特許 7595048 リーク検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】リーク検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0438 20160101AFI20241128BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/04664 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241128BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0438

H01M8/04 H

H01M8/04664

H01M8/04746

H01M8/04858

H01M8/10 101

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022137846

(22)【出願日】2022-08-31

(65)【公開番号】P2024033922

(43)【公開日】2024-03-13

【審査請求日】2023-03-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【復代理人】

【識別番号】100120363

【弁理士】

【氏名又は名称】久保田 智樹

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】長▲崎▼ 仁志

(72)【発明者】

【氏名】麦島 丈弘

(72)【発明者】

【氏名】堀合 洸大朗

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１９０７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０９６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１７６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０４５４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２０５７６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４ － ８／０６６８

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜と、前記電解質膜を挟持するアノード電極およびカソード電極とを含む燃料電池における前記電解質膜からのリークを検査するリーク検査方法であって、
前記燃料電池の燃料ガス流入口と前記燃料電池の燃料ガス流出口との間に形成された前記燃料電池の内部の燃料ガス流路に所定圧の燃料ガスを封止し、または、前記燃料電池の酸化剤ガス流入口と前記燃料電池の酸化剤ガス流出口との間に形成された前記燃料電池の内部の酸化剤ガス流路に前記所定圧の酸化剤ガスを封止するガス封止工程と、
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスが封止された場合には前記所定圧以上の圧力の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路に供給し続け、前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスが封止された場合には前記所定圧以上の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガス流路に供給し続けるガス供給工程と、
前記電解質膜を経由することなく前記アノード電極と前記カソード電極とを接続する配線に設けられるスイッチがオフの状態において、前記ガス封止工程で封止されたガスの単位時間あたりの圧力変化量を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記圧力変化量に基づいて、前記電解質膜からのリークの有無を判定する判定工程と、
を含み、
前記電解質膜に形成されたインターコネクタ部によって、前記アノード電極の一部であるアノード電極部と、前記カソード電極の一部であるカソード電極部とが接続されており、
前記判定工程では、制御装置が、前記測定工程で測定された前記圧力変化量を予め設定された基準圧力変化量と比較し、前記圧力変化量と前記基準圧力変化量との差が所定の閾値を超えない場合、前記電解質膜からのリークがないと前記制御装置が判定し、前記圧力変化量と前記基準圧力変化量との差が前記閾値を超える場合、前記電解質膜からのリークがあると前記制御装置が判定し、
前記基準圧力変化量は、前記電解質膜からのリークがない場合に、前記ガス封止工程で封止されたガスの圧力が発電により単位時間あたりに降下する量を示す、リーク検査方法。

【請求項2】

請求項１に記載のリーク検査方法であって、
前記燃料電池に印加される電圧値が所定の電圧閾値未満になった場合、前記ガス封止工程で封止されたガスの封止を解除する解除工程をさらに含む、リーク検査方法。

【請求項3】

請求項２に記載のリーク検査方法であって、
前記解除工程は、前記ガス供給工程で供給されるガスの供給を停止した後、前記ガス封止工程で封止されたガスの封止を解除する、リーク検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池のリーク検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。また、環境に与える負荷を軽減するため、内燃機関を有する自動車等の移動体の排気ガス規制が一段と進んでいる。そのため、移動体において、内燃機関に代替して燃料電池を搭載することが試みられている。燃料電池が搭載された移動体では、ＣＯ₂、ＳＯ_XおよびＮＯ_X等が排出されないため、環境に与える負荷が軽減される。

【0003】

燃料電池は、電解質膜を含む。燃料電池では、電解質膜が破損してピンホール等が生じると、燃料電池の発電性能が低下する。そのため、電解質膜からのリーク（クロスリーク）を検査するリーク検査方法が実施される。

