JPH08138713A - 燃料電池のガス漏洩試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池のガス漏洩試験の簡素化を図る共
に、安全で、寿命が長く信頼性の高い燃料電池を得るこ
とができるガス漏洩試験装置を提供する。 【構成】 電解質層６とその両面に配置される燃料極１
と酸化剤極２とから単位セル３が構成され、単位セル３
をセパレータ７を介して冷却板４上に複数枚積層して電
池ブロック５が構成される。電池ブロック５の上端及び
下端には上部締付板８及び下部締付板１０が配置され
る。電池ブロック５の側面は試験用マニホールド９ａで
被覆される。締付板押圧用プレス機１１により上部締付
板８が電池ブロック５に押さえ付けられ、試験用マニホ
ールド押圧用プレス機１３により試験用マニホールド９
ａが電池ブロック５の側面に装着される。試験用マニホ
ールド９ａ内への窒素ガス１５の供給手段はボンベ１８
に注入管２２を介してバルブ１９が接続され、注入管２
２の途中に圧力計２０と流量計２１が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を構成する燃
料電池スタックの密封性を評価するガス漏洩試験装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、化学エネルギーを有する燃料
を、電気化学プロセスで酸化させることにより、酸化反
応に伴って放出されるエネルギーを直接電気エネルギー
に変換する装置として、燃料電池が知られている。燃料
電池は、発電用の単位セルを積層した電池本体と、この
電池本体に酸化剤および燃料を供給・排気するマニホー
ルドとを備えており、両者間をシールして構成されてい
る。

【０００３】また、電池本体を構成する単位セルは、電
極基体の一方の面に触媒を担持させると共に他方の面に
反応ガス流通路を形成してなる一対のガス拡散電極を、
その触媒面を対向させて配置し、この触媒面間にリン酸
などの電解質を保持するマトリックスを挟んで形成す
る。このような単位セルにおいては、一方のガス拡散電
極を燃料極としてその背面に水素などの燃料ガスを接触
させ、他方のガス拡散電極を酸化剤極としてその背面に
酸素などの酸化剤ガスを接触させて、このときに起こる
電気化学反応により発生する電気エネルギーを、電極間
から取り出すことができる。

【０００４】以上のような燃料電池は、ＳＯ_X 、ＮＯ_X
の排出がほとんどなく、また騒音も極めて小さいなど、
環境保全性に優れている。さらに燃料電池は、負荷変動
に対して応答性が良い、原理的に非常に高い変換効率が
期待できるため小容量でも大容量火力発電に匹敵する高
い発電効率が得られる、発電と同時に熱も利用するコジ
ェネシステムに適している、等の利点がある。一方近
年、電力需要は大都市に集中化し、また用地確保が困難
であることから大規模な発電所は遠隔地へ設置される傾
向にある。このような状況にあって、環境性に優れ、か
つ高効率の燃料電池は、需要地に近接して設置できる地
域分散型電源として、多大な期待と関心が寄せられてい
る。

【０００５】以下に一般的な燃料電池の構成を図面によ
り具体的に説明する。図２は、一般的な燃料電池の電池
ブロックの斜視図であり、図３は、一般的な燃料電池本
体の斜視図である。図２に示すように、電解質層６とそ
の両面に配置される燃料極１と酸化剤極２とから単位セ
ル３が構成され、この単位セル３を冷却板４上に複数枚
積層して電池ブロック５が構成されている。また、各単
位セル３の間には、酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を区
分するセパレータ７が介装されている。一方、図３に示
すように、電池ブロック５が複数個積層されて燃料電池
スタック１４が形成され、この燃料電池スタック１４の
上端および下端には、それぞれ上部締付板８または下部
締付板１０が配置され、燃料電池スタック１４が上下方
向に締めつけられている。また、燃料電池スタック１４
の４側面は反応ガスの供給排出用のマニホールド９によ
り被覆されている。

