(57)【要約】【課題】簡単な構成で、コストをかけることなく、燃料電池の積層され接着剤により互いに接着されてなる複数の構成部品を容易に且つ確実に一括して分解処理し、しかも、分離された構成部品から有価物や再利用可能な材料を選別して回収することができる方法を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池の分解方法は、積層され接着剤により互いに接着されてなるセル１０のセパレータ１００とＭＥＡなど１０１とに分離させて回収するためのもので、複数のセル１０を加熱してセパレータ１００とＭＥＡなど１０１とから接着剤を剥離させる加熱工程と、各セル１０に振動を付与して接着剤が剥離されたセパレータ１００とＭＥＡなど１０１燃焼した灰１０１’とを引き離し容器２１内に落下させる振動付与工程とを含んでいる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層され接着剤により互いに接着されてなる構成部品を分離させる燃料電池の分解方法であって、
複数の構成部品を加熱して構成部品から接着剤を剥離させる加熱工程と、
各構成部品に振動を付与して接着剤が剥離された各構成部品を互いに引き離す振動付与工程とを含むことを特徴とする燃料電池の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の分解方法に関し、さらに詳しくは、積層され接着剤により互いに接着されてなる燃料電池の構成部品を分離させて分解する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は一般に、複数のセルを積層してなるモジュールを備えている。モジュールの両端部にはエンドプレートが設けられており、両エンドプレートはテンションプレートによって結合されている。各セルは、電解質膜の両面に電極が積層されて膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）が構成されており、このＭＥＡの両面にガス拡散層が積層されてＭＥＧＡが構成され、ＭＥＧＡの両面にセパレータが積層されてなる。電極には、例えば白金からなる微粒子などの貴金属触媒が含まれている。またセパレータには金メッキが塗布されている。ＭＥＡは、電極よりも電解質膜が大きく形成されており、電解質膜の端縁が電極の端縁よりも外側に向かって延びている。このＭＥＡの電解質膜の端縁と、セパレータの端縁とは、例えばエポキシ系樹脂などの接着剤によって強固に接着され、シールされている。
【０００３】
このような燃料電池において、その寿命により廃棄するなどの場合には、電極に含まれる白金微粒子などの貴金属触媒やセパレータに塗布された金メッキなどの有価物、あるいは、他の再利用可能な材料を回収するために、燃料電池を分解処理している。
【０００４】
従来の一般的な燃料電池の分解においては、上述したようにセパレータとＭＥＡの端縁が接着剤によって強固に接着されているため、セルの端縁を切断するなどして接着剤が塗布されていない部分を分離し、かかる分離した部分から有価物や再利用可能な他の材料を回収していた。
また、燃料電池の分解方法に関する別の従来の技術としては、特許文献１が知られている。
【０００５】
特許文献１には、電極アセンブリを両面から挟み込む一対のセパレータが接着部により接着された燃料電池を解体する方法であって、外部加熱手段の熱を前記接着部に付与して該接着部を軟化又は溶融させることにより前記一対のセパレータの分離を助長させる分離助長ステップ、を含むことを特徴とする燃料電池解体方法が開示されている。そして、特許文献１には、この方法において、前記分離助長ステップでは、前記一対のセパレータが離間する方向の外力を外力付与手段により付与した状態で前記外部加熱手段の熱を前記接着部に付与することなどを特徴とする燃料電池解体方法が開示されている。
【０００６】
そして、特許文献１には、外部加熱手段に相当するヒータを、セパレータの四辺に沿って、換言すればシール部に沿って配置されるなどと記載されている（００３７）。また、特許文献１には、接着部の軟化温度以上で前記電極アセンブリの耐熱温度未満となる熱を該接着部に付与することが開示されており、その実施の形態には、燃料電池を解体するには、まず、燃料電池を加熱炉内のテーブル面に固定し、次に、巻き上げ装置（外力付与手段）を利用してワイヤを上方向へ引き上げることにより、テーブル面に固定されているセパレータからセパレータを離間させる外力を加え、それと共に、加熱炉の内部温度がシール部８の軟化温度以上となるように調節する（例えば５００℃で１時間保持する）ことが記載されている（００４２）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５１７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、燃料電池は、構成部品によって構成されるセルが例えば３００〜４００枚に及ぶが、上記従来の技術にあっては、セパレータの四辺あるいはシール部に沿って配置するものであるため、セルを個々に加熱しなければならず、手間がかかるという問題があった。