【0004】

例えば、特許文献１に開示される検査方法では、燃料ガスが供給される燃料ガス流路に高圧ガスが封止され、酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス流路が大気に解放される。この状態において、高圧ガスのガス圧が計測され、計測結果に基づいて電解質膜からのリーク（クロスリーク）が判定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－１３３９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、宇宙空間では大気が存在しないため、特許文献１の検査方法を使用すると、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差が過大になる。そのため、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差によって電解質膜が破損することが懸念される。これに加えて、宇宙空間への運搬には制限があるため、燃料電池の発電に用いられるガス以外のガスを用いるこくとなくリーク検査を実施したいという要請がある。したがって、限られた資源を用いて電解質膜からのリークの検査を実施することが課題として挙がった。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様は、電解質膜と、前記電解質膜を挟持するアノード電極およびカソード電極とを含む燃料電池における前記電解質膜からのリークを検査するリーク検査方法であって、前記アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路に所定圧の前記燃料ガスを封止し、または、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路に前記所定圧の前記酸化剤ガスを封止するガス封止工程と、前記燃料ガス流路に前記燃料ガスが封止された場合には前記所定圧以上または前記所定圧以下の圧力の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路に供給し続け、前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスが封止された場合には前記所定圧以上または前記所定圧以下の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガス流路に供給し続けるガス供給工程と、前記電解質膜を経由することなく前記アノード電極と前記カソード電極とを接続する配線に設けられるスイッチがオフの状態において、前記ガス封止工程で封止されたガスの単位時間あたりの圧力変化量を測定する測定工程と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明の態様によれば、燃料電池の発電に必須のガスのみを用いて、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差による電解質膜の破損を抑制することができる。また、アノード電極とカソード電極とが非接続の状態では燃料電池の発電が抑制される。そのため、本発明の態様では、燃料電池の発電に必須のガスを用いても、燃料電池の発電による圧力変化を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差が小さくても、電解質膜からのリークによる圧力変化を捕捉することができる。その結果、限られた資源を用いて電解質膜からのリークの検査を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、燃料電池システムを示す概略図である。

【図2】図２は、単位セルを示す断面図である。

【図3】図３は、リーク検査方法の手順を示すフローチャートである。

【図4】図４は、リーク検査方法における電圧の監視に関する工程の手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、平面配列型の単位セルを示す断面図である。

【図6】図６は、圧力変化量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〈第１実施形態〉
図１は、燃料電池システム１０を示す概略図である。燃料電池システム１０は、宇宙空間を飛行可能な移動体に搭載される。燃料電池システム１０は、燃料ガス供給装置１２と、酸化剤ガス供給装置１４と、燃料電池１６と、制御装置１８とを備える。

【0012】

燃料ガス供給装置１２は、高圧の燃料ガスを供給可能な装置である。燃料ガスは、水素を含有するガスである。燃料ガス供給装置１２は、電気化学式水素ポンプおよび燃料ガスタンクを含んでもよい。電気化学式水素ポンプは、水素の酸化還元反応により水素を圧縮し、高圧の燃料ガスを生成する。燃料ガスタンクは、電気化学式水素ポンプにより生成された高圧の燃料ガスを貯留する。

【0013】

酸化剤ガス供給装置１４は、高圧の酸化剤ガスを供給可能な装置である。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスである。酸化剤ガスは、空気であってもよい。酸化剤ガス供給装置１４は、水電解装置および酸化剤ガスタンクを含んでもよい。水電解装置は、水の電気分解により酸素を圧縮し、高圧の酸化剤ガスを生成する。酸化剤ガスタンクは、高圧の酸化剤ガスを貯留する。

【0014】

なお、燃料ガス供給装置１２が電気化学式水素ポンプを含み、酸化剤ガス供給装置１４が水電解装置を含む場合、電気化学式水素ポンプは、水電解装置による水の電気分解により生成される水素を圧縮してもよい。この場合、水素の利用効率を向上させることができる。

【0015】

燃料電池１６は、燃料ガス流入口１６＿Ｆ１と、燃料ガス流出口１６＿Ｆ２と、酸化剤ガス流入口１６＿Ｏ１と、酸化剤ガス流出口１６＿Ｏ２とを含む。

【0016】

燃料ガス流入口１６＿Ｆ１は、燃料ガス供給管路２０の第１端部に接続される。燃料ガス供給管路２０の第２端部は、燃料ガス供給装置１２に接続される。燃料ガス供給管路２０に設けられる第１開閉弁２２が閉弁している場合、燃料ガス供給装置１２から高圧の燃料ガスが燃料電池１６に供給されない。一方、第１開閉弁２２が開弁している場合、燃料ガス供給装置１２から高圧の燃料ガスが燃料電池１６に供給される。この場合、燃料ガスは、燃料ガス流入口１６＿Ｆ１から燃料電池１６の内部に流入する。第１開閉弁２２の開閉は、制御装置１８により制御される。

