JP7489507B1

JP7489507B1 - 漏れ検査装置および漏れ検査方法

Info

Publication number: JP7489507B1
Application number: JP2023027124A
Authority: JP
Inventors: 聡志長谷川; 祥弘山下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2023-02-24
Filing date: 2023-02-24
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2043-02-24

Abstract

【課題】複数の流路を有する製品の漏れ状態を効率的に検査する。【解決手段】第１中間部材を介して外部空間と隔てられ第２中間部材を介して互いに隔てられる第１、第２流路を有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査装置２００は、第１流路に第１圧力、第２流路に第１圧力より低い第２圧力で検査ガスを供給するガス供給部２１０，２４１～２４３と、各流路からの流出流量を測定する測定部２５１～２５３と、コンピュータ３００とを備える。コンピュータは、供給後の第１期間の流量に基づいて各流路から外部空間への漏れの有無を判定する第１判定ステップと、第１期間の後の第２期間の流量に基づいて第１流路から第２流路への漏れの有無を判定する第２判定ステップとを実行する。各判定ステップでは、漏れありと判定されると各中間部材に欠陥ありと判定する一方、漏れなしと判定されると各中間部材に欠陥なしと判定する。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の流路を有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査装置および漏れ検査方法に関する。

従来より、燃料電池スタックの漏れ状態を検査するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、燃料電池スタックのアノード流路に燃料ガスを導入し、所定時間経過後の単位時間当たりに燃料電池スタックの外部へ流出するガス量が所定値以下のとき、燃料ガスがシール材を透過している透過状態であると判定し、所定値より大きいとき、燃料ガスが隙間から漏れているリーク状態であると判定する。

特開２０２０－１５９９３５号公報

ところで、燃料電池スタックや発電セル等の製品は、アノード流路、カソード流路、冷却流路といった複数の流路を有するため、複数の流路の漏れ状態を検査することが好ましい。しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、単一の流路の漏れ状態を検査するだけであり、複数の流路の漏れ状態を効率的に検査することが難しい。

本発明の一態様は、第１中間部材を介してそれぞれ外部空間と隔てられるとともに、第２中間部材を介して互いに隔てられる第１流路と第２流路とを有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査装置である。製品は、膜電極接合体を有する電極アッセンブリとセパレータとの間に第１流路および第２流路が形成された燃料電池の発電セルまたはセル積層体である。第１中間部材は、電極アッセンブリとセパレータとの間に設けられたシール部材である。漏れ検査装置は、第１流路に第１圧力で検査ガスを供給するとともに、第２流路に第１圧力より低い第２圧力で検査ガスを供給するガス供給部と、第１流路および第２流路のそれぞれから流出する検査ガスの流量を測定する測定部と、コンピュータと、を備える。コンピュータは、検査ガスの供給後の第１期間に測定部により測定された流量に基づいて、第１流路および第２流路のそれぞれから外部空間への検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定ステップと、第１期間の後の第２期間に測定部により測定された流量に基づいて各流路の圧力と大気圧との差圧を算出し、差圧に基づいて第１流路から第２流路への検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定ステップと、を実行するように構成される。第１判定ステップでは、第１期間に外部空間への検査ガスの漏れがあったと判定されると、第１中間部材に欠陥があると判定する一方、第１期間に外部空間への検査ガスの漏れがなかったと判定されると、第１中間部材に欠陥がないと判定する。第２判定ステップでは、第２期間に第１流路から第２流路への検査ガスの漏れがあったと判定されると、第２中間部材に欠陥があると判定する一方、第２期間に第１流路から第２流路への検査ガスの漏れがなかったと判定されると、第２中間部材に欠陥がないと判定する。

本発明の一態様は、第１中間部材を介してそれぞれ外部空間と隔てられるとともに、第２中間部材を介して互いに隔てられる第１流路と第２流路とを有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査方法である。製品は、膜電極接合体を有する電極アッセンブリとセパレータとの間に第１流路および第２流路が形成された燃料電池の発電セルまたはセル積層体である。第１中間部材は、電極アッセンブリとセパレータとの間に設けられたシール部材である。漏れ検査方法は、第１流路に第１圧力で検査ガスを供給するとともに、第２流路に第１圧力より低い第２圧力で検査ガスを供給するガス供給工程と、第１流路および第２流路のそれぞれから流出する検査ガスの流量を測定する測定工程と、検査ガスの供給後の第１期間に測定された流量に基づいて、第１流路および第２流路のそれぞれから外部空間への検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定工程と、第１期間の後の第２期間に測定された流量に基づいて各流路の圧力と大気圧との差圧を算出し、差圧に基づいて第１流路から第２流路への検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定工程と、を含む。第１判定工程では、第１期間に外部空間への検査ガスの漏れがあったと判定されると、第１中間部材に欠陥があると判定する一方、第１期間に外部空間への検査ガスの漏れがなかったと判定されると、第１中間部材に欠陥がないと判定する。第２判定工程では、第２期間に第１流路から第２流路への検査ガスの漏れがあったと判定されると、第２中間部材に欠陥があると判定する一方、第２期間に第１流路から第２流路への検査ガスの漏れがなかったと判定されると、第２中間部材に欠陥がないと判定する。

本発明によれば、複数の流路を有する製品の漏れ状態を効率的に検査することができる。

本発明の実施形態に係る漏れ検査装置が適用される燃料電池スタックの全体構成を概略的に示す斜視図。図１の燃料電池スタックに含まれる電極アッセンブリの概略構成を示す斜視図。図１の発電セルの上端部付近の構成の一例を示す部分断面図。後側から見た図３の溶接ラインの配設例を示すセパレータの正面図。後側から見た図３のシールラインの配設例を示すセパレータの正面図。前側から見た図３のシールラインの配設例を示すセパレータの正面図。図３のアノード流路とカソード流路と冷却流路と外部空間との関係を説明するための概念図。本発明の実施形態に係る漏れ検査装置の要部構成の一例を概略的に示すブロック図。図６のコントローラによる漏れの状態の判定について説明するための図。本発明の実施形態に係る漏れ検査装置により実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１～図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る漏れ検査装置は、複数の流路を有する製品の漏れ検査に適用され、特に、燃料電池スタックや発電セルのアノード流路、カソード流路、および冷却流路の漏れ検査に適用される。燃料電池スタックは、燃料電池の構成要素であり、発電セルは、燃料電池スタックの構成要素である。燃料電池は、例えば車両に搭載され、車両駆動用の電力を発生することができる。まず、燃料電池スタックの全体構成を概略的に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る漏れ検査装置が適用される燃料電池スタック１００の全体構成を概略的に示す斜視図である。以下では、便宜上、図示のように互いに直交する三軸方向を、前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。これらの方向は、車両の前後方向、左右方向および上下方向と同一であるとは限らない。例えば図１の前後方向は、車両の前後方向であってもよく、左右方向であってもよく、上下方向であってもよい。

