０に供給された検査ガスは、第一供給管４１と、第二供給管４２とのそれぞれに供給される。

ガス供給管４０には、レギュレータ５０が設けられている。レギュレータ５０は、制御装置２０の制御によって開閉動作を制御され、検査ガス供給部３０からの検査ガスの圧力を、数百ｋＰａ程度にまで減圧する。なお、ガス供給管４０は省略されることができる。ガス供給管４０が省略される場合には、レギュレータ５０を備える第一供給管４１と、レギュレータ５０を備える第二供給管４２とがそれぞれ検査ガス供給部３０に接続される。

第一供給管４１は、アノード接続部４１Ｅを備えている。アノード接続部４１Ｅは、第一供給管４１のうち燃料電池９０のアノード供給口９２に取り付け可能な検査ガスの供給口である。第一供給管４１は、レギュレータ５０によって減圧された検査ガスを、アノード接続部４１Ｅを介して、燃料電池９０のアノードガス流路９３に供給する。第一供給管４１には、アノードリーク検出器６０が設けられている。

アノードリーク検出器６０は、いわゆる差圧式のリークテスタであり、燃料電池９０のアノードガス流路９３のガスリークの有無を検出するために用いられる。アノードリーク検出器６０は、第一検査ガス供給管６３と、アノード気密弁６２と、第一マスタ供給管６５と、第一マスタ気密弁６４と、第一分岐管６７と、第一差圧センサ６６と、第一マスタチャンバ６８とを備えている。

第一検査ガス供給管６３は、アノードリーク検出器６０内に設けられる管路である。第一検査ガス供給管６３の両端は、第一供給管４１に接続されている。第一検査ガス供給管６３は、第一供給管４１と同様に機能する。アノード気密弁６２は、第一検査ガス供給管６３のうち最も上流側に設けられている。「上流」とは、検査ガスの流通経路における一の基準位置に対して検査ガス供給部３０に近い位置を意味し、「下流」とは、検査ガスの流通経路における一の基準位置に対して燃料電池９０に近い位置を意味する。アノード気密弁６２は、アノードリーク検出器６０よりも上流側の第一供給管４１に設けられてもよい。アノード気密弁６２としては、例えば電磁弁や電動弁を用いることができる。アノード気密弁６２の開閉駆動は、制御装置２０によって制御される。アノード気密弁６２が開かれると、検査ガスは、第一検査ガス供給管６３および第一供給管４１を介して、燃料電池９０のアノードガス流路９３に供給される。

第一マスタ供給管６５は、第一検査ガス供給管６３と第一マスタチャンバ６８とを接続する管路である。より具体的には、第一マスタ供給管６５の一端は、第一検査ガス供給管６３におけるアノード気密弁６２の下流となる位置に接続され、第一マスタ供給管６５の他端は、第一マスタチャンバ６８に接続されている。第一マスタ供給管６５には、第一マスタ気密弁６４が設けられている。第一マスタ気密弁６４としては、例えば電磁弁や電動弁を用いることができる。第一マスタ気密弁６４の開閉駆動は、制御装置２０によって制御される。第一マスタ気密弁６４が開かれると、第一検査ガス供給管６３の検査ガスは、第一マスタチャンバ６８に流入することができる。第一マスタチャンバ６８は、気体の漏れが抑制された容器である。第一マスタチャンバ６８は、ガスリーク検査の対象物との差圧を検出するために用いられる。第一マスタチャンバ６８は、第一マスタ気密弁６４の閉弁によって、気密にされる。

第一分岐管６７は、第一検査ガス供給管６３と、第一マスタ供給管６５とを繋ぐ流路である。より具体的には、第一分岐管６７の一端は、第一検査ガス供給管６３において、第一マスタ供給管６５が第一検査ガス供給管６３に接続される位置よりも下流となる位置に接続されている。第一分岐管６７の他端は、第一マスタ供給管６５における第一マスタチャンバ６８と第一マスタ気密弁６４との間となる位置に接続されている。第一分岐管６７には、第一差圧センサ６６が設けられている。