【0017】

燃料ガス流出口１６＿Ｆ２は、燃料ガス排出管路２４の第１端部に接続される。燃料ガス排出管路２４の第２端部は、外部空間に配置されてもよい。燃料ガス排出管路２４の第２端部は、燃料ガス供給管路２０の所定部位に接続されてもよい。この場合、燃料ガスをパージさせずに循環させることができるので、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。燃料ガス排出管路２４に設けられる第２開閉弁２６が閉弁している場合、燃料電池１６の内部での燃料ガスの流れが抑制される。一方、第２開閉弁２６が開弁している場合、燃料電池１６の内部での燃料ガスの流れが抑制されずに、燃料ガス流出口１６＿Ｆ２から燃料ガスを含むオフガスが排出され、燃料ガス排出管路２４を流れる。第２開閉弁２６の開閉は、制御装置１８により制御される。

【0018】

酸化剤ガス流入口１６＿Ｏ１は、酸化剤ガス供給管路２８の第１端部に接続される。酸化剤ガス供給管路２８の第２端部は、酸化剤ガス供給装置１４に接続される。酸化剤ガス供給管路２８に設けられる第３開閉弁３０が閉弁している場合、酸化剤ガス供給装置１４から高圧の酸化剤ガスが燃料電池１６に供給されない。一方、第３開閉弁３０が開弁している場合、酸化剤ガス供給装置１４から高圧の酸化剤ガスが燃料電池１６に供給される。この場合、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流入口１６＿Ｏ１から燃料電池１６の内部に流入する。第３開閉弁３０の開閉は、制御装置１８により制御される。

【0019】

酸化剤ガス流出口１６＿Ｏ２は、酸化剤ガス排出管路３２の第１端部に接続される。酸化剤ガス排出管路３２の第２端部は、外部空間に配置されてもよい。酸化剤ガス排出管路３２の第２端部は、酸化剤ガス供給管路２８の所定部位に接続されてもよい。この場合、酸化剤ガスをパージさせずに循環させることができるので、酸化剤ガスの利用効率を向上させることができる。酸化剤ガス排出管路３２に設けられる第４開閉弁３４が閉弁している場合、燃料電池１６の内部での酸化剤ガスの流れが抑制される。一方、第４開閉弁３４が開弁している場合、燃料電池１６の内部での酸化剤ガスの流れが抑制されずに、酸化剤ガス流出口１６＿Ｏ２から酸化剤ガスを含むオフガスが排出され、酸化剤ガス排出管路３２を流れる。第４開閉弁３４の開閉は、制御装置１８により制御される。

【0020】

燃料電池１６は、燃料ガス流路３６と、酸化剤ガス流路３８と、１以上の単位セル４０とをさらに含む。図１では、燃料電池１６に含まれる単位セル４０が複数である場合の例が示されている。

【0021】

燃料ガス流路３６は、燃料電池１６の内部に形成される。燃料ガス流路３６の第１端部は、燃料ガス流入口１６＿Ｆ１に接続される。燃料ガス流路３６の第２端部は、燃料ガス流出口１６＿Ｆ２に接続される。燃料ガス流路３６は、単位セル４０を経由する。単位セル４０が複数である場合、燃料ガス流路３６は、燃料電池１６の内部で分岐し、互いに交わることなく各単位セル４０を経由した後に合流する。

【0022】

酸化剤ガス流路３８は、燃料ガス流路３６と交わることなく、燃料電池１６の内部に形成される。酸化剤ガス流路３８の第１端部は、酸化剤ガス流入口１６＿Ｏ１に接続される。酸化剤ガス流路３８の第２端部は、酸化剤ガス流出口１６＿Ｏ２に接続される。酸化剤ガス流路３８は、単位セル４０を経由する。単位セル４０が複数である場合、酸化剤ガス流路３８は、燃料電池１６の内部で分岐し、互いに交わることなく各単位セル４０を経由した後に合流する。

【0023】

単位セル４０は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する。図２は、単位セル４０を示す断面図である。単位セル４０は、膜電極接合体４２と、一対のセパレータ４４とを有する。燃料電池１６に含まれる単位セル４０が複数である場合、複数の単位セル４０は積層される。この場合、複数の単位セル４０は、電気的に直列に接続される。膜電極接合体４２は、電解質膜４６と、アノード電極４８と、カソード電極５０とを有する。

【0024】

電解質膜４６は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜等の固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。電解質膜４６は、フッ素系電解質膜であってもよいし、ＨＣ（炭化水素）系電解質膜であってもよい。電解質膜４６は、アノード電極４８とカソード電極５０とに挟持される。