【０００６】上記のような燃料電池においては、電池内
外におけるガス状反応物の漏洩や不注意による混合を防
止することが非常に重要である。すなわち、図２に示す
燃料極１と酸化剤極２の間、隣り合う単位セル３と単位
セル３の間、単位セル３と冷却板４の間、あるいは、図
３に示す燃料電池スタック１４とマニホールド９間にお
いてガス状反応物の漏洩や混合が生じると、電極の腐食
を進行させるため単位セルの寿命の短縮化が促進され、
これに伴い大災害を起こす危険性が高くなる。したがっ
て、燃料電池においては燃料電池スタック１４内の反応
ガスの密封性を維持することが不可欠であり、そのため
フィールドテストや運転を行う前に燃料電池スタック１
４の密封性の評価を目的としたガス漏洩試験を実施して
いる。

【０００７】従来、この反応ガスの密封性を評価するた
めのガス漏洩試験は、図３に示すように燃料電池スタッ
ク１４にマニホールド９を装備した状態で行われてい
た。すなわち燃料電池スタック１４に、一定量以上のガ
ス漏洩がある場合は、上部締付板８を増締めし、燃料電
池スタック１４をさらに強く押さえ付けることにより漏
洩を減少させていた。上部締付板８を増締めしてもなお
一定量以上のガス漏洩がある場合には、ガス漏洩箇所を
調査し、その漏洩箇所を補修することによって漏洩を減
少させていた。さらに、漏洩箇所を補修しても一定量以
上のガス漏洩が認められる場合は、マニホールド９を取
り外し、燃料電池スタック１４を分解して燃料極１、酸
化剤極２、冷却板４およびセパレータ７の中で不適性と
思われるものをを新品のものに交換していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来の燃料電池の漏洩試験方法では、漏洩試験
によって漏洩が発見されたため、不適性と判断された燃
料電池スタック１４については、上部締付板８を増締め
たり、ガス漏洩が多い不適性電極を適性電極と交換する
ために燃料電池スタック１４を分解し、不適性電極を排
除した後、再度、適性電極や冷却板４を積層しなければ
ならなかった。すなわち、燃料電池スタック１４の分解
及び再形成という煩雑な作業工程を経なければならなか
った。

【０００９】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、燃
料電池のガス漏洩試験の簡素化を図ることができ、その
結果として、安全で長寿命かつ信頼性の高い燃料電池を
得ることができるガス漏洩試験装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、請求項１記載の燃料電池のガス漏洩試験装
置は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質
体からなるガス拡散電極が配置されて単位セルが構成さ
れ、前記単位セルが冷却板の間に複数個積層されて電池
ブロックが構成され、この電池ブロックが単数または複
数個積層されて燃料電池スタックが構成され、この燃料
電池スタックとその上端及び下端に配設された上部締付
板及び下部締付板とから構成された電池本体と、この電
池本体の側面に設けられて前記電池本体に燃料および酸
化剤を供給・排気するためのマニホールドとを備えた燃
料電池のガス漏洩試験装置において、前記電池ブロック
の側面に配置されて電池ブロック内に試験用ガスを供給
・排気する試験用マニホールドと、前記試験用マニホー
ルド内に試験用ガスを充填するガス供給手段と、前記上
部締付板に上方から所定の圧力を加えて電池ブロックを
押さえ付ける締付板押圧手段と、前記試験用マニホール
ドに所定の圧力を加えて電池ブロックに装着させる試験
用マニホールド押圧手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は次の
通りである。すなわち請求項１記載の発明によれば、電
池ブロック５の上端に配設された上部締付板８に締付板
押圧手段により所定の圧力を加えることにより、燃料極
１と酸化剤極２の間、隣り合う単位セル３と単位セル３
の間、単位セル３と冷却板４の間の密封度を増加さるよ
う電池ブロック５を押さえつける。一方、電池ブロック
５の側面に試験用マニホールドを装着させ、試験用マニ
ホールド押圧手段により、圧力を加えることにより電池
ブロックと試験用マニホールドを密着させる。このよう
に電池ブロック５を密封させた状態で試験用マニホール
ド内に試験用ガスを充填し、ガスの漏洩量から電池ブロ
ックの密封性を評価する。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明による燃料電池のガス漏洩試
験装置の実施例を図面を参照して具体的に説明する。