第一差圧センサ６６は、第一検査ガス供給管６３と、第一マスタチャンバ６８との差圧を検出する。本実施形態において、第一差圧センサ６６には、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサが用いられている。第一差圧センサ６６は、第一マスタ気密弁６４を閉弁した状態の第一検査ガス供給管６３と、第一マスタチャンバ６８との差圧に基づくダイヤフラムの変形によって発生するピエゾ抵抗効果を利用する。第一差圧センサ６６は、ブリッジ抵抗の電気抵抗の変化を電気信号に変換することによって第一検査ガス供給管６３の内圧、ひいてはアノードガス流路９３の内圧、を検出することができる。第一差圧センサ６６による検出結果は、制御装置２０に送信される。本実施形態において、第一差圧センサ６６、第一マスタ気密弁６４、ならびに第一マスタチャンバ６８は、アノードガス流路９３の内圧、すなわち燃料電池９０のアノードの内圧を検出する「アノード圧計測部」として機能する。第一差圧センサ６６は、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサに限らず、静電容量型圧力センサであってもよい。

アノード排出口気密部５２は、燃料電池９０のアノード排出口９４に取り付けられる栓である。アノード排出口気密部５２は、アノード気密弁６２とともに、燃料電池９０のアノードガス流路９３および第一供給管４１を気密にするための「第一気密機構」として機能する。アノード排出口気密部５２は、例えば、アノード排出口９４に取り付けられるアノードの排出管と、アノードの排出管とに備えられる開閉弁とによって構成されてもよい。

第二供給管４２は、カソード接続部４２Ｅを備えている。カソード接続部４２Ｅは、第二供給管４２のうち燃料電池９０のカソード供給口９６に取り付け可能な検査ガスの供給口である。第二供給管４２は、レギュレータ５０によって減圧された検査ガスを、カソード接続部４２Ｅを介して、燃料電池９０のカソードガス流路９５に供給する。第二供給管４２には、カソードリーク検出器７０が設けられている。

カソードリーク検出器７０は、アノードリーク検出器６０と同様に構成される差圧式のリークテスタであり、カソードガス流路９５のガスリークの有無を検出するために用いられる。カソードリーク検出器７０は、第二検査ガス供給管７３と、カソード気密弁７２と、第二マスタ供給管７５と、第二マスタ気密弁７４と、第二分岐管７７と、第二差圧センサ７６と、第二マスタチャンバ７８とを備えている。第二検査ガス供給管７３は、アノードリーク検出器６０の第一検査ガス供給管６３と同様であり、カソード気密弁７２は、アノード気密弁６２と同様であり、第二マスタ供給管７５は、第一マスタ供給管６５と同様であり、第二マスタ気密弁７４は、第一マスタ気密弁６４と同様であり、第二分岐管７７は、第一分岐管６７と同様であり、第二マスタチャンバ７８は、第一マスタチャンバ６８と同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。本実施形態において、第二差圧センサ７６、第二マスタ気密弁７４、ならびに第二マスタチャンバ７８は、カソードガス流路９５の内圧、すなわち燃料電池９０のカソードの内圧を検出する「カソード圧計測部」として機能する。

カソード排出口気密部５６は、燃料電池９０のカソード供給口９６に取り付けられる栓である。カソード排出口気密部５６は、カソード気密弁７２とともに、燃料電池９０のカソードガス流路９５および第二供給管４２を気密にするための「第二気密機構」として機能する。カソード排出口気密部５６は、例えば、カソード排出口９８に取り付けられる管路と、当該管路に備えられる開閉弁とによって構成されてもよい。

連結管８２は、第一供給管４１と、第二供給管４２とを接続している。本実施形態において、連結管８２の一端は、第一供給管４１のアノード接続部４１Ｅと、アノード気密弁６２との間の位置に接続されている。連結管８２の他端は、第二供給管４２のカソード接続部４２Ｅと、カソード気密弁７２との間に接続されている。換言すれば、本実施形態において、連結管８２の一端は、第一供給管４１のうち、第一気密機構によってアノードガス流路９３とともに検査ガスを気密にされる位置に接続され、連結管８２の他端は、第二供給管４２のうち、第二気密機構によってカソードガス流路９５とともに検査ガスを気密にされる位置に接続されている。

本実施形態において、連結管８２には、連結弁８０が備えられている。連結弁８０としては、例えば電磁弁や電動弁を用いることができる。連結弁８０は、制御装置２０によって開閉駆動を制御される。本実施形態において、連結管８２と連結弁８０とは、制御装置２０によって連結弁８０が開閉駆動されることにより、第一供給管４１と第二供給管４２とが連結管８２を介して連通する連通状態と、第一供給管４１と第二供給管４２とが連通しない非連通状態とを切り換える「連通状態切換部」として機能する。

本実施形態の１００は、さらに、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、論理演算を実行するマイクロプロセッサやＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを備えるマイクロコンピュータで構成される。制御装置２０は、マイクロプロセッサがメモリ内に記憶されているプログラムを実行することにより、第一気密機構、第二気密機構、ならびに連通状態切換部の動作の制御や、燃料電池９０のガスリーク検査制御を含むガスリーク検査装置１００の種々の制御を実行する。