【0025】

アノード電極４８は、電解質膜４６の一方の面に向く。電解質膜４６に向くアノード電極４８の第１面とは反対側のアノード電極４８の第２面は、セパレータ４４に向く。アノード電極４８とセパレータ４４との間に燃料ガス流路３６の一部が形成される。アノード電極４８とセパレータ４４との間に形成される燃料ガス流路３６は、アノード電極４８の第２面に沿って延びている。アノード電極４８の第２面を通る燃料ガスの一部は、アノード電極４８で水素イオンと電子とに分解される。アノード電極４８は、アノード触媒層およびアノード拡散層を含んでもよい。アノード触媒層は、燃料ガス中の水素の酸化反応に対する触媒を含む層である。アノード拡散層は、燃料ガス流路３６を流れる燃料ガスを拡散させてアノード触媒層に供給するための層である。

【0026】

カソード電極５０は、電解質膜４６の他方の面に向く。電解質膜４６に向くカソード電極５０の第１面とは反対側のカソード電極５０の第２面は、アノード電極４８の第２面が向くセパレータ４４とは別のセパレータ４４に向く。カソード電極５０とセパレータ４４との間に酸化剤ガス流路３８の一部が形成される。カソード電極５０とセパレータ４４との間に形成される酸化剤ガス流路３８は、カソード電極５０の第２面に沿って延びている。カソード電極５０の第２面を通る酸化剤ガスの一部は、電解質膜４６を透過した水素イオンとカソード電極５０において反応して水が生成される。カソード電極５０は、カソード触媒層およびカソード拡散層を含んでもよい。カソード触媒層は、酸素の還元反応に対する触媒を含む層である。カソード拡散層は、酸化剤ガス流路３８を流れる酸化剤ガスを拡散させてカソード触媒層に供給するための層である。

【0027】

アノード電極４８とカソード電極５０とは、配線５２により接続される。配線５２は、電解質膜４６を経由することなくアノード電極４８とカソード電極５０とを電気的に接続する。配線５２に設けられるスイッチ５４がオンの場合、アノード電極４８で分解される電子がカソード電極５０に導かれる。配線５２に設けられるスイッチ５４がオフの場合、アノード電極４８で分解される電子がカソード電極５０に導かれない。

【0028】

制御装置１８は、プロセッサおよび記憶媒体を有する。記憶媒体は、揮発性メモリおよび不揮発性メモリによって構成され得る。揮発性メモリとして、ＲＡＭ等が挙げられ得る。不揮発性メモリとして、例えばＲＯＭ、フラッシュメモリ等が挙げられ得る。

【0029】

制御装置１８は、燃料ガス供給装置１２を制御する。この場合、制御装置１８は、燃料電池１６への燃料ガスの供給を開始し、開始した燃料ガスの供給を停止し得る。制御装置１８は、酸化剤ガス供給装置１４を制御する。この場合、制御装置１８は、燃料電池１６への酸化剤ガスの供給を開始し、開始した酸化剤ガスの供給を停止し得る。制御装置１８は、第１開閉弁２２、第２開閉弁２６、第３開閉弁３０および第４開閉弁３４を制御する。この場合、制御装置１８は、第１開閉弁２２、第２開閉弁２６、第３開閉弁３０および第４開閉弁３４の少なくとも１つを開閉し得る。制御装置１８は、スイッチ５４をオンにしてアノード電極４８とカソード電極５０とを電気的に接続し、スイッチ５４をオフにしてアノード電極４８とカソード電極５０との接続を電気的に切断し得る。

【0030】

次に、単位セル４０における電解質膜４６からのリーク（クロスリーク）を検査するリーク検査方法に関して説明する。図３は、リーク検査方法の手順を示すフローチャートである。

【0031】

リーク検査方法は、ガス封止工程Ｐ１と、ガス供給工程Ｐ２と、測定工程Ｐ３と、判定工程Ｐ４とを含む。

【0032】

ガス封止工程Ｐ１は、燃料ガス流路３６に燃料ガスを封止する工程である。ガス封止工程Ｐ１では、制御装置１８は、第１開閉弁２２を開弁し、第２開閉弁２６を閉弁する。その後、制御装置１８は、燃料ガス供給装置１２を制御して、燃料電池１６への燃料ガスの供給を開始する。燃料ガス流路３６における燃料ガスの圧力が所定圧力になると、制御装置１８は、第１開閉弁２２を閉弁する。燃料ガス流路３６における燃料ガスの圧力は、圧力センサを用いて測定される。