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の発電セル１を前後方向に積層して構成されたセル積層体１０１と、セル積層体１０１の前後両端部に配置されたエンドユニット１０２とを有し、全体が略直方体形状を呈する。セル積層体１０１の左右方向の長さは、上下方向の長さよりも長い。図１には、便宜上、単一の発電セル１が示される。発電セル１は、電解質膜と電極とを含む接合体を有する電極アッセンブリ２と、電極アッセンブリ２の前後両側に配置され、電極アッセンブリ２を挟持するセパレータ３，３と、を有する。電極アッセンブリ２とセパレータ３とは、前後方向に交互に配置される。

セパレータ３は、断面が波板状の前後一対の金属製の薄板を有し、これら薄板の外周同士を接合して一体に構成される。セパレータ３には耐腐食性に優れた導電性の材料が用いられ、例えばチタン、チタン合金、ステンレス等を用いることができる。セパレータ３の内部には、冷却媒体が流れる冷却流路がプレス成形などによって形成され、冷却媒体の流れにより発電セル１の発電面が冷却される。冷却媒体としては例えば水を用いることができる。電極アッセンブリ２に対向するセパレータ３の表面（前面および後面）は、電極アッセンブリ２の接合体との間にガス流路を形成するように凹凸状に構成される。

電極アッセンブリ２の前側のセパレータ３は、例えばアノード側のセパレータ（アノードセパレータ）であり、アノードセパレータ３と電極アッセンブリ２の接合体との間に、燃料ガスが流れるアノード流路が形成される。電極アッセンブリ２の後側のセパレータ３は、例えばカソード側のセパレータ（カソードセパレータ）であり、カソードセパレータ３と電極アッセンブリ２の接合体との間に、酸化剤ガスが流れるカソード流路が形成される。燃料ガスとしては例えば水素ガスを、酸化剤ガスとしては例えば空気を用いることができる。燃料ガスと酸化剤ガスとを区別せずに、これらを反応ガスと呼ぶこともある。

図２は、電極アッセンブリ２の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、電極アッセンブリ２は、略矩形状の接合体２０と、接合体２０を支持するフレーム２１と、を有する。接合体２０は膜電極接合体（いわゆるＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）であり、電解質膜と、電解質膜の前面に設けられたアノード電極と、電解質膜の後面に設けられたカソード電極とを有する。

電解質膜は、例えば固体高分子電解質膜であり、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜を用いることができる。フッ素系電解質に限らず、炭化水素系電解質を用いることもできる。

アノード電極は、電解質膜の前面に形成された触媒層と触媒層の前面に形成されたガス拡散層とを有する。カソード電極は、電解質膜の後面に形成された触媒層と触媒層の後面に形成されたガス拡散層とを有する。各電極の触媒層には、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素の電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、および電子伝導性を有するカーボン粒子等が含まれる。各電極のガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材、例えばカーボン多孔質体により構成される。

アノード電極では、アノード流路およびガス拡散層を介して供給された燃料ガス（水素）が、触媒の作用によってイオン化され、電解質膜を通過してカソード電極側へ移動する。このとき生じた電子は、外部回路を通過し、電気エネルギとして取り出される。カソード電極では、カソード流路およびガス拡散層を介して供給された酸化剤ガス（酸素）と、アノード電極から導かれた水素イオンおよびアノード電極から移動した電子とが反応し、水が生成される。生成された水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水は電極アッセンブリ２の外部へ排出される。

フレーム２１は、略矩形状を呈する薄板であり、絶縁性を有する樹脂やゴム等により構成される。フレーム２１の中央部には、略矩形状の開口部２１ａが設けられ、開口部２１ａの全体を覆うように接合体２０が設けられる。フレーム２１の開口部２１ａの左側には、フレーム２１を前後方向に貫通する３つの貫通孔２１１～２１３が上下方向に並んで開口され、開口部２１ａの右側には、フレーム２１を前後方向に貫通する３つの貫通孔２１４～２１６が上下方向に並んで開口される。

図１に示すように、電極アッセンブリ２の前後のセパレータ３には、フレーム２１の貫通孔２１１～２１６に対応する位置に、セパレータ３を前後方向に貫通する貫通孔３１１～３１６がそれぞれ開口される。貫通孔３１１～３１６は、フレーム２１の貫通孔２１１～２１６にそれぞれ連通する。これら互いに連通する貫通孔２１１～２１６，３１１～３１６の集合により、セル積層体１０１を貫通して前後方向に延在する流路ＰＡ１～ＰＡ６（便宜上、矢印で示す）が形成される。流路ＰＡ１～ＰＡ６は、マニホールド（排出マニホールド）と呼ばれることもある。流路ＰＡ１～ＰＡ６は、燃料電池スタック１００の外部のマニホールドに接続される。

貫通孔２１１，３１１を介して前方に延びる流路ＰＡ１（実線矢印）は、燃料ガス供給流路である。貫通孔２１６，３１６を介して後方に延びる流路ＰＡ６（実線矢印）は、燃料ガス排出流路である。燃料ガス供給流路ＰＡ１および燃料ガス排出流路ＰＡ６は、接合体２０の前面に対向するアノード流路と連通し、実線矢印に示すように、燃料ガス供給流路ＰＡ１と燃料ガス排出流路ＰＡ６とを介して、アノード流路を左右方向に燃料ガスが流れる。燃料ガス排出流路ＰＡ６を流れる燃料ガスは、アノード電極で一部が使用された後の燃料ガスであり、これを燃料排ガスと呼ぶことがある。

貫通孔２１４，３１４を介して前方に延びる流路ＰＡ４（点線矢印）は、酸化剤ガス供給流路である。貫通孔２１３，３１３を介して後方に延びる流路ＰＡ３（点線矢印）は、酸化剤ガス排出流路である。酸化剤ガス供給流路ＰＡ４および酸化剤ガス排出流路ＰＡ３は、接合体２０の後面に対向するカソード流路と連通し、点線矢印に示すように、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４と酸化剤ガス排出流路ＰＡ３とを介して、カソード流路を左右方向に酸化剤ガスが流れる。酸化剤ガス排出流路ＰＡ３を流れる酸化剤ガスは、カソード電極で一部が使用された後の酸化剤ガスであり、これを酸化剤排ガスと呼ぶことがある。燃料排ガスと酸化剤排ガスとを区別せずに、これらを反応排ガスと呼ぶこともある。