図２は、第１実施形態のガスリーク検査装置１００の制御装置２０が実行するガスリーク検査制御を示すフロー図である。本フローは、例えば、燃料電池９０に接続されたガスリーク検査装置１００が運転を開始することにより、開始する。

ステップＳ２０では、制御装置２０は、すべての弁を開弁させて検査ガスの供給を開始する。すべての弁には、燃料電池９０に検査ガスを供給するための弁と、アノード圧計測部およびカソード圧計測部に含まれる弁と、連通状態切換部に含まれる弁とが含まれる。本実施形態において、燃料電池９０に検査ガスを供給するための弁には、レギュレータ５０、アノード気密弁６２、ならびにカソード気密弁７２が含まれる。アノード計測部およびカソード圧計測部に含まれる弁には、第一マスタ気密弁６４および第二マスタ気密弁７４が含まれる。連通状態切換部に含まれる弁には、連結弁８０が含まれる。各弁の開弁により、検査ガス供給部３０からの検査ガスが、燃料電池９０のアノードガス流路９３およびカソードガス流路９５、アノードリーク検出器６０の第一マスタチャンバ６８、ならびにカソードリーク検出器７０の第二マスタチャンバ７８へと供給されるとともに、第一供給管４１、第二供給管４２、連通状態の連結管８２に充填される。なお、すべての弁は同時に開弁される必要はなく、任意の順序で開弁されてよい。ステップＳ２０における検査ガスの供給の終了条件としては、検査ガスの供給を開始した時点から予め定められた期間が経過したことや、第一供給管４１や第二供給管４２の内圧が予め定められた圧力まで上昇したこと等が挙げられる。

ステップＳ３０では、制御装置２０は、第一気密機構および第二気密機構を動作制御して、アノードガス流路９３、カソードガス流路９５ならびに連結管８２を気密にする。本実施形態では、制御装置２０は、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２を閉弁する。制御装置２０は、さらにレギュレータ５０を閉弁してよい。この結果、検査ガス供給部３０から供給された検査ガスは、アノードガス流路９３、カソードガス流路９５、第一マスタチャンバ６８、第二マスタチャンバ７８、第一供給管４１、第二供給管４２、ならびに連通状態の連結管８２に気密にされる。

ステップＳ４０では、制御装置２０は、連通状態において、アノードの内圧と、カソードの内圧とが略均一の状態で安定する平衡状態であるか否かを確認する。制御装置２０は、例えば、第一差圧センサ６６や第二差圧センサ７６の検出結果が略等しい状態で安定した場合に、アノードの内圧とカソードの内圧とが平衡状態であると判定する。制御装置２０は、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２の閉弁を完了してから、アノードの内圧およびカソードの内圧が略均一の状態で安定する程度の期間が経過したことにより、アノードの内圧と、カソードの内圧とが平衡状態であると判定してもよい。この結果、燃料電池９０のアノードガス流路９３と、カソードガス流路９５との内圧は、ほぼ等しくなる。

ステップＳ５０では、制御装置２０は、連通状態切換部を制御して、非連通状態に切り換える。本実施形態では、制御装置２０は、連結管８２の連結弁８０を閉弁させることにより、４１１と第二供給管４２とを非連通状態に切り換える。この結果、検査ガスは、アノードガス流路９３と、カソードガス流路９５とに個別に気密にされる。

ステップＳ６０では、アノードリーク検出器６０によるアノードガス流路９３のガスリーク検査と、カソードリーク検出器７０によるカソードガス流路９５のガスリーク検査とをそれぞれ開始する。なお、カソードリーク検出器７０によるカソードガス流路９５のガスリーク検査は、アノードリーク検出器６０によるアノードガス流路９３のガスリーク検査と同様であるので説明を省略する。ステップＳ５０を完了してからステップＳ６０を開始するまでの期間は、任意に設定することができる。ステップＳ５０を完了してからステップＳ６０を開始するまでの期間は、アノードガス流路９３とカソードガス流路９５との内圧がなるべく等しい状態でガスリーク検査を実行するために、例えば、数ミリ秒、０．１秒から１．０秒など、短い期間であるほど好ましい。