【0033】

圧力センサは、燃料ガス流路３６に設けられる。燃料電池１６に含まれる単位セル４０が複数である場合、燃料ガス流路３６への圧力センサの数および配置は適宜選択され得る。例えば、分岐部分ＢＰ（図１）よりも上流の燃料ガス流路３６に、１つの圧力センサが設けられてもよい。或いは、合流部分ＣＰ（図１）よりも下流の燃料ガス流路３６に、１つの圧力センサが設けられてもよい。或いは、各単位セル４０のアノード電極４８とセパレータ４４との間に形成される燃料ガス流路３６に、１つずつ圧力センサが設けられてもよい。なお、圧力センサの設置箇所は燃料ガス流路３６に限定されない。例えば、圧力センサの設置箇所は、第１開閉弁２２よりも下流の燃料ガス供給管路２０であってもよいし、第２開閉弁２６よりも上流の燃料ガス排出管路２４であってもよい。

【0034】

ガス供給工程Ｐ２は、酸化剤ガス流路３８に酸化剤ガスを供給し続ける工程である。ガス供給工程Ｐ２では、制御装置１８は、第３開閉弁３０および第４開閉弁３４を開弁する。その後、制御装置１８は、酸化剤ガス供給装置１４を制御して、燃料電池１６への酸化剤ガスの供給を開始する。本実施形態では、燃料ガス流路３６に封止される燃料ガスの圧力よりも大きい圧力の酸化剤ガスが供給される。例えば、３０ｋＰａの圧力で燃料ガスが燃料ガス流路３６に封止され、４０ｋＰａの圧力の酸化剤ガスが酸化剤ガス流路３８に供給し続けられる。

【0035】

測定工程Ｐ３は、ガス封止工程Ｐ１で封止されたガスの単位時間あたりの圧力変化量を測定する工程である。測定工程Ｐ３では、制御装置１８は、まず、配線５２に設けられるスイッチ５４をオフにする。制御装置１８は、ガス封止工程Ｐ１またはガス供給工程Ｐ２の前にスイッチ５４をオフにしてもよい。スイッチ５４がオフの状態では、単位セル４０の発電が抑制される。したがって、単位セル４０の発電による、燃料ガス流路３６に封止された燃料ガスの圧力の降下が抑止される。制御装置１８は、スイッチ５４をオフにすると、上述した圧力センサにより検出される圧力を記憶媒体に記憶する。また、制御装置１８は、記憶媒体に記憶される圧力に基づいて、例えばスイッチ５４がオフにされてから所定時間を経過したときの圧力変化量を取得する。

【0036】

電解質膜４６が破損してピンホール等が電解質膜４６に生じていない場合、燃料ガス流路３６に封止された燃料ガスの圧力は概ね一定である。一方、ピンホール等が電解質膜４６に生じている場合、燃料ガス流路３６と酸化剤ガス流路３８との間の圧力差に応じて、ガス封止工程Ｐ１で封止されたガスの圧力が変化する。本実施形態では、燃料ガス流路３６に封止される燃料ガスの圧力に比べて、酸化剤ガス流路３８に供給し続けられる酸化剤ガスの圧力が大きい。したがって、酸化剤ガス流路３８の酸化剤ガスが電解質膜４６を介して燃料ガス流路３６にリークする。そのため、燃料ガス流路３６に封止された燃料ガスの圧力は増加する。

【0037】

判定工程Ｐ４は、測定工程Ｐ３で測定されたガスの単位時間あたりの圧力変化量に基づいて、電解質膜４６からのリークの有無を判定する工程である。判定工程Ｐ４では、制御装置１８は、測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量を所定の閾値と比較する。圧力変化量が閾値を超えない場合、制御装置１８は、電解質膜４６からのリークがないと判定する。この場合、制御装置１８は、制御装置１８に接続された表示機器等の報知機器を作動させて、電解質膜４６からのリークがないことを提示してもよい。一方、圧力変化量が閾値を超える場合、制御装置１８は、電解質膜４６からのリークがあると判定する。この場合、制御装置１８は、制御装置１８に接続された表示機器等の報知機器を作動させて、電解質膜４６からのリークがあることを警告してもよい。

