(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池に用いられる触媒を再生することができ、燃料電池の性能低下を抑えることが可能な触媒再生装置等を提供する。【解決手段】燃料電池の複数の単セルは、ＭＥＡ３０が枠状部材を介して一対のセパレータ２０ａ，２０ｂで挟持されたものである。ＭＥＡ３０は、カーボン担体上に触媒金属が担持されて成る触媒層３２ａ１，３２ｂ１及び拡散層３２ａ２，３２ｂ２で構成される電極３２ａ，３２ｂと電解質膜３１との間に、イオン交換膜から成る導入層３４ａ，３４ｂが設けられており、導入口３５ａ，３５ｂから触媒溶液Ｓが導入される。触媒溶液Ｓは、触媒層３２ａ１，３２ｂ１に流入し、また、その残部は、回収口３６ａ，３６ｂから回収される。そして、触媒金属を、触媒溶液Ｓからカーボン担体上に電気化学的に析出させる。【選択図】図３
2008117618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられ且つカーボン担体に担持された触媒を再生させる触媒再生装置であって、
前記触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液が貯留された溶液貯留部と、
前記溶液貯留部、及び、前記燃料電池セルに設けられた前記触媒を含む触媒層に接続されており、前記触媒溶液を該溶液貯留部から該触媒層に供給する溶液供給部と、
前記溶液貯留部、及び、前記触媒層に接続されており、前記触媒溶液を前記燃料電池から該溶液貯留部に回収する溶液回収部と、
を備える触媒再生装置。
【請求項２】
前記触媒金属が白金、ロジウム、及びパラジウムのうち少なくともいずれか一種である、
請求項１記載の触媒再生装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、電解質を含む膜、前記触媒層、及び拡散層を有する膜−電極アッセンブリを備えており、
前記膜−電極アッセンブリは、前記膜と前記触媒層との間に前記触媒溶液が導入される導入層を更に有するものである、
請求項１記載の触媒再生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の触媒再生装置と、
前記燃料電池と、
を備える燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池に用いられ且つカーボン担体に担持された触媒を再生させる触媒再生方法であって、
前記触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液を、前記燃料電池セルに設けられた前記触媒を含む触媒層に供給する溶液供給ステップと、
前記触媒層に供給された前記触媒溶液から、前記触媒金属を電気化学的に前記カーボン担体上に析出させる析出ステップと、
前記燃料電池から前記触媒溶液を回収する溶液回収ステップと、
を備える触媒再生方法。
【請求項６】
発電を経験した燃料電池に対して、請求項４記載の触媒再生方法を実行する、
燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる触媒の再生装置及び方法、並びに、それらを用いた燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、水素ガスに代表される燃料ガス、及び空気に代表される酸化ガスが燃料電池に供給され、燃料ガスと酸化ガスとの発電反応（水生成反応）により電力が発生する。燃料電池としては、種々のタイプのものが開発されており、例えば、電解質の散逸・保持等の問題がなく、常温で起動し且つ起動時間が極めて早い等の利点を有する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cells ）等が挙げられ、具体的には、高電圧を得るために複数の燃料電池（単セル）がスタック化されたもの（燃料電池スタック）が自動車等の移動体等に採用されつつある。
【０００３】
単セルとしては、例えば、電解質膜とその一面に設けられたアノード及び他面に設けられたカソードとで構成されるＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ；Membrane Electrode Assembly）がセパレータで挟持されたものが挙げられ、アノード及びカソードは、通常、電解質膜側に形成された触媒層とセパレータ側に形成された触媒層とを有している。特許文献１には、そのような単セルの一例を記載されている。触媒層としては、カーボン等の担体表面に白金（Ｐｔ）等の金属が担持されたものが広く用いられている。