貫通孔２１５，３１５を介して前方に延びる流路ＰＡ５（一点鎖線矢印）は、冷却媒体供給流路である。貫通孔２１２，３１２を介して後方に延びる流路ＰＡ２（一点鎖線矢印）は、冷却媒体排出流路である。冷却媒体供給流路ＰＡ５および冷却媒体排出流路ＰＡ２は、セパレータ３の内部の冷却流路と連通しており、冷却媒体供給流路ＰＡ５と冷却媒体排出流路ＰＡ２とを介して、冷却流路を冷却媒体が流れる。

セル積層体１０１の前後両側に配置されたエンドユニット１０２は、それぞれターミナルプレート４と、絶縁プレート５と、エンドプレート６とを有する。なお、前側のエンドユニット１０２をドライ側エンドユニット、後側のエンドユニット１０２をウェット側エンドユニットと呼ぶこともある。前後一対のターミナルプレート４，４は、セル積層体１０１を挟んでその前後両側に配置される。前後一対の絶縁プレート５，５は、ターミナルプレート４，４を挟んでその前後両側に配置される。前後一対のエンドプレート６，６は、絶縁プレート５，５を挟んでその前後両側に配置される。

ターミナルプレート４は、金属製の略矩形状の板状部材であり、セル積層体１０１で電気化学反応により生成された電力を取り出すための端子部を有する。絶縁プレート５は、非導電性を有する樹脂製またはゴム製の略矩形状の板状部材であり、ターミナルプレート４とエンドプレート６とを電気的に絶縁する。エンドプレート６は、金属製または高強度に構成された樹脂製の板状部材であり、エンドプレート６には、例えば前後のエンドプレート６，６同士を連結する前後方向細長の連結部材がボルトにより固定される。燃料電池スタック１００は、連結部材を介してエンドプレート６，６により前後方向に押圧された状態で、保持される。

後側のエンドユニット１０２には、エンドユニット１０２を前後方向に貫通する複数の貫通孔１０２ａ～１０２ｆが開口される。なお、貫通孔１０２ａ～１０２ｆは、それぞれターミナルプレート４を貫通する貫通孔、絶縁プレート５を貫通する貫通孔およびエンドプレート６を貫通する貫通孔を含むが、図１では、便宜上、これらをまとめて貫通孔１０２ａ～１０２ｆとして示す。貫通孔１０２ａは、燃料ガス供給流路ＰＡ１の延長線上に開口され、燃料ガス供給流路ＰＡ１に連通する。貫通孔１０２ｂは、冷却媒体排出流路ＰＡ２の延長線上に開口され、冷却媒体排出流路ＰＡ２に連通する。貫通孔１０２ｃは、酸化剤ガス排出流路ＰＡ３の延長線上に開口され、酸化剤ガス排出流路ＰＡ３に連通する。貫通孔１０２ｄは、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４の延長線上に開口され、酸化剤ガス供給流路ＰＡ４に連通する。貫通孔１０２ｅは、冷却媒体供給流路ＰＡ５の延長線上に開口され、冷却媒体供給流路ＰＡ５に連通する。貫通孔１０２ｆは、燃料ガス排出流路ＰＡ６の延長線上に開口され、燃料ガス排出流路ＰＡ６に連通する。

より詳しくは、貫通孔１０２ａには、エジェクタ、インジェクタなどを介して、高圧の燃料ガスが貯留された燃料ガスタンクが接続され、燃料ガスタンク内の燃料ガスが貫通孔１０２ａを介して燃料電池スタック１００に供給される。貫通孔１０２ｆには、気液分離機が接続され、貫通孔１０２ｆを介して排出された燃料ガス（燃料排ガス）は、気液分離機で燃料ガスと水とに分離される。分離された燃料ガスは、エジェクタを介して吸い込まれ、燃料電池スタック１００に再び供給される。分離された水は、ドレン流路を介して外部に排出される。

貫通孔１０２ｄには、酸化剤ガス供給用のコンプレッサが接続され、コンプレッサで圧縮された酸化剤ガスが貫通孔１０２ｄを介して燃料電池スタック１００に供給される。貫通孔１０２ｃからは、酸化剤ガス（酸化剤排ガス）が外部に流出する。貫通孔１０２ｅには、冷却媒体供給用のポンプが接続され、貫通孔１０２ｅを介して燃料電池スタック１００に冷却媒体が供給される。貫通孔１０２ｂからは冷却媒体が排出される。排出された冷却媒体は、ラジエータでの熱交換により冷却され、貫通孔１０２ｅを介して再び燃料電池スタック１００に供給される。

以上が燃料電池スタック１００の概略構成である。燃料電池スタック１００は略ボックス状のケースに収納され、車両に搭載される。

このような燃料電池スタック１００や発電セル１は、車両への搭載等で実際に製品として使用される前に健全性を確認する必要がある。この場合、アノード流路、カソード流路、および冷却流路のそれぞれについて漏れ状態を検査し、各流路の健全性を確認することで、各流路を構成する部材を含む燃料電池スタック１００や発電セル１全体の健全性を確認することができる。各流路を構成する部材およびその代表的な欠陥について説明する。

図３は、発電セル１の上端部付近の構成の一例を示す部分断面図である。図３に示すように、電極アッセンブリ２の接合体２０は、電解質膜２２と、電解質膜２２の前面に設けられたアノード電極２３と、電解質膜２２の後面に設けられたカソード電極２４とを有する。接合体２０の前面、すなわちアノード電極２３の表面は、接合体２０のアノード面２０ａを構成する。接合体２０の後面、すなわちカソード電極２４の表面は、接合体２０のカソード面２０ｂを構成する。セパレータ３は、前後一対の薄板３ａ，３ｂを有する。

燃料ガスが流れるアノード流路Ａｎは、電極アッセンブリ２の前側のアノードセパレータ３の後側の薄板３ａと、接合体２０のアノード面２０ａとの間に形成される。酸化剤ガスが流れるカソード流路Ｃａは、電極アッセンブリ２の後側のカソードセパレータ３の前側の薄板３ｂと、接合体２０のカソード面２０ｂとの間に形成される。冷却媒体が流れる冷却流路Ｃｏは、セパレータ３の前後一対の薄板３ａ，３ｂの間に形成される。

アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとは、電極アッセンブリ２の接合体２０とセパレータ３とを介して互いに隔てられる。接合体２０の電解質膜２２は、固体高分子電解質膜等のガス透過性を有する材質で構成され、所定の透過係数でガスを透過させる。セパレータ３は、金属製であり、ガス透過性を有しない。電解質膜２２は、極薄いため、表面や内部に生じた亀裂が進展して破断（欠陥）が生じる場合がある。あるいは、電解質膜２２とフレーム２１との間に隙間（欠陥）が生じる場合がある。この場合、図３に矢印Ａで示すように、アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとが連通する。

アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａの上端側には、電極アッセンブリ２のフレーム２１と、セパレータ３との間に、樹脂やゴム等のシール部材により構成されるシールライン７が設けられる。アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａは、それぞれシールライン７を介して外部空間ＥＸと隔てられる。冷却流路Ｃｏの上端側には、セパレータ３の前後一対の薄板３ａ，３ｂを接合する溶接箇所である溶接ライン８が設けられる。冷却流路Ｃｏは、溶接ライン８を介して外部空間ＥＸと隔てられる。

溶接ライン８は、溶接箇所における前後一対の薄板３ａ，３ｂの間に多少でも空間が存在すると、空間内の空気等が溶接時の高温により熱膨張することで、溶接箇所のセパレータ３に破断（欠陥）が生じる場合がある。この場合、図３に矢印Ｂで示すように、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと、冷却流路Ｃｏとが連通する。

図４Ａは、後側から見た溶接ライン８の配設例を示すセパレータ３の正面図であり、セパレータ３の前後一対の薄板３ａ，３ｂの溶接箇所を示す。図４Ａに示すように、溶接ライン８は、薄板３ａ，３ｂの間に形成された冷却流路Ｃｏ全体を囲むように設けられ、これにより冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとが隔てられる。また、溶接ライン８は、貫通孔３１１（燃料ガス供給流路ＰＡ１）および貫通孔３１６（燃料ガス排出流路ＰＡ６）のそれぞれを囲むように設けられ、これにより冷却流路Ｃｏとアノード流路Ａｎとが隔てられる。さらに、溶接ライン８は、貫通孔３１４（酸化剤ガス供給流路ＰＡ４）および貫通孔３１３（酸化剤ガス排出流路ＰＡ３）のそれぞれを囲むように設けられ、これにより冷却流路Ｃｏとカソード流路Ｃａとが隔てられる。

図４Ｂは、後側から見たシールライン７の配設例を示すセパレータ３の正面図であり、アノード流路Ａｎに面するセパレータ３（薄板３ａ）の表面を示す。図４Ｂに示すように、シールライン７は、貫通孔３１１（燃料ガス供給流路ＰＡ１）および貫通孔３１６（燃料ガス排出流路ＰＡ６）を含むアノード流路Ａｎ全体を囲むように設けられ、これによりアノード流路Ａｎと外部空間ＥＸとが隔てられる。また、シールライン７は、貫通孔３１４（酸化剤ガス供給流路ＰＡ４）および貫通孔３１３（酸化剤ガス排出流路ＰＡ３）のそれぞれを囲むように設けられ、これによりカソード流路Ｃａと外部空間ＥＸとが隔てられる。さらに、シールライン７は、貫通孔３１２（冷却媒体排出流路ＰＡ２）および貫通孔３１５（冷却媒体供給流路ＰＡ５）のそれぞれを囲むように設けられ、これにより冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとが隔てられる。

図４Ｃは、前側から見たシールライン７の配設例を示すセパレータ３の正面図であり、カソード流路Ｃａに面するセパレータ３（薄板３ｂ）の表面を示す。図４Ｃに示すように、シールライン７は、貫通孔３１４（酸化剤ガス供給流路ＰＡ４）および貫通孔３１３（酸化剤ガス排出流路ＰＡ３）を含むカソード流路Ｃａ全体を囲むように設けられ、これによりカソード流路Ｃａと外部空間ＥＸとが隔てられる。また、シールライン７は、貫通孔３１１（燃料ガス供給流路ＰＡ１）および貫通孔３１６（燃料ガス排出流路ＰＡ６）のそれぞれを囲むように設けられ、これによりアノード流路Ａｎと外部空間ＥＸとが隔てられる。さらに、シールライン７は、貫通孔３１２（冷却媒体排出流路ＰＡ２）および貫通孔３１５（冷却媒体供給流路ＰＡ５）のそれぞれを囲むように設けられ、これにより冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとが隔てられる。

シールライン７は、樹脂やゴム等のガス透過性を有する材質で構成され、電解質膜２２の透過係数とは異なる所定の透過係数でガスを透過させる。電極アッセンブリ２のフレーム２１やセパレータ３は、可撓性を有するため、延在方向（左右方向または上下方向）の中央付近において、図３に示すシールライン７と電極アッセンブリ２のフレーム２１との間に隙間（欠陥）が生じる場合がある。この場合、図３、図４Ｂ、および図４Ｃに矢印Ｃで示すように、アノード流路Ａｎと外部空間ＥＸ、カソード流路Ｃａと外部空間ＥＸ、あるいは冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとがそれぞれ連通する。

図５は、アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａと冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとの関係を説明するための概念図である。アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとは、電解質膜２２を含む電極アッセンブリ２を介して互いに隔てられる。電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥がない場合、アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとの間を、差圧および電解質膜２２の透過係数に応じてガスが透過する（点線矢印）。電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥がある場合、アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとが連通し、差圧に応じてガスが移動する（矢印Ａ）。

アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと冷却流路Ｃｏとは、溶接ライン８を含むセパレータ３を介して互いに隔てられる。セパレータ３は、金属製であり、ガス透過性を有しないため、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がない場合、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと冷却流路Ｃｏとの間をガスが移動することはない。セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がある場合、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと冷却流路Ｃｏとが連通し、差圧に応じてガスが移動する（矢印Ｂ）。

アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏは、それぞれシールライン７を介して外部空間ＥＸと隔てられる。シールライン７（周辺）に欠陥がない場合、アノード流路Ａｎと外部空間ＥＸ、カソード流路Ｃａと外部空間ＥＸ、あるいは冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとの間を、差圧およびシールライン７を構成するシール部材の透過係数に応じてガスが透過する（点線矢印）。シールライン７（周辺）に欠陥がある場合、アノード流路Ａｎと外部空間ＥＸ、カソード流路Ｃａと外部空間ＥＸ、あるいは冷却流路Ｃｏと外部空間ＥＸとが連通し、差圧に応じてガスが移動する（矢印Ｃ）。

したがって、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれについて漏れ状態を検査することで、燃料電池スタック１００や発電セル１の健全性を確認するとともに欠陥のある箇所を特定することができる。本実施形態では、燃料電池スタック１００や発電セル１の複数の流路のそれぞれからの漏れ状態を効率的に検査することができるよう、以下のように漏れ検査装置を構成する。

図６は、本発明の実施形態に係る漏れ検査装置（以下、装置）２００の要部構成の一例を概略的に示すブロック図である。図６に示すように、装置２００は、高圧の検査ガスが貯留された検査ガスタンク２１０と、検査ガスタンク２１０と燃料電池スタック１００のアノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれに連通する貫通孔１０２ａ，１０２ｄ，１０２ｅとを接続する供給ライン２２１～２２３と、供給ライン２２１～２２３を開閉する開閉弁２３０と、供給ライン２２１～２２３にそれぞれ設けられたレギュレータ２４１～２４３および流量計２５１～２５３とを備える。検査ガスタンク２１０とレギュレータ２４１～２４３とは、ガス供給部を構成する。

装置２００は、さらに、燃料電池スタック１００のアノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれに連通する貫通孔１０２ｆ，１０２ｃ，１０２ｂに接続される排出ライン２６０と、排出ライン２６０を開閉する開閉弁２７０と、排出ライン２６０に設けられた酸素濃度センサ２８０および真空ポンプ２９０とを備える。装置２００は、開閉弁２３０，２７０、流量計２５１～２５３、酸素濃度センサ２８０、および真空ポンプ２９０に電気的に接続されたコントローラ３００も備える。開閉弁２３０，２７０および真空ポンプ２９０は、コントローラ３００により制御される。流量計２５１～２５３および酸素濃度センサ２８０による測定値は、コントローラ３００に入力される。

装置２００による漏れ検査を適用する燃料電池スタック１００は、完全なセル積層体１０１を有するものとしてもよく、一部の発電セル１（例えば単一の発電セル１）のみを積層したセル積層体１０１を有するものとしてもよい。完全なセル積層体１０１を有する燃料電池スタック１００について漏れ検査を行う場合、いずれの発電セル１にも欠陥がなく、燃料電池スタック１００全体に欠陥がないことを迅速に確認することができる。一部の発電セル１のみ（例えば単一の発電セル１）について漏れ検査を行う場合、欠陥があり、交換すべき発電セル１を迅速に特定することができる。予め健全性が確認された発電セル１と検査対象の発電セル１とを組み合わせて積層したセル積層体１０１を有する燃料電池スタック１００について漏れ検査を行ってもよい。

ガス供給部が供給する検査ガスとしては、酸化剤ガスである空気よりも透過性の高いガスを用いることが好ましく、例えばヘリウム等の分子量の小さいガスを用いることができる。アノード流路Ａｎへの検査ガスの供給圧力は、レギュレータ２４１の設定圧力Ｐ１として予め設定され、大気圧Ｐ０より十分高い圧力（例えば２００［ｋＰａ］）に設定される（Ｐ０＜Ｐ１）。カソード流路Ｃａへの検査ガスの供給圧力は、レギュレータ２４２の設定圧力Ｐ２として予め設定され、アノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１より十分低く、大気圧より十分高い圧力（例えば１００［ｋＰａ］）に設定される（Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１）。冷却流路Ｃｏへの検査ガスの供給圧力は、レギュレータ２４３の設定圧力Ｐ３として予め設定され、アノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１より十分低く、カソード流路Ｃａの設定圧力Ｐ２より十分高い圧力（例えば１５０［ｋＰａ］）に設定される（Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ１）。

漏れ検査では、開閉弁２７０が閉鎖され、排出ライン２６０が閉鎖されることで、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏが封止される。また、開閉弁２３０が開放され、供給ライン２２１～２２３が開放されることで、検査ガスが連続的に供給され、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ１～Ｐ３に維持される。このような状態で、流量計２５１～２５３により各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏに供給される検査ガスの流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏを測定することで、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸに流出する検査ガスの流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏを間接的に測定することができる。

コントローラ３００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース、その他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ３００は、流量計２５１～２５３により測定された、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸに流出する検査ガスの流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏ（例えば、体積流量［ｍｍ^３／ｍｉｎ］）に基づいて、各流路からの漏れの状態を判定する。

図７は、コントローラ３００による漏れの状態の判定について説明するための図であり、検査ガス供給後に各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸに流出した検査ガスの流出量（例えば、流出体積［ｍｍ^３］）の時間変化を示す。検査ガスの流出量は、検査ガス供給開始時点から現時点までに、流量計２５１～２５３により所定周期で測定された時系列の流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏに基づいて算出することができる。

図７に示すように、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７（周辺）に欠陥がある場合は、設定圧力Ｐ１～Ｐ３の検査ガスを供給した直後から、換言すると検査ガス供給後、所定時間が経過するまでの第１期間に流出量が発生する。一方、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７（周辺）に欠陥がない場合は、第１期間には流出量が発生しない。

＜第１判定＞
第１期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏが“０”を超え、流出量が発生していると判定されると、その供給ライン２２１～２２３に対応する流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸへの漏れがあると判定することができる。また、漏れがあると判定された流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７（周辺）に欠陥があると判定することができる。

一方、第１期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏが“０”であり、流出量が発生していないと判定されると、その供給ライン２２１～２２３に対応する流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸへの漏れがないと判定することができる。また、漏れがないと判定された流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７（周辺）に欠陥がないと判定することができる。

流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏ間を隔てる電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）やセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がある場合は、相対的に低い設定圧力Ｐ２，Ｐ３で検査ガスが供給される流路Ｃａ，Ｃｏの圧力が上昇する。すなわち、アノード流路Ａｎとカソード流路Ｃａとを隔てる電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥がある場合は、カソード流路Ｃａの圧力が、カソード流路Ｃａが連通するアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇する。

また、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと冷却流路Ｃｏとを隔てるセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がある場合は、カソード流路Ｃａがアノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと連通する。この場合、先ず冷却流路Ｃｏの圧力が、冷却流路Ｃｏが連通するアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇し、次いでカソード流路Ｃａの圧力が、カソード流路Ｃａが連通する冷却流路Ｃｏの上昇した圧力Ｐ１まで上昇する。