制御装置２０は、アノード圧計測部によって検出されたアノードガス流路９３の内圧を用いて、アノードガス流路９３のガスリークの有無を判定する。第一マスタチャンバ６８の内圧は、ステップＳ２０で検査ガスが供給されることにより上昇する。第一マスタチャンバ６８の内圧は、ステップＳ３０で検査ガスが気密にされた後に、例えば温度変化などの影響を受けて減少し、一定の期間が経過した時点で、略一定となる。本実施形態では、制御装置２０は、アノード圧計測部としての第一差圧センサ６６が検出した差圧を用いて、第一マスタチャンバ６８の内圧に対してアノードガス流路９３の内圧が小さくなったことを確認した場合に、アノードガス流路９３にガスリーク有りと判定する。より具体的には、制御装置２０は、第一マスタチャンバ６８と、アノードガス流路９３との差圧が予め定められた値以上であることを確認した場合、すなわち、アノードガス流路９３の内圧が第一マスタチャンバ６８の内圧に対して予め定められた圧力以上小さくなったことを確認した場合に、アノードガス流路９３にガスリーク有りと判定する。第一マスタチャンバ６８とアノードガス流路９３との差圧が予め定められた値未満である場合には、制御装置２０は、アノードガス流路９３にガスリーク無しと判定する。制御装置２０は、第一マスタチャンバ６８とアノードガス流路９３との差圧に代えて、第一マスタチャンバ６８の圧力変化量と、アノードガス流路９３の圧力変化量の差を用いてガスリークの有無を判定してもよい。制御装置２０は、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５のガスリークの有無の判定を終えると、ステップＳ７０に移行してリーク検査を終了し、本フローを終了する。

以上、説明したように、本実施形態のガスリーク検査装置１００は、アノードガス流路９３に接続される第一供給管４１と、カソードガス流路９５に接続される第二供給管４２とが連通する連通状態と、第一供給管４１と第二供給管４２とが連通しない非連通状態とを切り換え可能な連通状態切換部を備えている。第一供給管４１と、第二供給管４２とを連通させることにより、アノードガス流路９３の内圧と、カソードガス流路９５の内圧とを等しくしたうえで、燃料電池９０のアノードのガスリークの検査と、カソードのガスリークとの検査を実行することができる。したがって、燃料電池９０の電解質膜を介した検査ガスのクロスリークの発生を低減または防止した状態でガスリーク検査を行うことができるガスリーク検査装置１００を得ることができる。

本実施形態のガスリーク検査装置１００によれば、連結管８２は、第一供給管４１と第二供給管４２との連通状態と非連通状態とを切り換え可能な連結弁８０を備えている。連結管８２の一端は、第一供給管４１のうち、第一気密機構によってアノードガス流路９３とともに検査ガスを気密にされる位置に接続され、連結管８２の他端は、第二供給管４２のうち、第二気密機構によってカソードガス流路９５とともに検査ガスを気密にされる位置に接続されている。すなわち、本実施形態のガスリーク検査装置１００は、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５とともに気密にされた状態の連結管８２における連結弁８０の開閉制御の開閉のみによって、第一供給管４１と第二供給管４２との連通状態と、非連通状態とを切り換えることができる。したがって、アノードとカソードとの圧力がほぼ等しくなる連通状態から、アノードおよびカソードのガスリークを検査するための非連通状態への切り換えを容易にすることができる。したがって、連通状態から非連通状態への切り換えに伴う検査ガスの圧力変化を低減または抑制することができ、検査ガスのクロスリークの発生をより低減または防止することができるガスリーク検査装置１００を得ることができる。

本実施形態のガスリーク検査装置１００によれば、アノード圧計測部は、第一差圧センサ６６を備え、カソード圧計測部は、第二差圧センサ７６を備えている。直圧式の圧力センサを用いる場合に比較して、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５の内圧の検出速度が速くなり、検査期間を短縮することができるガスリーク検査装置１００を得ることができる。また、直圧式の圧力センサを用いる場合に比較して、圧力検出の分解能を高くすることができ、ガスリークの検出精度を向上することができるガスリーク検査装置１００を得ることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図３は、本開示の第２実施形態としてのガスリーク検査装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。第１実施形態のガスリーク検査装置１００が差圧方式のリークテスタを備えるのに対して、第２実施形態のガスリーク検査装置１００ｂは、いわゆる直圧方式のリークテスタで構成される点と、連結管８２ｂの配置位置が異なる点において、第１実施形態のガスリーク検査装置１００とは相違する。具体的には、第２実施形態のガスリーク検査装置１００ｂは、アノードリーク検出器６０に代えてアノード圧センサ６９を備え、カソードリーク検出器７０に代えてカソード圧センサ７９を備え、連結管８２に代えて連結管８２ｂを備える点において、第１実施形態のガスリーク検査装置１００とは相違し、それ以外の構成は第１実施形態のガスリーク検査装置１００と同様である。