また、特許文献１にあっては、分離助長ステップで接着部を軟化又は溶融させることにより一対のセパレータの分離を助長させるに過ぎないために、外部加熱手段の熱を前記接着部に付与するに際して、外力付与手段によりセパレータが互いに離間する方向の外力を付与する必要があった。そのため、セパレータを確実に分離させるのが困難であり、さらに、設備コストがかかるなどの問題もあった。そして、特許文献１にあっては、接着部の軟化温度以上で電極アセンブリの耐熱温度未満となる熱を該接着部に付与するものであり、その実施の形態に開示されているように加熱炉内で燃料電池を加熱しても、具体的には５００℃で１時間保持することが例示されているにすぎず、巻き上げ装置によってテーブル面に固定されているセパレータからセパレータを離間させる外力を加えるものであるため、結局のところ、個々のセルの一対のセパレータを分離させるものであり、多量のセルからなる燃料電池を効率よく分解処理することができなかった。さらに、特許文献１にあっては、接着部（接着剤）を軟化させるにとどまるために、そして、分離されたセパレータから接着部（接着剤）を取り除くことはなく、しかも、燃料電池の構成部品に含まれる有価物や再利用可能な材料を選別して回収するための処理を別途行う必要があるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、コストをかけることなく、燃料電池の積層され接着剤により互いに接着されてなる複数の構成部品を容易に且つ確実に一括して分解処理し、しかも、分離された構成部品から有価物や再利用可能な材料を選別して回収することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、上記目的を達成するため、積層され接着剤により互いに接着されてなる構成部品を分離させる燃料電池の分解方法であって、複数の構成部品を加熱して構成部品から接着剤を剥離させる加熱工程と、各構成部品に振動を付与して接着剤が剥離された各構成部品を互いに引き離す振動付与工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、加熱工程で付着された接着剤が剥離し得る温度に複数の構成部品を加熱し、次いで、振動付与工程で各構成部品に振動を付与することにより、接着剤によって互いに接着されていた構成部品同士を確実に分離させて、接着剤が剥離された構成部品を互いに確実に引き離して分解処理することができる。
【００１２】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当する。
【００１３】
（１）  積層され接着剤により互いに接着されてなる構成部品を分離させる燃料電池の分解方法であって、
複数の構成部品を加熱して構成部品から接着剤を剥離させる加熱工程と、
各構成部品に振動を付与して接着剤が剥離された各構成部品を互いに引き離す振動付与工程とを含むことを特徴とする燃料電池の分解方法。
【００１４】
（１）項の発明では、加熱工程で付着された接着剤が剥離し得る温度に複数の構成部品を加熱し、次いで、振動付与工程で各構成部品に振動を付与することにより、接着剤によって接着されていた構成部品同士を確実に分離させ、接着剤が剥離された構成部品を互いに引き離して分解処理する。
【００１５】
（２）  前記加熱工程で、接着剤が構成部品から剥離し、且つ、少なくとも構成部品の一部が残留し得る温度に加熱することを特徴とする（１）項に記載の燃料電池の分解方法。
【００１６】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、前記加熱工程で加熱する温度を、接着剤が構成部品から剥離し、且つ、少なくとも構成部品の一部がその材質によって残留し得る温度とすることにより、接着剤が剥離されて積層された各構成部品は確実に分離され、例えば金属などの融点が高い材質からなる一部の構成部品が残留するため、構成部品を容易に選別して回収することができる。
【００１７】
（３）  前記加熱工程で、複数の構成部品を炉内に配置することを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池の分解方法。
【００１８】
（３）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、前記加熱工程で、複数の構成部品を炉内に配置することにより、一度に多量の構成部品を安定して加熱して付着された接着剤を確実に剥離させることができる。
【００１９】
（４）  各構成部品に形成されている孔に支持部材を挿通することにより、複数の構成部品を支持した状態で、前記加熱工程と振動付与工程を行うことを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の燃料電池の分解方法。
【００２０】
（４）の発明では、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の発明において、各構成部品に形成されている孔に支持部材を挿通することにより、複数の構成部品を容易に且つ確実に支持することができ、その結果、前記加熱工程と振動付与工程を各自に安定して行うことができる。
【００２１】