【0038】

以上のように、本実施形態のリーク検査方法は、燃料ガス流路３６に所定圧力で燃料ガスを封止し、封止された燃料ガスの圧力よりも高い圧力の酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３８に供給し続ける。これにより、本実施形態のリーク検査方法では、燃料ガス流路３６と酸化剤ガス流路３８との間の圧力差を低減しながら、燃料電池１６の発電に必須のガスのみを用いてリーク検査を実施することができる。したがって、燃料ガス流路３６と酸化剤ガス流路３８との間の圧力差が過大になることによる電解質膜４６の破損を抑制することができる。

【0039】

また、本実施形態のリーク検査方法は、電解質膜４６を経由することなくアノード電極４８とカソード電極５０とを接続する配線５２に設けられるスイッチ５４がオフの状態において、封止された燃料ガスの単位時間あたりの圧力変化量を測定する。アノード電極４８とカソード電極５０とが非接続の状態では単位セル４０の発電が抑制される。そのため、本実施形態のリーク検査方法では、発電に必須のガスを用いても、発電による圧力変化を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路３６と酸化剤ガス流路３８との間の圧力差が小さくても、電解質膜４６からのリークによる圧力降下を捕捉することができる。

【0040】

リーク検査方法では、燃料ガス流路３６に燃料ガスが封止され、かつ、酸化剤ガス流路３８に酸化剤ガスが供給された後に、燃料電池１６に印加される電圧が監視される。燃料電池１６に含まれる単位セル４０が１つである場合、１つの単位セル４０に印加される電圧が監視される。一方、燃料電池１６に含まれる単位セル４０が複数である場合、電気的に直列に接続された複数の単位セル４０の両端に印加される電圧が監視されてもよいし、各単位セル４０に印加される電圧が監視されてもよい。

【0041】

図４は、リーク検査方法における電圧の監視に関する工程の手順を示すフローチャートである。リーク検査方法は、電圧測定工程Ｐ１１と、解除工程Ｐ１２とをさらに含む。

【0042】

電圧測定工程Ｐ１１は、燃料電池１６に印加される電圧を測定する工程である。電圧測定工程Ｐ１１では、燃料ガス流路３６に燃料ガスが封止され、かつ、酸化剤ガス流路３８に酸化剤ガスが供給され始めた後に、制御装置１８は、燃料電池１６に印加される電圧値の測定を開始する。

【0043】

解除工程Ｐ１２は、電圧測定工程Ｐ１１で測定された電圧値が所定の電圧閾値未満になった場合に、燃料ガスの封止を解除する工程である。解除工程Ｐ１２では、制御装置１８は、電圧測定工程Ｐ１１で測定された電圧値を、記憶媒体に記憶された電圧閾値と比較する。

【0044】

電解質膜４６からのリークがある場合等では、燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応して最終的に発火が生じ得る。燃料ガスと酸化剤ガスとの直接反応が継続すると、燃料電池１６に印加される電圧値が低下する。電圧測定工程Ｐ１１で測定された電圧値が電圧閾値未満になった場合、制御装置１８は、第２開閉弁２６を開弁し、燃料ガスの封止を解除する。これにより、未然に単位セル４０の発火を抑制することができる。

【0045】

なお、制御装置１８は、酸化剤ガス供給装置１４を制御して酸化剤ガス流路３８への酸化剤ガスの供給を停止した後、第２開閉弁２６を開弁して燃料ガスの封止を解除してもよい。このようにした場合、燃料ガス流路３６と酸化剤ガス流路３８との間の圧力差による電解質膜４６の破損を抑止することができる。

【0046】

〈第２実施形態〉
本実施形態では、第１実施形態の単位セル４０が、平面配列型の単位セル６０（図１）に置換される。図５は、平面配列型の単位セル６０を示す断面図である。図５では、第１実施形態において説明した構成と同等の構成に同一の符号が付されている。なお、本実施形態では、第１実施形態と重複する説明は割愛する。

【0047】

平面配列型の単位セル６０では、複数のセルブロック６２が形成される。図５では、理解を容易にするために、セルブロック６２の一部が破線で囲まれている。各セルブロック６２は、構成要素として、１つのアノード電極部４８ＰＴと、１つのカソード電極部５０ＰＴと、それら電極部の間に配置された電解質膜４６とを含む。

【0048】

アノード電極部４８ＰＴは、アノード電極４８の一部分である。アノード電極部４８ＰＴは、分割溝６４によって形成される。つまり、アノード電極４８は、分割溝６４によって複数のアノード電極部４８ＰＴに分割される。分割溝６４は、アノード電極４８の第１辺縁から、第１辺縁とは反対側の第２辺縁まで、アノード電極４８とセパレータ４４との間の燃料ガス流路３６に沿って延びる。アノード電極部４８ＰＴは、分割溝６４の延伸方向を長辺、２つの分割溝６４間を短辺とする矩形状であってもよい。