アノード圧センサ６９は、第一供給管４１の内圧を検出する圧力センサである。アノード圧センサ６９は、ガスリーク検査時において、アノードガス流路９３の内圧を検出するための「アノード圧計測部」として機能する。カソード圧センサ７９は、第二供給管４２の内圧を検出する圧力センサである。カソード圧センサ７９は、カソードガス流路９５の内圧を検出するための「カソード圧計測部」として機能する。

本実施形態において、アノード気密弁６２およびアノード排出口気密部５２は、第１実施形態と同様に、燃料電池９０のアノードガス流路９３および第一供給管４１に検査ガスを気密にするために用いられる「第一気密機構」として機能する。同様に、カソード気密弁７２およびカソード排出口気密部５６は、カソードガス流路９５および第二供給管４２に検査ガスを気密にするために用いられる「第二気密機構」として機能する。

連結管８２ｂは、第一供給管４１と、第二供給管４２とを接続している。本実施形態では、連結管８２ｂは、第一供給管４１におけるレギュレータ５０とアノード気密弁６２との間となる位置と、カソード気密弁７２とを接続する管路である。本実施形態では、連結管８２ｂの一端は、第一供給管４１のうち第一気密機構によって検査ガスが気密にされる範囲外となる位置に接続され、連結管８２ｂの他端は、第二供給管４２のうち第二気密機構によって検査ガスが気密にされる範囲外となる位置に接続されている。

本実施形態では、連結管８２ｂと、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２とが、「連通状態切換部」として機能する。より具体的には、アノード気密弁６２とカソード気密弁７２とが開弁されることにより、第一供給管４１と第二供給管４２とが連結管８２ｂを介して連通する連通状態が形成される。カソード気密弁７２とカソード気密弁７２とが閉弁されることにより、第一供給管４１と第二供給管４２とが連通しない非連通状態が形成される。

図４は、第２実施形態のガスリーク検査装置１００の制御装置２０が実行するガスリーク検査制御を示すフロー図である。ステップＳ２２では、制御装置２０は、すべての弁を開弁させて検査ガスの供給を開始する。本実施形態において、燃料電池９０に検査ガスを供給するための弁には、レギュレータ５０、アノード気密弁６２、ならびにカソード気密弁７２が含まれる。本実施形態において、アノード圧計測部およびカソード圧計測部に含まれる弁に該当する弁はない。連通状態切換部に含まれる弁には、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２が含まれる。これらの弁を開弁することにより、検査ガス供給部３０からの検査ガスが、燃料電池９０のアノードガス流路９３およびカソードガス流路９５へと供給されるとともに、第一供給管４１、第二供給管４２、連通状態の連結管８２ｂに充填される。ステップＳ２２における検査ガスの供給の終了条件としては、検査ガスの供給を開始した時点から予め定められた期間が経過したことや、アノード圧センサ６９やカソード圧センサ７９により第一供給管４１や第二供給管４２の内圧が予め定められた圧力まで上昇したこと等が挙げられる。

ステップＳ３２では、制御装置２０は、レギュレータ５０を閉弁する。この結果、検査ガス供給部３０から供給された検査ガスは、アノードガス流路９３、カソードガス流路９５、第一供給管４１、第二供給管４２、ならびに連通状態の連結管８２ｂに気密にされる。

ステップＳ４２では、制御装置２０は、連通状態において、アノードの内圧と、カソードの内圧とが平衡状態であるか否かを確認する。本実施形態において、制御装置２０は、アノード圧センサ６９の検出結果と、カソード圧センサ７９との検出結果とが略等しい状態で安定した場合に、アノードの内圧とカソードの内圧とが平衡状態であると判定する。アノード圧センサ６９の検出結果と、カソード圧センサ７９との検出結果とが略等しい場合に限らず、アノード圧センサ６９の検出結果と、カソード圧センサ７９との検出結果との差が、予め定められた閾値よりも小さいことを検出したことによって、アノードの内圧とカソードの内圧とが平衡状態であると判定されてもよい。また、例えば、アノード圧センサ６９と、カソード圧センサ７９との少なくともいずれか一方の圧力もしくは圧力変化量が所定の値で安定した場合や、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２の閉弁を完了した時点からアノードの内圧およびカソードの内圧が略均一の状態で安定する程度の期間が経過した場合に、アノードの内圧とカソードの内圧とが平衡状態であると判定してもよい。この結果、燃料電池９０のアノードガス流路９３とカソードガス流路９５との内圧は、ほぼ等しくなる。