各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７（周辺）に欠陥がない場合は、設定圧力Ｐ１～Ｐ３の検査ガスを供給した後、所定時間が経過した後、換言すると第１期間の後の第２期間に入ると流出量が発生する。すなわち、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力と大気圧Ｐ０との差圧に応じて、検査ガスがシールライン７を透過し、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸに流出する。検査ガスがシールライン７を透過するときの流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏと差圧との関係は、下式(i)で表される。
流量［ｍｍ^３／ｍｉｎ］＝差圧［Ｐａ］×透過係数［ｍｍ^２／Ｐａ・ｍｉｎ］
×透過面積［ｍｍ^２］／透過幅［ｍｍ］・・・(i)

式(i)において、シールライン７を構成するシール部材の透過係数、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７の透過面積および透過幅は、既知の定数である。したがって、式(i)と、第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏとに基づいて、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力と大気圧Ｐ０との差圧を算出し、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力を算出することができる。

＜第２判定＞
第１判定でシールライン７（周辺）に欠陥がないと判定されると、第２判定が行われる。第２判定では、第２期間に流量計２５２により測定された流量Ｖ_Ｃａに基づいてカソード流路Ｃａの圧力を算出し、カソード流路Ｃａの圧力が設定圧力Ｐ２に維持されているか否かを判定する。カソード流路Ｃａの圧力が設定圧力Ｐ２に維持されていない、すなわちアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇していると判定されると、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの漏れがあると判定することができる。この場合、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定することができる。

一方、カソード流路Ｃａの圧力が設定圧力Ｐ２に維持されていると判定されると、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの漏れがないと判定することができる。この場合、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）にもセパレータ３（溶接ライン８）にも欠陥がないと判定することができる。

＜第３判定＞
第２判定で電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定されると、第３判定が行われる。第３判定では、第２期間に流量計２５２により測定された流量Ｖ_Ｃｏに基づいて冷却流路Ｃｏの圧力を算出し、冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されているか否かを判定する。冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されていない、すなわちアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇していると判定されると、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの漏れがあると判定することができる。この場合、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定することができる。

一方、冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されていると判定されると、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの漏れがないと判定することができる。この場合、セパレータ３（溶接ライン８）には欠陥がないと判定することができる。

第２判定および第３判定では、カソード流路Ｃａや冷却流路Ｃｏの圧力の算出に代えて、流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏや、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸへの検査ガスの流出量の時間変化を比較してもよい。すなわち、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏと外部空間ＥＸとを隔てるシールライン７の透過係数および透過幅は等しく、透過面積も概ね等しいため、圧力の高い流路から順に透過による流出が開始する。また、圧力の高い流路ほど流量が大きくなる。

第２判定では、第２期間に流量計２５１，２５２により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａの時間変化に基づいて、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａからの流出が同時期に開始し、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ（図７の流出量の増加率）が同程度であるか否かを判定してもよい。アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａからの流出が同時期に開始し、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａが同程度であると判定されると、カソード流路Ｃａの圧力がアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇していると判定することができる。この場合、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの漏れがあり、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定することができる。

一方、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａからの流出が同時期に開始せず、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａが同程度でないと判定されると、カソード流路Ｃａの圧力が設定圧力Ｐ２に維持されていると判定することができる。この場合、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの漏れがなく、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）にもセパレータ３（溶接ライン８）にも欠陥がないと判定することができる。なお、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）にもセパレータ３（溶接ライン８）にも欠陥がなく、流路間の漏れがない場合は、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ１～Ｐ３に維持されている。この場合、設定圧力Ｐ１～Ｐ３（Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ２）が高いアノード流路Ａｎ、冷却流路Ｃｏ、カソード流路Ｃａの順に流出が開始し、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏもこの順に大きくなる（Ｖ_Ａｎ＞Ｖ_Ｃｏ＞Ｖ_Ｃａ）。

第３判定では、第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏに基づいて、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏからの流出が同時期に開始し、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏが同程度であるか否かを判定してもよい。各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏからの流出が同時期に開始し、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏが同程度であると判定されると、カソード流路Ｃａおよび冷却流路Ｃｏの圧力がアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで上昇していると判定することができる。この場合、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏ、冷却流路Ｃｏからカソード流路Ｃａへの漏れがあり、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定することができる。

一方、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏからの流出が同時期に開始せず、流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏが同程度でないと判定されると、冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されていると判定することができる。この場合、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの漏れがなく、セパレータ３（溶接ライン８）には欠陥がないと判定することができる。なお、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がなく、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏ、冷却流路Ｃｏからカソード流路Ｃａへの漏れがない場合は、冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されている。この場合、設定圧力Ｐ１のアノード流路Ａｎおよびアノード流路Ａｎの設定圧力Ｐ１まで圧力が上昇しているカソード流路Ｃａからの流出が開始した後、設定圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）の冷却流路Ｃｏからの流出が開始する。また、冷却流路Ｃｏから流出する流量Ｖ_Ｃｏは、アノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａから流出する流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａより小さくなる（Ｖ_Ａｎ＝Ｖ_Ｃａ＞Ｖ_Ｃｏ）。

図８は、装置２００のコントローラ３００により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、先ずステップＳ１で、検査ガスにより各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏを掃気する。この場合、開閉弁２３０，２７０を開放するように制御し、供給ライン２２１～２２３と排出ライン２６０とを開放し、真空ポンプ２９０を作動するように制御し、酸素濃度センサにより測定された排出ライン２６０の酸素濃度が規定濃度以下になるまで待機する。

ステップＳ１で酸素濃度が規定濃度以下になると、ステップＳ２に進み、開閉弁２７０を閉鎖するように制御し、排出ライン２６０を閉鎖することで各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏを封止し、真空ポンプ２９０を停止するように制御し、漏れ検査を開始する。ステップＳ２で各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏが封止されると、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏの圧力が対応するレギュレータ２４１～２４３の設定圧力Ｐ１～Ｐ３に到達する。次いでステップＳ３で、所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ３は、肯定されるまで繰り返される。

ステップＳ３で肯定されると、ステップＳ４に進み、第１期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏに基づいて、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸへの漏れがあるか否かを判定する（第１判定）。ステップＳ４で肯定されると、ステップＳ５に進み、シールライン７（周辺）に欠陥があると判定してステップＳ１１に進む。