（５）  複数の構成部品を容器内に保持して、少なくとも前記振動付与工程を行うことを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の燃料電池の分解方法。
【００２２】
（５）項の発明では、（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の発明において、複数の構成部品を容器内に保持して、少なくとも前記振動付与工程を行うことにより、加熱工程で剥離された接着剤や構成部品の分離された一部が振動工程で容器内に落下するため、これらを容易に選別して回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
最初に、本発明により分解される燃料電池の構成を簡単に説明する。
本発明により分解される燃料電池は、その構成部品として複数のセル１０を積層してなるもので、燃料電池の大きさや出力などによって異なるが、例えば３００〜４００枚程度のセル１０が積層されてモジュール１を構成する。モジュール１の両端部にはエンドプレートが設けられており、両エンドプレートはテンションプレートによって結合されている。各セル１０は、電解質膜の両面に電極が積層されて膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）が構成されており、このＭＥＡの両面にガス拡散層が積層されてＭＥＧＡが構成され、ＭＥＧＡの両面にセパレータ１００が積層されてなるものである。ＭＥＡまたはＭＥＧＡの端縁とセパレータ１００の端縁とは、たとえばエポキシ系の接着剤によって強固に接着され、シールされている（図ではセパレータ１００以外の構成部品であるＭＥＡまたはＭＥＧＡ、接着剤として符号１０１を付す）。また、ＭＥＡやＭＥＧＡに於ても、これらを構成する各部品を積層するために接着剤が使用されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂により構成されており、電極は、例えば導電性カーボンブラックにより構成されており、ガス拡散層は、例えば炭素繊維を織成してなるカーボンクロスにより構成されており、セパレータ１００は、例えばステンレスなどによって構成されている。電極には、例えば金や白金からなる微粒子などの貴金属触媒が含まれている。またセパレータ１００には金メッキが塗布されている。これら白金微粒子や金メッキなどは有価物である。セパレータ１００には燃料ガス、酸化ガス、冷媒をそれぞれ供給・排出するためのマニホールド孔１１が形成されている。本発明では、モジュール１を構成するセル１０は勿論のこと、セパレータ１００も、セパレータ１００以外のＭＥＡまたはＭＥＧＡや接着剤１０１も、燃料電池の構成部品である。したがって、以下の説明において、燃料電池の構成部品の内容を必要に応じて区別する場合に、構成部品に対して異なる符号を使用することがあることに注意されたい。
なお、本発明はこれらの材質からなる燃料電池に限定されることはなく、必要に応じて材質を変更することが可能である。燃料電池の構成部品の材質および構造については、上記特許文献１に開示されている内容が参考として本発明に含まれる。
【００２４】
次に、本発明を適用して、上述したように構成されている燃料電池を分解するための装置を図１〜図４に基づいて説明する。分解装置は、複数のセル１０のマニホールド孔１１に挿通されてこれを保持する支持部材２０と、支持部材２０の端部を支持してこれに保持された複数のセル１０を収容する容器２１と、複数のセル１０が収容された容器２１が内部に配置されてセル１０を所定の温度に加熱する炉と、炉内で加熱されたセル１０に振動を付与する振動付与手段（後述する）とを備えている。
【００２５】
以上のように構成された装置を用いて上述したような構造の燃料電池を分解処理する場合により、本発明の方法を図１〜図４に基づいて以下に説明する。
本発明の方法は、概略、積層され接着剤により互いに接着されてなる構成部品１０を分離させて回収するためのもので、複数の構成部品１０を加熱して構成部品１００から接着剤を剥離させる加熱工程と、各構成部品１０に振動を付与して接着剤が剥離された構成部品１００，１０１を引き離す振動付与工程とを含んでいる。
そして、加熱工程では、接着剤が構成部品１００から剥離し、且つ、少なくとも構成部品の一部１００が残留し得る温度に加熱する。また、この加熱工程では、複数の構成部品１０を炉内に配置することにより加熱する。
また、加熱工程と振動付与工程では、各構成部品１０に形成されているマニホールド孔１１に支持部材２０を挿通することにより複数の構成部品１０を支持した状態で行う。さらにまた、複数の構成部品１０を容器２１内に収容した状態で、少なくとも振動付与工程を行うものである。
【００２６】
燃料電池を分解するに際しては、最初に燃料電池のモジュール１の端部のエンドプレートからテンションプレートを取り外して、モジュール１のマニホールド孔１１に棒状の支持部材２０を挿入する。図に示された実施の形態では、モジュール１の図１における上方であって左右対称な位置の一対のマニホールド穴１１，１１にそれぞれ支持部材２０，２０が挿入され支持されている。
【００２７】