ステップＳ５２では、制御装置２０は、連通状態切換部を制御して、非連通状態に切り換える。本実施形態では、制御装置２０は、連通状態切換部としてのアノード気密弁６２およびカソード気密弁７２を閉弁させることにより、第一供給管４１と第二供給管４２とを非連通状態に切り換える。

ステップＳ５４では、制御装置２０は、第一気密機構および第二気密機構を動作制御して、アノードガス流路９３とカソードガス流路９５とのそれぞれを気密にする。具体的には、制御装置２０は、第一気密機構としてのアノード気密弁６２を閉弁し、第二気密機構としてのカソード気密弁７２を閉弁することによって、アノードガス流路９３および第一供給管４１と、カソードガス流路９５および第二供給管４２とを気密にする。なお、本実施形態では、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２は連通状態切換部として機能するとともに、第一気密機構および第二気密機構としても機能する。そのため、本実施形態では、ステップＳ５２の実行と同時に、ステップＳ５４も実行される。

ステップＳ６２では、アノード圧センサ６９によるアノードガス流路９３のガスリーク検査と、カソード圧センサ７９によるカソードガス流路９５のガスリーク検査とをそれぞれ開始する。カソード圧センサ７９を用いたカソードガス流路９５のガスリーク検査は、アノード圧センサ６９を用いたアノードガス流路９３のガスリーク検査と同様であるので説明を省略する。ステップＳ５２を完了してからステップＳ６２を開始するまでの期間は、アノードガス流路９３とカソードガス流路９５との内圧がなるべく等しい状態でガスリーク検査を実行するために、例えば、数ミリ秒、０．１秒から１．０秒などの短い期間であるほど好ましい。

本実施形態において、制御装置２０は、アノード圧計測部としてのアノード圧センサ６９によって検出されたアノードガス流路９３の内圧を用いて、アノードガス流路９３のガスリークの有無を判定する。より具体的には、ステップＳ５４を終了してから一定期間を経過した後にアノード圧センサ６９から得られた圧力値が予め定められた圧力値よりも小さい場合に、アノードガス流路９３にガスリーク有りと判定する。予め定められた圧力値は、例えば、試験やシミュレーション等により得られたガスリークが無い状態のアノードガス流路９３の内圧値またはその内圧値近傍の値を用いて設定することができる。ガスリークの検出方法には、圧力値に限らず、予め定められた期間経過した時点での圧力値の変化量が用いられてもよい。制御装置２０は、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５のガスリークの有無の判定を終えると、ステップＳ７０に移行してリーク検査を終了し、本フローを終了する。

本実施形態のガスリーク検査装置１００ｂによれば、制御装置２０は、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２を動作させて、第一供給管４１と第二供給管４２とを連通状態に切り換えるとともに、アノードガス流路９３および第一供給管４１と、カソードガス流路９５および第二供給管４２とに検査ガスを供給する。制御装置２０は、アノード気密弁６２を動作させて、検査ガスを供給されたアノードガス流路９３および第一供給管４１を気密にするとともに、カソード気密弁７２を動作させて、検査ガスを供給されたカソードガス流路９５および第二供給管４２を気密にする。制御装置２０は、アノード気密弁６２およびカソード気密弁７２を動作させて、第一供給管４１および第二供給管４２を非連通状態に切り換えるとともに、アノード圧センサ６９によって検出された内圧値を用いてアノードガス流路９３のガスリークの有無を判定するとともに、カソード圧センサ７９によって検出された内圧値を用いて、カソードガス流路９５のガスリークの有無を判定する。本実施形態のガスリーク検査装置１００ｂは、制御装置２０により、連通状態によりアノードとカソードとの圧力がほぼ等しくさせてから、非連通状態に切り換えてアノードおよびカソードのガスリークを検査することができる。したがって、燃料電池９０の電解質膜を介した検査ガスのクロスリークの発生を低減または防止した状態でガスリーク検査を行うことができ、ガスリークの検出精度を向上することができる。ガスリークの検出精度の向上に伴い、ガスリーク検査装置１００による検査期間を短縮することができる。本実施形態のガスリーク検査装置１００ｂによれば、連結管８２ｂが、第一供給管４１および第二供給管４２のうち、第一気密機構および第二気密機構によって検査ガスが気密にされる位置に接続されていない場合であっても、第一供給管４１と第二供給管４２との連通状態と非連通状態とを切り換えることができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記各実施形態では、第一供給管４１がアノード供給口９２に接続され、第二供給管４２がカソード供給口９６に接続される例を示したが、ガスリーク検査装置１００は、燃料電池９０の排出口側に接続されよく、具体的には、第一供給管４１がアノード排出口９４に接続され、第二供給管４２がカソード排出口９８に接続されてもよい。この場合に、アノード排出口気密部５２は、アノード供給口９２に取り付けられ、カソード排出口気密部５６はカソード供給口９６に取り付けられてよい。また、第一供給管４１がアノード供給口９２に接続され、第二供給管４２がカソード供給口９６に接続されるのに対して、アノードリーク検出器６０やカソードリーク検出器７０などのアノード圧計測部やカソード圧計測部が、燃料電池９０のアノード排出口９４やカソード排出口９８に接続されるアノードの排出管や、カソードの排出管に備えられてもよい。同様に、第一供給管４１がアノード供給口９２に接続され、第二供給管４２がカソード供給口９６に接続されるのに対して、連結管８２は、燃料電池９０のアノード排出口９４やカソード排出口９８に接続されるアノードの排出管と、カソードの排出管とを接続するように備えられてもよい。