ステップＳ４で否定されると、ステップＳ６に進み、第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏに基づいて、カソード流路Ｃａの圧力が設定圧力Ｐ２に維持されているか否かを判定する（第２判定）。ステップＳ６で肯定されると、ステップＳ７に進み、シールライン７（周辺）、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）、およびセパレータ３（溶接ライン８）のいずれにも欠陥がないと判定してステップＳ１１に進む。ステップＳ６で否定されると、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏに基づいて、冷却流路Ｃｏの圧力が設定圧力Ｐ３に維持されているか否かを判定する（第３判定）。ステップＳ８で肯定されると、ステップＳ９に進み、シールライン７（周辺）およびセパレータ３（溶接ライン８）には欠陥がなく、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥があると判定してステップＳ１１に進む。ステップＳ８で否定されると、ステップＳ１０に進み、シールライン７（周辺）および電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）には欠陥がなく、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定してステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、開閉弁２３０を閉鎖するように制御し、供給ライン２２１～２２３を閉鎖することで検査ガスの供給を停止する。また、開閉弁２７０を開放するように制御し、排出ライン２６０を開放することで各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏを大気開放し、漏れ検査を終了する。

このように、複数の流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏに異なる設定圧力Ｐ１～Ｐ３で同時に検査ガスを供給し、各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから流出する流量Ｖ_Ａｎ，Ｖ_Ｃａ，Ｖ_Ｃｏを監視することで、燃料電池スタック１００や発電セル１の漏れ状態を効率的に検査することができる。すなわち、１回の漏れ検査で各流路Ａｎ，Ｃａ，Ｃｏから外部空間ＥＸへの漏れ状態（Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７）と流路間の漏れ状態（Ｓ６～Ｓ１０）とを同時に検査できるため、燃料電池スタック１００や発電セル１全体の漏れ検査に要する時間を短縮し、検査ガスの消費量を削減することができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置２００は、シールライン７を介してそれぞれ外部空間ＥＸと隔てられるとともに、電解質膜２２を含む電極アッセンブリ２を介して互いに隔てられるアノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａと、溶接ライン８を含むセパレータ３を介してアノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと隔てられる冷却流路Ｃｏと、を有する燃料電池スタック１００または発電セル１の漏れ状態を検査する（図５）。

装置２００は、アノード流路Ａｎに設定圧力Ｐ１、カソード流路Ｃａに設定圧力Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）、冷却流路Ｃｏに設定圧力Ｐ３（Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ１）で検査ガスを供給するガス供給部（検査ガスタンク２１０、レギュレータ２４１～２４３）と、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれから流出する検査ガスの流量を測定する流量計２５１～２５３と、コントローラ３００と、を備える（図６）。

コントローラ３００は、検査ガスの供給後、所定時間が経過するまでの第１期間に流量計２５１～２５３により測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれから外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定ステップＳ４と、検査ガスの供給後、所定時間が経過した後の第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定ステップＳ６と、第２期間に流量計２５１～２５３により測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れの有無を判定する第３判定ステップＳ８と、を実行するように構成される（図８）。

第１判定ステップＳ４では、第１期間に外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、シールライン７（周辺）に欠陥があると判定する（ステップＳ５）。一方、第１期間に外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、シールライン７（周辺）に欠陥がないと判定する（ステップＳ７）。

第２判定ステップＳ６では、第２期間にアノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。一方、第２期間にアノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）およびセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がないと判定する（ステップＳ７）。

第３判定ステップＳ８では、第２期間にアノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定する（ステップＳ１０）。一方、第２期間にアノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がないと判定し、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥があると判定する（ステップＳ９）。

このように、複数の流路に同時に検査ガスを供給し、各流路から流出する流量を監視することで、燃料電池スタック１００や発電セル１等の複数の流路を有する製品の漏れ状態を効率的に検査することができる。また、複数の流路に異なる設定圧力で検査ガスを供給することで、各流路から外部空間への漏れ状態と流路間の漏れ状態とを同時に検査することができる。これにより、製品全体の漏れ検査に要する時間を短縮し、検査ガスの消費量を削減することができる。

（２）装置２００は、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれを封止する開閉弁２７０をさらに備える（図６）。流量計２５１～２５３は、ガス供給部からアノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれに供給される検査ガスの流量を測定することで、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれから流出する検査ガスの流量を測定する。これにより、簡易な構成で精度よく各流路から流出する流量を測定することができる。

上記実施形態では、燃料電池スタック１００または発電セル１の漏れ検査を行う例を説明したが、複数の流路を有する製品は、このようなものに限らず、例えば電気分解装置や電気化学反応装置、その他の製品であってもよい。

上記実施形態では、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏの３つの流路を有する燃料電池スタック１００または発電セル１の漏れ検査を行う例を説明したが、流路の数は、３本に限らず、２本や４本以上であってもよい。

以上では、本発明を漏れ検査装置として説明したが、本発明は、シールライン７を介してそれぞれ外部空間ＥＸと隔てられるとともに、電解質膜２２を含む電極アッセンブリ２を介して互いに隔てられるアノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａと、溶接ライン８を含むセパレータ３を介してアノード流路Ａｎおよびカソード流路Ｃａのそれぞれと隔てられる冷却流路Ｃｏと、を有する燃料電池スタック１００または発電セル１の漏れ状態を検査する漏れ検査方法として用いることもできる。

漏れ検査は、アノード流路Ａｎに設定圧力Ｐ１、カソード流路Ｃａに設定圧力Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）、冷却流路Ｃｏに設定圧力Ｐ３（Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ１）で検査ガスを供給するガス供給工程と、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれから流出する検査ガスの流量を測定する測定工程と、検査ガスの供給後、所定時間が経過するまでの第１期間に測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎ、カソード流路Ｃａ、および冷却流路Ｃｏのそれぞれから外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定工程（ステップＳ４）と、検査ガスの供給後、所定時間が経過した後の第２期間に測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定工程（ステップＳ６）と、第２期間に測定された流量に基づいて、アノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れの有無を判定する第３判定工程（ステップＳ８）と、を含む（図８）。

第１判定工程では、第１期間に外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、シールライン７（周辺）に欠陥があると判定する（ステップＳ５）。一方、第１期間に外部空間ＥＸへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、シールライン７（周辺）に欠陥がないと判定する（ステップＳ７）。

第２判定工程では、第２期間にアノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）またはセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。一方、第２期間にアノード流路Ａｎからカソード流路Ｃａへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）およびセパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がないと判定する（ステップＳ７）。