【００１３】（１）第１実施例 図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池のガス漏洩
試験装置の全体構成を示す断面図である。また図４は、
第１実施例における締付板押圧手段を示す断面図であ
り、図５は、第１実施例における試験用マニホールド押
圧手段を示す断面図である。本実施例の試験装置は、試
験用マニホールド９ａと試験用マニホールド９ａ内に試
験用ガスを充填するガス供給手段、締付板押圧手段であ
る締付板押圧用プレス機１１及び試験用マニホールド押
圧手段である試験用マニホールド押圧用プレス機１３を
備えている。このうち試験用マニホールド９ａ内に試験
用の窒素ガス１５を充填するガス供給手段においては、
図１に示すように、ガスを充填したボンベ１８に注入管
２２を介してバルブ１９が接続され、注入管２２の途中
には、圧力計２０及び流量計２１が配置されている。

【００１４】一方、被験単位である個々の電池ブロック
５の構成は、従来技術における電池ブロック構成と同様
である。すなわち図２に示すように、電解質層６とその
両面に配置される燃料極１と酸化剤極２とから単位セル
３が構成され、この単位セル３を冷却板４上に複数枚積
層して電池ブロック５が構成されている。また、各単位
セル３の間には、酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を区分
するセパレータ７が介装されている。

【００１５】本実施例が従来技術と異なる点は、このよ
うに構成された電池ブロック５により燃料電池スタック
を形成せずに漏洩試験を行う点にある。そのため、電池
ブロック５をそのままの状態で下部締付板１０上に置
き、電池ブロック５の上には上部締付板８を配置する。
一方、電池ブロック５の４側面は試験用マニホールド９
ａにより完全に被覆する。ここで、図２に示す燃料極１
と酸化剤極２の間、隣り合う単位セル３と単位セル３の
間、単位セル３と冷却板４の間、あるいは、図３に示す
電池スタック１４と試験用マニホールド９ａ間を密封度
を増加させるために、図４に示すように、締付板押圧用
プレス機１１により上部締付板８の上から所定の圧力を
加えて電池ブロック５を押さえ付ける。同様にして、図
５に示すように試験用マニホールド９ａに試験用マニホ
ールド押圧用プレス機１３により所定の圧力を加えて電
池ブロック５の側面に装着させる。

【００１６】上記のような構成を有する本実施例の作用
・効果は次の通りである。ボンベ１８を駆動させ、バル
ブ１８により圧力と流量が調節された窒素ガス１５を注
入管２２を通して試験用マニホールド９ａに充填する。
一定時間放置し、注入直後と一定時間放置後の窒素ガス
１５の圧力差および流量差から、燃料極１と酸化剤極２
の間、隣り合う単位セル３と単位セル３の間、単位セル
３と冷却板４の間、電池ブロック５と試験用マニホール
ド９ａ間の窒素ガス１５の漏洩量を測定し、密封性を評
価する。

【００１７】このように本実施例によれば電池スタック
に積層する前の電池ブロックの段階で試験を行うため、
作業が簡素化されたガス漏洩試験を行うことができる。
また、上部締付板及び試験用マニホールドを電池ブロッ
ク５に密封させる手段として、空圧のプレス機を用いた
ことによって、簡単な操作で安定的な圧力により上部締
付板及び試験用マニホールドを電池ブロック５に密着さ
せることができ、より信頼性の高い燃料電池を提供する
行うことができる。

【００１８】（２）その他の実施例 本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、各
手段や試験用ガスの種類等具体的な構成は適宜変更可能
である。

【００１９】図６に示すように、締付板押圧用バネ１
７ａにより上部締付板８に上から所定の圧力を加えて電
池ブロック５を押さえ付けてもよい。このようにばね等
の弾性部材を用いたことによって、低価格で取り付け作
業が簡単な装置により上部締付板を上から押さえことが
できるため、経済的かつ容易に燃料電池のガス洩試験を
行うことができる。

【００２０】図７に示すように、所定の重量を有する
上部締付板８ａにより電池ブロック５を押さえ付けても
よい。このように上部締付板の自重を重くすることによ
り、特別な装置を必要としないで安定的な圧力を加える
ことができるため信頼性の高い燃料電池のガス洩試験を
行うことができる。

【００２１】図８に示すように、上部締付板の上に所
定の重量を有する重り１２を載せて電池ブロック５を押
さえ付けてもよい。このように上部締付板８の上に所定
の重量を有する重りを載せたことによって、容易に圧力
の調整を行いながら燃料電池のガス洩試験を行うことが
できる。