次いで、図１に示したように、モジュール１を支持した支持部材２０を容器２１に掛ける。容器２１は、上方が開放しておりその上端縁には、モジュール１のマニホールド孔１１に挿入された一対の支持部材２０，２０の互いの間隔と対応して、切欠２１ａが形成されている。また、支持部材２０の端部近傍には、容器２１の幅（図１）よりも僅かに広い間隔でフランジ２０ａが設けられている。フランジ２０ａは、支持部材２０の軸方向の移動を規制して切欠２１ａから落下するのを防止している。なお、上述したようにモジュール１は、たとえば３００〜４００枚程度のセル１０が積層されてなるものであるが、その重量や厚み（モジュール１の積層方向の長さ）、あるいは、支持部材２０の強度や長さなどにもよるが、支持部材２０に複数のモジュール１（たとえば、２つのモジュール１の場合には、６００〜８００枚のセル１０）を支持部材２０に保持させることができ、また、１つの容器２１に対して支持部材２０に保持されたモジュール１を複数列で掛けてもよい。
【００２８】
続いて、モジュール１を支持した支持部材２０が掛けられた容器２１を、炉内に搬入し、所定時間保持し、加熱工程を行う。炉内は、たとえば７００〜１０００℃、好ましくは８００〜９００℃に維持されている。そのため、モジュール１を構成している各セル１０では、炉内の安定した温度の雰囲気に晒されて、各セル１０のＭＥＡまたはＭＥＧＡ１０１とセパレータ１００の端縁を互いに接着していた接着剤が確実に剥がれ、セパレータ１００の間のＭＥＡまたはＭＥＧＡ１０１が燃焼して灰１０１’となったり溶融し、また、ステンレスなどの金属からなるセパレータ１００は熱によって溶け落ちることなく残留して、そのマニホールド孔１１に挿通された支持部材２０に支持された状態を維持する状態となる。炉内に容器２１を保持する時間は、各セル１０がこの状態に変化することができる時間に設定される。
【００２９】
その後、容器２１を炉から搬出し、振動付与手段によって、容器２１全体、あるいは容器２１に掛けられた支持部材２０を介して、加熱工程が完了した各セル１０に振動を付与する振動付与工程を行う。すると、ＭＥＡまたはＭＥＧＡ１０１とセパレータ１００の間の剥がれた接着剤、あるいは、セパレータ１００の間の燃焼したＭＥＡまたはＭＥＧＡの灰１０１’や上記の温度で溶融した金属などが振り落とされて容器２１内に落下し、セパレータ１００が支持部材２０に保持され残留することとなる。
【００３０】
なお、振動付与手段は、容器２１を支持する台と,この台を振動させるバイブレータとにより構成することができ、また、容器２１に掛けられた支持部材２０に接続されてこの支持部材２０を振動させるバイブレータにより構成することができる。さらにまた、振動付与工程では、手作業によって容器２１全体または支持部材２０を揺らしたり、ハンマーなどで打撃して振動を付与することも含まれる。また、振動付与手段として容器２１を支持する台をばねなどの弾性体により支持して、この台上に載置された容器２１全体を手作業によって揺らして振動を付与することもできる。そして、本発明の方法では、モジュール１を支持した支持部材２０を容器２１に掛けることに限定されることはなく、加熱されることによりＭＥＡまたはＭＥＧＡ１０１が燃焼して灰１０１’となったり溶融させ、振動を付与することにより落下させたものを回収できるようにまとめて収容することができるのもであれば、たとえば床面に凹設した空間上に支持部材２０を支持して加熱し、振動を付与することもできる。
【００３１】
容器２１内に落下したＭＥＡまたはＭＥＧＡ１０１の灰１０１’や溶融した材料は、回収されて、そのなかから有価物や再利用できる材料だけを選別する。また、残留したセパレータ１００は、支持部材２０に支持された状態で容器２１から取出され、容器２１内に振り落とされたＭＥＡやＭＥＧＡの灰１０１’などとは別に回収される。
【００３２】
なお、本発明は、加熱工程の後に振動付与工程を行うことに限定されることなく、加熱工程と振動付与工程とを同時に行うこともできる。
【００３３】
上述したように、本発明によれば、一度に大量のセル１０を同時にセパレータ１００とＭＥＡまたはＭＥＧＡとに分離することができ、しかも、分解されたセル１０がその構成部品ごと、すなわち、セパレータ１００とＭＥＡまたはＭＥＧＡの灰１０１’などに選別されるよう処理されるため、極めて効率よく分解処理して有価物や再利用できる材料を回収し、再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に使用される燃料電池の分解装置の実施の一形態を説明するために概念的に示した断面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の加熱工程を説明するために示した断面図である。
【図４】本発明の振動付与工程を説明するために示した断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：モジュール（構成部品）、  １０：セル（構成部品）、  １１：マニホールド孔、  １００：セパレータ（構成部品）、１０１：ＭＥＡまたはＭＥＧＡ（構成部品）、  ２０：支持部材、  ２１：容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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