【0049】

カソード電極部５０ＰＴは、カソード電極５０の一部分である。カソード電極部５０ＰＴは、分割溝６６によって形成される。つまり、カソード電極５０は、分割溝６６によって複数のカソード電極部５０ＰＴに分割される。分割溝６６は、カソード電極５０の第１辺縁から、第１辺縁とは反対側の第２辺縁まで、カソード電極５０とセパレータ４４との間の酸化剤ガス流路３８に沿って延びる。カソード電極部５０ＰＴは、分割溝６６の延伸方向を長辺、２つの分割溝６６間を短辺とする矩形状であってもよい。

【0050】

複数のセルブロック６２は、インターコネクタ部６８によって直列に接続される。インターコネクタ部６８は、アノード電極部４８ＰＴと、カソード電極部５０ＰＴとを電気的に接続する。インターコネクタ部６８は、電解質膜４６の面方向に沿って隣り合うセルブロック６２の一方のアノード電極部４８ＰＴと、当該隣り合うセルブロック６２の他方のカソード電極部５０ＰＴとを接続する。インターコネクタ部６８は、電解質膜４６に形成される。インターコネクタ部６８は、例えば、電解質膜４６の局部を加熱して局部を炭化させることによって形成される。インターコネクタ部６８は、プロトン伝導性樹脂由来の導電性炭化物であってもよい。プロトン伝導性樹脂として、芳香族ポリアリーレンエーテルケトン類、芳香族ポリアリーレンエーテルスルホン類等の炭化水素系ポリマーにスルホン酸基を導入した芳香族系高分子化合物が挙げられる。

【0051】

平面配列型の単位セル６０では、インターコネクタ部６８によってアノード電極部４８ＰＴと、カソード電極部５０ＰＴとが電気的に接続される。そのため、配線５２に設けられるスイッチ５４がオフにされても、単位セル６０がわずかに発電する傾向にある。単位セル６０が発電すると、測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量が、単位セル６０の発電に起因するか電解質膜４６からのリークに起因するのか区別できない。

【0052】

そこで、平面配列型の単位セル６０における電解質膜４６からのリークを検査する場合、判定工程Ｐ４で圧力変化量と比較される閾値として、基準圧力変化量が用いられる。基準圧力変化量は、電解質膜４６からのリークがない場合に、封入されたガス圧が発電により単位時間あたりに降下する量を示す基準として予め設定される。基準圧力変化量は、電解質膜４６からのリークがないと判定された燃料電池１６に対して、上記のガス封止工程Ｐ１、ガス供給工程Ｐ２および測定工程Ｐ３が実施されることにより取得される。基準圧力変化量は、地上において取得されてもよい。基準圧力変化量は、電解質膜４６からのリークがない場合に、封入されたガス圧の発電による変化を示すマップ（グラフ）であってもよい。

【0053】

本実施形態の判定工程Ｐ４では、制御装置１８は、測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量を、記憶媒体に記憶された基準圧力変化量と比較する。電解質膜４６からのリークがある場合、ガス圧の発電による変化（基準圧力変化）に比べて、測定工程Ｐ３で測定されるガス圧の変化が大きくなる（図６参照）。したがって、測定工程Ｐ３で測定される圧力変化量は、基準圧力変化量よりも増加する。

【0054】

測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量と基準圧力変化量との差が所定の閾値を超えない場合、制御装置１８は、電解質膜４６からのリークがないと判定する。一方、圧力変化量と基準圧力変化量との差が閾値を超える場合、制御装置１８は、電解質膜４６からのリークがあると判定する。

【0055】

このように、燃料電池１６が平面配列型の単位セル６０を含む場合、測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量は、基準圧力変化量と比較される。これにより、測定工程Ｐ３で測定された圧力変化量が、単位セル４０の発電に起因するか電解質膜４６からのリークに起因するか区別することができる。

【0056】

上記の実施形態は、下記のように変形してもよい。

【0057】

ガス封止工程Ｐ１では、酸化剤ガス流路３８に酸化剤ガスが封止されてもよい。この場合、ガス供給工程Ｐ２では、燃料ガス流路３６に燃料ガスが供給し続けられる。

【0058】

また、ガス封止工程Ｐ１で封止されるガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）の圧力に比べて、ガス供給工程Ｐ２で供給し続けられるガス（酸化剤ガスまたは燃料ガス）の圧力が小さくてもよい。