【特許文献１】特開２００５−２９４０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、運転中の燃料電池システムを、燃料電池内の残存ガス（燃料ガス、酸化ガス）をパージすることなく停止すると、カソードの電極電位が上昇してしまい、触媒担体であるカーボンの酸化によって触媒が溶出するおそれがある。また、燃料電池内に残った残存ガスがＭＥＡの電解質膜を通して反対極側に漏洩するいわゆるクロスリークが生じると、異常発熱によって触媒が焼結して破損するおそれもある。これらを抑制するには、燃料電池システムの停止の都度、残存ガスをパージする方法が想起されるが、パージ用のガス源や、燃料ガス及び酸化ガスとパージ用ガスとの切換え制御必要が必要となるばかりか、触媒の劣化を完全に抑止することは困難であり、運転履歴に伴って、触媒は徐々に劣化する傾向にある。触媒が劣化すると、燃料電池の発電性能を十分に維持することも困難となってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池に用いられる白金（Ｐｔ）系触媒、ロジウム（Ｒｈ）系触媒、パラジウム（Ｐｄ）系触媒等の「触媒」（以下、まとめて「貴金属系触媒」という）が劣化した場合でも、それを再生することができ、燃料電池の性能低下を抑えることが可能な触媒再生装置、それを用いた燃料電池システム、触媒再生方法、及びそれを用いた燃料電池システムの運転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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による触媒再生装置は、燃料電池に用いられ且つカーボン担体に担持された触媒を再生させるものであって、触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液が貯留された溶液貯留部と、溶液貯留部、及び、燃料電池セルに設けられた触媒を含む触媒層に接続されており、触媒溶液を溶液貯留部から触媒層に供給する溶液供給部と、溶液貯留部、及び、触媒層に接続されており、触媒溶液を燃料電池から溶液貯留部に回収する溶液回収部とを備える。
【０００７】
このように構成された触媒再生装置では、溶液供給部により、触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液が、触媒溶液を貯える溶液貯留部から燃料電池の触媒層に供給され、触媒が担持されたカーボン担体と触媒溶液とが接触する。この状態で、例えば、燃料電池のアノードとカソードに、触媒溶液中の触媒金属（イオン）が電気化学反応によってカーボン担体上に析出するような適宜の電位を印加すれば、カーボン担体上に触媒金属が析出し得る。よって、カーボン担体の酸化によって触媒が溶出したり、異常発熱によって触媒が焼結して破損したりして触媒量が減少してしまった場合でも、その減少分を補うことができ、これにより、触媒を再生することが可能となる。また、触媒層に供給された触媒溶液は、溶液回収部によって溶液貯留部に回収され、再使用に供される。よって、触媒として高価な貴金属系触媒を用いた場合でも、それを無駄にすることなく有効に使用できる。
【０００８】
具体的には、触媒金属は、白金、ロジウム、及びパラジウムのうち少なくともいずれか一種である。
【０００９】
また、燃料電池が、電解質を含む膜、触媒層、及び拡散層を有するＭＥＡを備えており、ＭＥＡが、膜と触媒層との間に触媒溶液が導入される導入層を更に有するものであると好ましい。
【００１０】
こうすれば、溶液供給部が導入層に触媒溶液を導入することにより、その触媒溶液は、導入層を通して触媒層に供給される。また、導入層に導入された触媒溶液のうち、触媒層へ行き渡らない過剰分は導入層に留まり、これが溶液回収部によって導入層から回収される。換言すれば、溶液供給部及び溶液回収部が、導入層を介して触媒層に接続される。
【００１１】
また、本発明による燃料電池システムは、本発明の触媒再生装置と、上記の燃料電池とを備えるものである。
【００１２】
さらに、本発明による触媒再生方法は、本発明の触媒再生装置を用いて有効に実施される方法であり、燃料電池に用いられ且つカーボン担体に担持された触媒を再生させる方法であって、触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液を、燃料電池に設けられた触媒を含む触媒層に供給する溶液供給ステップと、触媒層に供給された触媒溶液から、触媒金属を電気化学的にカーボン担体上に析出させる析出ステップと、燃料電池から触媒溶液を回収する溶液回収ステップとを備える。
【００１３】
また、本発明による燃料電池システムの運転方法発電を経験した燃料電池に対して、請求項４記載の触媒再生方法を実行する、
燃料電池システムの運転方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒再生装置、燃料電池システム、触媒再生方法、及び燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池に用いられる触媒を再生することができ、燃料電池の性能低下を抑え且つ寿命を伸長させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
図１は、本発明による燃料電池システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。燃料電池システム１０１は、多数のセルを積層したスタック構造からなる固体高分子電解質型の燃料電池１を備えている。燃料電池１は、空気や酸化剤等の酸化ガス及び燃料ガスとしての水素（Ｈ2）ガスの供給を受けて電力を発生する。