（Ｃ２）上記第１実施形態のガスリーク検査装置１００では、アノードリーク検出器６０とカソードリーク検出器７０とを備える差圧方式のガスリーク検査の例を示したが、アノードリーク検出器６０とカソードリーク検出器７０とに代えてアノード圧センサ６９とカソード圧センサ７９とを採用する直圧方式のガスリーク検査であってもよい。上記第２実施形態のガスリーク検査装置１００ｂは、アノード圧センサ６９とカソード圧センサ７９とに代えて、アノードリーク検出器６０とカソードリーク検出器７０とを採用する差圧方式によるガスリーク検査を備えてもよい。

（Ｃ３）上記第２実施形態のガスリーク検査装置１００ｂにおいて、連結管８２ｂの一端は、第一供給管４１におけるアノード供給口９２側の端部と、アノードリーク検出器６０のアノード気密弁６２との間の位置に接続されている例を示した。これに対して、ガスリーク検査装置１００ｂにおいて、レギュレータ５０を備える第一供給管４１と、レギュレータ５０を備える第二供給管４２とが個別に検査ガス供給部３０に接続される場合には、連結管８２ｂの一端は、第一供給管４１におけるアノード気密弁６２と、レギュレータ５０との間に備えられてよく、連結管８２ｂの他端は、第二供給管４２におけるカソード気密弁７２と、レギュレータ５０との間に備えられてよい。

（Ｃ４）上記各実施形態では、第一供給管４１と、第二供給管４２とが連通する連通状態で、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５に検査ガスを供給し、検査ガスが供給されたアノードガス流路９３および第一供給管４１と、カソードガス流路９５および第二供給管４２とを気密にする。気密にされた第一供給管４１と第二供給管４２とを非連通状態に切り換えて、アノードガス流路９３の内圧と、カソードガス流路９５の内圧とを用いて、ガスリークの有無を判定する。これに対して、同様に、第一供給管４１と、第二供給管４２とが連通する連通状態で、アノードガス流路９３およびカソードガス流路９５に検査ガスを供給し、検査ガスが供給されたアノードガス流路９３および第一供給管４１と、カソードガス流路９５および第二供給管４２とを気密にする。この気密にされた連通状態において、アノードガス流路９３の内圧と、カソードガス流路９５の内圧との少なくともいずれか一方の内圧を用いることにより、燃料電池９０のアノードとカソードとを含む空間のリーク検査を実行してもよい。アノードとカソードとを含む空間のリーク検査において、ガスリーク有りと判定される場合に、気密にされた第一供給管４１と第二供給管４２とを非連通状態に切り換えて、アノードガス流路９３の内圧と、カソードガス流路９５の内圧とを用いて、ガスリークの有無を判定してよい。アノードとカソードとを含む空間のリーク検査において、ガスリーク無しと判定される場合に、ガスリーク検査を終了してよい。この形態のガスリーク検査方法によれば、アノードとカソードとのガスリーク検査にかかるトータル期間を短縮し得る。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…制御装置、３０…検査ガス供給部、４０…ガス供給管、４１…第一供給管、４１Ｅ…アノード接続部、４２…第二供給管、４２Ｅ…カソード接続部、５０…レギュレータ、５２…アノード排出口気密部、５６…カソード排出口気密部、６０…アノードリーク検出器、６２…アノード気密弁、６３…第一検査ガス供給管、６４…第一マスタ気密弁、６５…第一マスタ供給管、６６…第一差圧センサ、６７…第一分岐管、６８…第一マスタチャンバ、６９…アノード圧センサ、７０…カソードリーク検出器、７２…カソード気密弁、７３…第二検査ガス供給管、７４…第二マスタ気密弁、７５…第二マスタ供給管、７６…第二差圧センサ、７７…第二分岐管、７８…第二マスタチャンバ、７９…カソード圧センサ、８０…連結弁、８２，８２ｂ…連結管、９０…燃料電池、９２…アノード供給口、９３…アノードガス流路、９４…アノード排出口、９５…カソードガス流路、９６…カソード供給口、９８…カソード排出口、１００，１００ｂ…ガスリーク検査装置