【0059】

なお、燃料電池１６が平面配列型の単位セル６０を含む場合、ガス封止工程Ｐ１で封止されるガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）の圧力と、ガス供給工程Ｐ２で供給し続けられるガス（酸化剤ガスまたは燃料ガス）の圧力とは同じであってもよい。

【0060】

以上に基づいて把握される発明を以下に記載する。

【0061】

（１）本発明は、電解質膜（４６）と、前記電解質膜（４６）を挟持するアノード電極（４８）およびカソード電極（５０）とを含む燃料電池（１６）における前記電解質膜（４６）からのリークを検査するリーク検査方法であって、前記アノード電極（４８）に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路（３６）に所定圧の前記燃料ガスを封止し、または、前記カソード電極（５０）に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路（３８）に前記所定圧の前記酸化剤ガスを封止するガス封止工程（Ｐ１）と、前記燃料ガス流路（３６）に前記燃料ガスが封止された場合には前記所定圧以上または前記所定圧以下の圧力の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路（３８）に供給し続け、前記酸化剤ガス流路（３８）に前記酸化剤ガスが封止された場合には前記所定圧以上または前記所定圧以下の圧力の前記燃料ガスを前記燃料ガス流路（３６）に供給し続けるガス供給工程（Ｐ２）と、前記電解質膜（４６）を経由することなく前記アノード電極（４８）と前記カソード電極（５０）とを接続する配線（５２）に設けられるスイッチ（５４）がオフの状態において、前記ガス封止工程（Ｐ１）で封止されたガスの単位時間あたりの圧力変化量を測定する測定工程（Ｐ３）と、を含む。

【0062】

本発明によれば、燃料電池の発電に必須のガスのみを用いて、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差による電解質膜の破損を抑制することができる。また、アノード電極とカソード電極とが非接続の状態では燃料電池の発電が抑制される。そのため、本発明によれば、燃料電池の発電に必須のガスを用いても、燃料電池の発電による圧力変化を抑制することができる。したがって、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の圧力差が小さくても、電解質膜からのリークによる圧力変化を捕捉することができる。その結果、限られた資源を用いて電解質膜からのリークの検査を実施することができる。

【0063】

（２）本発明は、リーク検査方法であって、前記電解質膜（４６）に形成されたインターコネクタ部（６８）によって、前記アノード電極（４８）の一部であるアノード電極部（４８ＰＴ）と、前記カソード電極（５０）の一部であるカソード電極部（５０ＰＴ）とが接続されている場合、前記測定工程（Ｐ３）で測定された前記圧力変化量は、予め設定された基準圧力変化量と比較され、前記基準圧力変化量は、前記電解質膜（４６）からのリークがない場合に、前記ガス封止工程（Ｐ１）で封止されたガスの圧力が発電により単位時間あたりに降下する量を示す。これにより、測定工程で測定された圧力変化量が、発電に起因するか電解質膜からのリークに起因するか区別することができる。

【0064】

（３）本発明は、リーク検査方法であって、前記燃料電池（１６）に印加される電圧値が所定の電圧閾値未満になった場合、前記ガス封止工程（Ｐ１）で封止されたガスの封止を解除する解除工程（Ｐ１２）をさらに含む。これにより、電解質膜からのリークがある場合に、燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応して発火することを未然に防止することができる。

【0065】

（４）本発明は、リーク検査方法であって、前記解除工程（Ｐ１２）は、前記ガス供給工程（Ｐ２）で供給されるガスの供給を停止した後、前記ガス封止工程（Ｐ１）で封止されたガスの封止を解除する。これにより、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間の過度の圧力差による電解質膜の破損を抑止することができる。

【符号の説明】

【0066】

１０…燃料電池システム １２…燃料ガス供給装置
１４…酸化剤ガス供給装置 １６…燃料電池
１８…制御装置 ３６…燃料ガス流路
３８…酸化剤ガス流路 ４０…単位セル
４２…膜電極接合体 ４６…電解質膜
４８…アノード電極 ５０…カソード電極
４８ＰＴ…アノード電極部 ５０ＰＴ…カソード電極部
５２…配線 ５４…スイッチ
６８…インターコネクタ部 Ｐ１…ガス封止工程
Ｐ２…ガス供給工程 Ｐ３…測定工程
Ｐ４…判定工程 Ｐ１２…解除工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】