燃料电池堆的漏气检查方法
阅读说明：本技术 燃料电池堆的漏气检查方法 (Method for checking gas leakage of fuel cell stack ) 是由 冈部祐介 长谷川聡志 关口浩 于 2021-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明所要解决的问题在于,提供一种燃料电池堆的漏气检查方法,能够在短时间内有效地确定泄漏位置。为了解决上述问题,本发明的燃料电池堆的漏气检查方法包括：夹具设置步骤,其设置检查夹具,所述检查夹具覆盖燃料电池堆的层叠截面所暴露的外表面,将前述外表面划分为多个区域,并且在该所划分的每个区域上各自形成有多个检查空间；及,第一泄漏检查步骤,通过配置于每个检查空间内的气体传感器,确定产生漏气的泄漏区域。(The present invention is directed to provide a method for checking for gas leakage in a fuel cell stack, which can efficiently determine the location of a leak in a short time. In order to solve the above problem, a method for checking a gas leak of a fuel cell stack according to the present invention includes: a jig setting step of setting an inspection jig that covers an outer surface of the fuel cell stack, which is exposed in a lamination section, divides the outer surface into a plurality of regions, and forms a plurality of inspection spaces on each of the divided regions; and a first leak inspection step of determining a leak region where the gas leakage occurs, by the gas sensor disposed in each inspection space.)
技术领域
本发明涉及一种燃料电池堆的漏气检查方法。
背景技术
燃料电池是例如由几十个到几百个电池单体层叠而成的堆叠构造。此处，各电池单体以一对隔膜夹持膜电极组件(Membrane Electrode Assembly；MEA)而构成，膜电极组件包含：负极电极(阳极)及正极电极(阴极)两个电极、及由这些电极夹持的固体高分子电解质膜。向此燃料电池的负极电极供给作为反应气体的氢气，并向正极电极供给作为反应气体的含有氧气的空气，来利用电化学反应进行发电。
由于燃料电池使用氢气，所以需要完全地防止从燃料电池堆泄漏。因此，探究一种在燃料电池堆的状态下有效地检测到氢气泄漏的方法。
例如，在以下的专利文献1中，通过利用红外线传感器检测泄漏时的温度变化来确定泄漏位置。
[现有技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2006-156038号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
燃料电池堆中由于氢气泄露所导致的温度变化非常微小。因此，在专利文献1的方法中，难以高精度地确定氢气的泄漏。
除此之外，也考虑一种使燃料电池堆浸没在水中，并由气泡的位置确定泄漏位置的方法，但是可能会错误检测到浸水时所附着的气泡，此外，由于需要对浸没在水中的燃料电池堆进行干燥的步骤，因此存在确定较为耗时的问题，从而要求一种能够在短时间内确定泄漏位置的方法。
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池堆的漏气检查方法，在短时间内高精度地确定泄漏位置。
[解决问题的技术手段]
本发明人发现，通过将燃料电池堆划分为特定区域，能够在短时间内有效地确定泄漏位置，从而完成了本发明。具体而言，本发明提供以下内容。