Claims (5)

1. 燃料電池のガスリーク検査装置であって、
   前記燃料電池のアノードに取り付け可能なアノード接続部を有する第一供給管と、
   前記アノードおよび前記第一供給管を気密にするための第一気密機構と、
   前記アノードの内圧を検出するためのアノード圧計測部と、
   前記燃料電池のカソードに取り付け可能なカソード接続部を有する第二供給管と、
   前記カソードおよび前記第二供給管を気密にするための第二気密機構と、
   前記カソードの内圧を検出するためのカソード圧計測部と、
   一端が前記第一供給管に接続され、他端が前記第二供給管に接続される連結管を含む連通状態切換部であって、前記第一供給管と前記第二供給管とが連通する連通状態と、前記第一供給管と前記第二供給管とが連通しない非連通状態とを切り換え可能な連通状態切換部と、を備える、
   燃料電池のガスリーク検査装置。
2. 請求項１に記載の燃料電池のガスリーク検査装置であって、
   さらに、前記第一気密機構、前記第二気密機構、ならびに前記連通状態切換部の動作を制御する制御装置、を備え、
   前記制御装置は、
   前記連通状態切換部を動作させて、前記連通状態に切り換えるとともに、検査ガス供給部から前記アノードおよび前記第一供給管と、前記カソードおよび前記第二供給管とに検査ガスを供給させ、
   前記第一気密機構を動作させて、前記検査ガスを供給された前記アノードおよび前記第一供給管を気密にするとともに、前記第二気密機構を動作させて、前記検査ガスを供給された前記カソードおよび前記第二供給管を気密にし、
   前記連通状態切換部を動作させて、前記非連通状態に切り換えるとともに、前記アノード圧計測部によって検出された前記アノードの内圧を用いて前記アノードのガスリークの有無を判定するとともに、前記カソード圧計測部によって検出された前記カソードの内圧を用いて、前記カソードのガスリークの有無を判定する、
   燃料電池のガスリーク検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池のガスリーク検査装置であって、
   前記連通状態切換部は、さらに、前記連結管に設けられる開閉弁であって、弁体の開閉を切り換えることによって、前記連通状態と前記非連通状態とを切り換え可能な開閉弁、を備え、
   前記第一気密機構は、前記第一供給管に配されるアノード気密弁を備え、
   前記第二気密機構は、前記第二供給管に配されるカソード気密弁を備え、
   前記連結管の一端は、前記第一供給管における前記アノード気密弁と前記アノード接続部との間に接続され、
   前記連結管の他端は、前記第二供給管における前記カソード気密弁と前記カソード接続部との間に接続される、
   燃料電池のガスリーク検査装置。
4. 前記アノード圧計測部および前記カソード圧計測部は、容器と、前記容器と前記アノードとの差圧、および前記容器と前記カソードとの差圧を検出するための差圧センサとを含んでいる、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池のガスリーク検査装置。
5. 燃料電池のガスリーク検査方法であって、
   前記燃料電池のアノードに接続される第一供給管と、前記燃料電池のカソードに接続される第二供給管とが連通する状態で、前記アノードおよび前記カソードに検査ガスを供給し、
   前記検査ガスが供給された前記アノードおよび前記第一供給管と、前記検査ガスが供給された前記カソードおよび前記第二供給管とを気密にするとともに、前記第一供給管と前記第二供給管とが連通しない非連通状態に切り換え、
   前記非連通状態で検出された前記アノードの内圧を用いて、前記アノードのガスリークの有無を判定するとともに、前記非連通状態で検出された前記カソードの内圧を用いて、前記カソードのガスリークの有無を判定する、
   燃料電池のガスリーク検査方法。

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