【００２２】試験用マニホールド押圧手段として、図
９に示すように試験用マニホールド押圧用バネ１７ｂに
より、試験用マニホールド９ａに側面から所定の圧力を
加えて電池ブロック５に装着させてもよい。このように
試験用マニホールド押圧手段として、ばね等の弾性部材
を用いたことによって、安価で取り付け作業が簡単な装
置により、試験用マニホールドを電池ブロック側面に装
着させることができ、より信頼性の高い燃料電池ガス洩
試験を行うことができる。

【００２３】漏洩試験に使用する試験ガスは、窒素ガ
ス以外にも不活性ガスあるいはその他のガスを用いても
よい。また、漏洩を測定する方法として、前記実施例に
採用した加圧放置法以外にも加圧動的法、真空放置法、
真空動的法、ヘリウムリークディテクタなどの漏洩測定
法を適用することができる。

【００２４】図１０に示すように、下部締付板１０上
に積層する電池ブロック５を複数個にすることによっ
て、一度に複数個の電池ブロックの密封性を確認でき、
効率良く燃料電池のガス漏洩試験を行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば、燃料電池ス
タックの分解及び再形成という煩雑な作業を省いた簡単
な作業によりガス漏洩試験を行い、予め健全性の高い電
池ブロックだけを選別積層して電池燃料電池スタックと
することにより、燃料電池のガス漏洩試験の簡素化を図
ることができ、その結果、ガス状反応物の漏洩や混合に
起因する電極の腐食を防止し、長寿命の信頼性の高い燃
料電池を得ることができるガス漏洩試験装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる燃料電池ガスの漏
洩試験装置の全体構成を示す断面図。

【図２】一般的な燃料電池の電池ブロックの斜視図。

【図３】一般的な燃料電池本体の斜視図。

【図４】本発明の第１実施例における締付板押圧手段を
示す断面図。

【図５】本発明の第１実施例における試験用マニホール
ド押圧手段を示す断面図。

【図６】本発明のその他の実施例に記載のバネを用いた
締付板押圧手段を示す断面図。

【図７】本発明のその他の実施例に記載の上部締付板の
自重を用いた締付板押圧手段を示す断面図。

【図８】本発明のその他の実施例に記載の重りを用いた
締付板押圧手段を示す断面図。

【図９】本発明のその他の実施例に記載のバネを用いた
マニホールド押圧手段を示す断面図。

【図１０】本発明のその他の実施例に記載の複数の電池
ブロックを積載した状態を示す断面図。

【符号の説明】

１…燃料極 ２…酸化剤極 ３…単位セル ４…冷却板 ５…電池ブロック ６…電解質層 ７…セパレータ ８…上部締付板 ８ａ…上部締付板 ９…マニホールド ９ａ…試験用マニホールド １０…下部締付板 １１…締付板押圧用プレス機 １２…重り １３…試験用マニホールド押圧用プレス機 １４…燃料電池スタック １５…窒素ガス １７ａ…締付板押圧用バネ １７ｂ…試験用マニホールド押圧用バネ １８…ボンベ １９…バルブ ２０…圧力計 ２１…流量計 ２２…注入管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対
   の多孔質体からなるガス拡散電極が配置されて単位セル
   が構成され、前記単位セルが冷却板の間に複数個積層さ
   れて電池ブロックが構成され、この電池ブロックが単数
   または複数個積層されて燃料電池スタックが構成され、
   この燃料電池スタックとその上端及び下端に配設された
   上部締付板及び下部締付板とから構成された電池本体
   と、この電池本体の側面に設けられて前記電池本体に燃
   料および酸化剤を供給・排気するためのマニホールドと
   を備えた燃料電池のガス漏洩試験装置において、 前記電池ブロックの側面に配置されて電池ブロック内に
   試験用ガスを供給・排気する試験用マニホールドと、 前記試験用マニホールド内に試験用ガスを充填するガス
   供給手段と、 前記上部締付板に上方から所定の圧力を加えて電池ブロ
   ックを押さえ付ける締付板押圧手段と、 前記試験用マニホールドに所定の圧力を加えて電池ブロ
   ックに装着させる試験用マニホールド押圧手段とを備え
   た燃料電池のガス漏洩試験装置。