(1)、一种燃料电池堆的漏气检查方法，其是用以确定由多个燃料电池单体层叠而成的燃料电池堆的漏气位置的检查方法，包括：
夹具设置步骤，其设置检查夹具，所述检查夹具将所述燃料电池堆的层叠截面所暴露的外表面划分为多个区域并且在每个划分区域上具备具有漏气检查空间的划分检查部；及，
第一泄漏检查步骤，其通过配置于每个所述检查空间内的气体传感器，来确定产生漏气的泄漏区域。
(2)、如(1)所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，所述外表面的划分区域划分为格状或与层叠面平行。
(3)、如(1)或(2)所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，所述漏气检查方法包括在所述第一泄漏检查步骤中所确定的泄漏区域中进一步确定泄漏位置的第二泄漏检查步骤。
(4)、如(1)至(3)中任一项所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，在所述燃料电池堆的一个外表面进行了所述漏气检查方法后，旋转所述燃料电池堆以使另一个外表面来到所述一个外表面的位置，以从所述另一个外表面进行所述漏气检查方法。
(5)、如(1)至(4)中任一项所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，所述夹具设置步骤包含将所述检查夹具定位于所述燃料电池堆的步骤。
(6)、如(1)至(5)中任一项所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，所述夹具设置步骤将所述检查夹具固定于所述燃料电池堆的端板而进行定位。
(7)、如(1)至(6)中任一项所述的燃料电池堆的漏气检查方法，其中，所述划分检查部将所述划分区域的外周作为基部，形成为自其延伸并缩小直径而成的锥形或半球形。
(发明的效果)
根据本发明的燃料电池堆的漏气检查方法，能够在短时间内高精度地确定泄漏位置。
附图说明
图1是图示本发明的检查方法的一实施方式的(a)俯视图、(b)侧视图。
图2是图示本发明的检查方法的检查夹具的一实施方式的立体图。
图3是图示本发明的检查方法的另一实施方式的概略侧视图。
图4是图示实施例的检查方法的(a)俯视图、(b)侧视图。
图5是图示实施例的漏气结果的图表。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。图1是图示本发明的检查方法的一实施方式的(a)俯视图、(b)侧视图。图2是图示检查夹具的一实施方式的立体图。
(燃料电池堆)
如图1所示，此实施方式的燃料电池堆100是由矩形且平面状的单位电池单体层叠几十至几百层而成的堆叠构造。各单位电池单体以一对隔膜夹持膜电极组件(MEA)而构成，膜电极组件包含：负极电极(阳极)及正极电极(阴极)两个电极、及由这些电极夹持的固体高分子电解质膜。向此燃料电池的负极电极供给作为反应气体的氢气，并向正极电极供给作为反应气体的含有氧气的空气后，利用电化学反应进行发电。
如图1所示，此实施方式的燃料电池堆100由每个单位电池单体沿着图1的Y方向(水平方向)层叠而构成(ZX平面为层叠面)。此处Z方向为垂直方向，XY方向为水平方向。
所层叠的电池单体以一对端板110，自最上层的单位电池单体及最下层的单位电池单体的两侧进行夹持而固定。由此，燃料电池堆100的外表面由以下总共6面构成：图1(a)中的上下端板110、以及露出单位电池单体的层叠截面的4个外侧面也就是上表面120、左侧面130、右侧面140、及底面150。
(检查夹具)
如图1、图2所示，用以进行漏气检查的检查夹具200是作为整体覆盖外表面的一整面的一个构件，在此实施方式中，在安装状态下覆盖垂直上方的上表面120。另外，为了便于说明划分区域，在图1(a)中，省略检查夹具200的详细构成，记载为可以透视上表面120，但实际上在图1(a)中，图2所示的检查夹具200覆盖上表面120。
如图2所示，检查夹具200由框架230及多个划分检查部240构成。如图1所示，检查夹具200的框架230横跨一对端板110，以端板110的四个角的四个点处定位，并利用螺栓220固定。由此，可以维持定位精度。
可以使用由金属或树脂等成形加工而成的检查夹具200。