第３判定工程では、第２期間にアノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れがあったと判定されると、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥があると判定する（ステップＳ１０）。一方、第２期間にアノード流路Ａｎから冷却流路Ｃｏへの検査ガスの漏れがなかったと判定されると、セパレータ３（溶接ライン８）に欠陥がないと判定し、電極アッセンブリ２（電解質膜２２周辺）に欠陥があると判定する（ステップＳ９）。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１発電セル、２電極アッセンブリ、３セパレータ、３ａ，３ｂ薄板、７シールライン、８溶接ライン、２０接合体、２０ａアノード面、２０ｂカソード面、２１フレーム、２２電解質膜、２３アノード電極、２４カソード電極、１００燃料電池スタック、１０２ａ～１０２ｆ貫通孔、２００漏れ検査装置（装置）、２１０検査ガスタンク、２２１～２２３供給ライン、２３０開閉弁、２４１～２４３レギュレータ、２５１～２５３流量計、２６０排出ライン、２７０開閉弁、２８０酸素濃度センサ、２９０真空ポンプ、３００コントローラ、３１１～３１６貫通孔、Ａｎアノード流路、Ｃａカソード流路、Ｃｏ冷却流路、ＥＸ外部空間、ＰＡ１燃料ガス供給流路、ＰＡ２冷却媒体供給流路、ＰＡ３酸化剤ガス排出流路、ＰＡ４酸化剤ガス供給流路、ＰＡ５冷却媒体排出流路、ＰＡ６燃料ガス排出流路

Claims

第１中間部材を介してそれぞれ外部空間と隔てられるとともに、第２中間部材を介して互いに隔てられる第１流路と第２流路とを有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査装置であって、
前記製品は、膜電極接合体を有する電極アッセンブリとセパレータとの間に前記第１流路および前記第２流路が形成された燃料電池の発電セルまたはセル積層体であり、
前記第１中間部材は、前記電極アッセンブリと前記セパレータとの間に設けられたシール部材であり、
前記第１流路に第１圧力で検査ガスを供給するとともに、前記第２流路に前記第１圧力より低い第２圧力で前記検査ガスを供給するガス供給部と、
前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから流出する前記検査ガスの流量を測定する測定部と、
コンピュータと、を備え、
前記コンピュータは、
前記検査ガスの供給後の第１期間に前記測定部により測定された流量に基づいて、前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから前記外部空間への前記検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定ステップと、
前記第１期間の後の第２期間に前記測定部により測定された流量に基づいて各流路の圧力と大気圧との差圧を算出し、前記差圧に基づいて前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定ステップと、を実行するように構成され、
前記第１判定ステップでは、前記第１期間に前記外部空間への前記検査ガスの漏れがあったと判定されると、前記第１中間部材に欠陥があると判定する一方、前記第１期間に前記外部空間への前記検査ガスの漏れがなかったと判定されると、前記第１中間部材に欠陥がないと判定し、
前記第２判定ステップでは、前記第２期間に前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れがあったと判定されると、前記第２中間部材に欠陥があると判定する一方、前記第２期間に前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れがなかったと判定されると、前記第２中間部材に欠陥がないと判定することを特徴とする漏れ検査装置。
請求項１に記載の漏れ検査装置において、
前記第１中間部材の透過係数と前記第２中間部材の透過係数とは異なることを特徴とする漏れ検査装置。
請求項１または２に記載の漏れ検査装置において、
前記製品は、燃料電池スタックまたは発電セルであり、
前記第１流路および前記第２流路のそれぞれは、燃料ガスが流れるアノード流路、酸化剤ガスが流れるカソード流路、および冷却媒体が流れる冷却流路のいずれかであり、
前記第２中間部材は、前記アノード流路と前記カソード流路とを隔てるガス透過性部材または前記アノード流路および前記カソード流路と前記冷却流路とを隔てるガス非透過性部材であることを特徴とする漏れ検査装置。
請求項１または２に記載の漏れ検査装置において、
前記第１流路および前記第２流路のそれぞれを封止する封止部をさらに備え、
前記測定部は、前記ガス供給部から前記第１流路および前記第２流路のそれぞれに供給される前記検査ガスの流量を測定することで、前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから流出する前記検査ガスの流量を測定することを特徴とする漏れ検査装置。
第１中間部材を介してそれぞれ外部空間と隔てられるとともに、第２中間部材を介して互いに隔てられる第１流路と第２流路とを有する製品の漏れ状態を検査する漏れ検査方法であって、
前記製品は、膜電極接合体を有する電極アッセンブリとセパレータとの間に前記第１流路および前記第２流路が形成された燃料電池の発電セルまたはセル積層体であり、
前記第１中間部材は、前記電極アッセンブリと前記セパレータとの間に設けられたシール部材であり、
前記第１流路に第１圧力で検査ガスを供給するとともに、前記第２流路に前記第１圧力より低い第２圧力で前記検査ガスを供給するガス供給工程と、
前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから流出する前記検査ガスの流量を測定する測定工程と、
前記検査ガスの供給後の第１期間に測定された流量に基づいて、前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから前記外部空間への前記検査ガスの漏れの有無を判定する第１判定工程と、
前記第１期間の後の第２期間に測定された流量に基づいて各流路の圧力と大気圧との差圧を算出し、前記差圧に基づいて前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れの有無を判定する第２判定工程と、を含み、
前記第１判定工程では、前記第１期間に前記外部空間への前記検査ガスの漏れがあったと判定されると、前記第１中間部材に欠陥があると判定する一方、前記第１期間に前記外部空間への前記検査ガスの漏れがなかったと判定されると、前記第１中間部材に欠陥がないと判定し、
前記第２判定工程では、前記第２期間に前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れがあったと判定されると、前記第２中間部材に欠陥があると判定する一方、前記第２期間に前記第１流路から前記第２流路への前記検査ガスの漏れがなかったと判定されると、前記第２中間部材に欠陥がないと判定することを特徴とする漏れ検査方法。
請求項５に記載の漏れ検査方法において、
前記第１流路および前記第２流路のそれぞれを封止する封止工程をさらに含み、
前記測定工程では、前記ガス供給工程で前記第１流路および前記第２流路のそれぞれに供給される前記検査ガスの流量を測定することで、前記第１流路および前記第２流路のそれぞれから流出する前記検査ガスの流量を測定することを特徴とする漏れ検査方法。