如图1、图2所示，在此实施方式中，检查夹具200被划分为3×3的9个格状，具有9个划分检查部240。即，燃料电池堆100的上表面120由检查夹具200大致划分为9个划分区域121、122、123、124、125、126、127、128、129(在图1中，方便起见，编号为四边形1(1号区域)至四边形9(9号区域))。在本发明中，通过此划分方法，决定可以如何确定泄漏部位。另外，划分检查部的形状并不限定于3×3的9个，也可为3×4的12个或4×4的16个的格状。
如图2所示，检查夹具200的划分区域所具有的每个划分检查部240呈中空的大致四棱锥台状，且在顶面部形成有用以插入并固定气体传感器300的孔210。优选为检查夹具的每个划分检查部240将每个划分区域的外周作为基部，形成为自其延伸并缩小直径而成的锥形或半球形。由此，气体容易集中于上方的顶部，因此容易利用气体传感器300检测到泄漏气体。此时，优选为基部与划分区域接触。
检查空间内的空间容量优选为5cc以上100cc以下，更优选为10cc以上50cc以下。另外，此检查空间内的空间容量可以根据所欲确定的泄漏量来决定，例如，优选设定所欲确定的每分钟的泄漏流量占空间容量的1/10～1/2。
(气体传感器)
气体传感器300经由孔210配置于划分检查部240的内部。例如若要检测氦气，可以使用常规公知的He检测仪等。
(燃料电池堆的漏气检查方法)
接下来，使用图4、图5，对实施例的本发明的漏气检查方法进行说明。
(夹具设置步骤)
首先，准备作为检查对象的燃料电池堆100。在此实施例中，使用图1、图2的燃料电池堆100。然后，如图4(a)(b)所示，以覆盖上表面120的方式，在划分为9部分的检查夹具200的每个划分检查部240内的上部配置He检测仪作为气体传感器300。其后，利用一对端板110及螺栓220将检查夹具200固定并进行定位。另外，此实施例是仅在图4(b)所示的中心5号区域存在泄漏L(以圆圈表示)的示例。
(第一泄漏检查步骤)
在此状态下，向燃料电池堆100的单位电池单体内通氦气，将利用每个气体传感器300测定有无泄漏的结果示于图5。图5(a)的氦气的泄漏量为18cc/分钟，图5(b)是氦气的泄漏量为48cc/分钟的示例。图中，黑色圆圈是5号的气体传感器，其它八个传感器的结果以白色圆圈表示。在任一情形中，仅检测到中心5号的泄漏，在其他气体传感器未检测到泄漏。根据以上内容可知，通过此检查方法，可以检测到仅产生于5号位置的泄漏。
(第二泄漏检查步骤)
但是，在此实施例中，虽然检测到仅在中心5号的泄漏，但是不清楚所述5号的区域中的具体泄漏位置。此时，在第一泄漏检查步骤中所确定的泄漏区域中，进一步进行确定泄漏位置的第二泄漏检查步骤。
(第二泄漏检查步骤的一方面)
作为确定泄漏位置的第二泄漏检查步骤的具体方法，例如，可以使用另外的He检测仪等，对5号的区域详细地进行调查。
也可以通过第一泄漏检查步骤及第二泄漏检查步骤，确定燃料电池堆的一个外表面有无漏气或泄漏位置后，使燃料电池堆绕轴旋转以使另一个外表面来到前述一个外表面的位置，以从另一面进行前述漏气检查方法。由此，可以在短时间内有效地进行4面的检查。
(第二实施方式)
图3是图示本发明的检查方法的另一实施方式的概略侧视图。在图3中，燃料电池堆100a的单位电池单体配置于水平方向(XY平面)上，层叠方向为Z方向(垂直方向)。检查夹具200a覆盖燃料电池堆100a的侧面130a，此方面与图1、图2的实施方式不同。
如此，在本发明中，可以进行检查的燃料电池堆的外表面不仅为上表面，也可从侧面进行。
此外，在图3中，检查夹具200a在燃料电池堆100a的水平方向(XY面)平行地划分为5部分，侧面130a划分为划分区域131a、132a、133a、134a、135a。并且，检查夹具200a由从每个划分区域的基部延伸的大致平行的延伸部构成，并以邻接的延伸部彼此构成划分检查部250a。在每个划分检查部250a的检查空间的上方分别配置有传感器300a。
如此，在本发明中，划分层叠截面的方式并不限于格状，例如，当多个单位电池单体分别沿垂直方向(Z方向)层叠时，也可沿水平方向(XY平面)划分。
当在此划分区域检测到泄漏时，通过第二泄漏检查来确定具体的泄漏位置。
附图标记
100 燃料电池堆
110 端板
120 上表面
121、122、123、124、127 划分区域
130 左侧面
140 右侧面
150 底面
200 检查夹具
210 孔
220 螺栓
230 框架
240 划分检查部
250 基部
300 气体传感器