【００１７】
燃料電池システム１０１には、酸化ガスとしての空気（流入ガス）を燃料電池１に供給するための供給配管１１と、燃料電池１から排出された空気オフガス（排出ガス）を外部に排出するための排出配管１１２とを有する空気供給系１０３が接続されている。供給配管１１１には、フィルタ１１３を介して大気を取り込むコンプレッサ１１４と、コンプレッサ１１４により圧送される空気を加湿する加湿器１１５がそれぞれ配設されている。
【００１８】
また、加湿器１１５は、排出配管１１２上にも配置されるように設けられており、これにより、圧送される空気と空気オフガスとの間で水分交換を行う。水分交換後の空気は、供給配管１１１を介して燃料電池１に送られ、燃料電池１での発電に供される。排出配管１１２における加湿器１１５と燃料電池１との間の部位には、燃料電池１内の空気の圧力を調整する背圧調整弁１１６が設置されている。排出配管１１２を流れる空気オフガスは、その背圧調整弁１１６を通って加湿器１１５で水分交換に供された後、最終的にシステム外の大気中に排気される。
【００１９】
また、燃料電池システム１０１には、高圧の水素ガス（流入ガス）を貯蔵した水素供給源としての高圧タンク１２１と、高圧タンク１２１の水素ガスを燃料電池１に供給する供給配管１２２と、燃料電池１から排出された水素オフガス（未反応の水素ガス；排出ガス）を供給配管１２２に戻すための循環配管１２３と、循環配管１２３の水素オフガスを供給配管１２２に還流させる水素ポンプ１２４と、循環配管１２３に分岐接続され且つ下流端が空気供給系１０３の排出配管１１２に接続された排出配管１２５とを有する水素ガス供給系１０４が接続されている。排出配管１２５は、排出系Ｅへ接続されている。
【００２０】
供給配管１２２の上流側には、高圧タンク１２１からの新たな水素ガスの圧力を調整するレギュレータ１２７が介設され、レギュレータ１２７の下流側の合流点Ａに循環配管１２３が接続されている。合流点Ａで合流した新たな水素ガスと水素オフガスとからなる混合ガスが燃料電池１に供給される。
【００２１】
循環配管１２３の水素ポンプ１２４の上流側には、循環配管１２３を流れる水素オフガスから水分を分離させる気液分離器１３０が介設されている。循環配管１２３を流れる流体には、燃料電池１から排出される水素オフガスと、燃料電池１での電気化学反応によって生成された生成水が含まれている。気液分離器１３０では、この生成水たる水分を水素オフガスから分離させる。気液分離器１３０で分離された水素オフガスは水素ポンプ１２４によって合流点Ａに達する一方、気液分離器１３０で分離された水分は、ドレイン弁１３１を介して流体配管１３２から空気供給系１０３の排出配管１１２に排出される。
【００２２】
流体配管１３２は、上流端が気液分離器１３０のドレイン弁１３１に接続され、下流端が空気供給系１０３の排出配管１１２に接続されており、気液分離器１３０で分離された水分を排出配管１１２に流入させる配管として機能する。
【００２３】
排出配管１２５には、これを開閉するシャットバルブとして機能するパージ弁１３３が設けられている。パージ弁１３３が燃料電池システム１０１の稼動時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に排出配管１２５を通って、酸素系の排出配管１１２に排出される。排出配管１２５を設けることで、水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素の濃度を上げることができる。排出配管１２５を流れる流体には、気液分離器１３０を設けてはいるものの、この種の不純物のほかに水分が含有されている。すなわち、排出配管１２５は、これに流れる水分を含む流体を空気供給系１０３の排出配管１１２に流入させる流体配管として機能する。
【００２４】
また、燃料電池システム１は、ＣＰＵやＭＰＵ、及び記憶装置等を有する演算処理・記憶部１９１と入出力インターフェイス１９２を有し、且つ、その入出力インターフェイス１９２を介して空気供給系１０３、水素ガス供給系１０４、及び触媒再生装置１０５に接続された制御部１０９を備えている。なお、演算処理・記憶部１９１では、燃料電池システム１の動作に必要な種々の演算が行われ、それらの各演算における計算結果が逐次記憶装置に記憶されるようになっている。
【００２５】
さらに、燃料電池１には、触媒再生装置１５０が接続されている。触媒再生装置１５０は、後述するＭＥＡ３０の各電極３２ａ，３２ｂを構成する触媒層３２ａ１，３２ｂ１に用いられている貴金属系触媒の触媒金属を含む化合物の溶液である触媒溶液Ｓが貯留されている溶液貯留容器１５０が、溶液供給配管１５１と溶液回収配管１５２を解して燃料電池１に接続されたものである。溶液供給配管１５１及び溶液回収配管１５２は、後述するＭＥＡ３０の電解質膜３１と各電極３２ａ，３２ｂとの間に設けられた導入層３４ａ，３４ｂに連通するように設けられており、溶液供給配管１５１及び溶液回収配管１５２のいずれかに設けられたポンプＰの駆動により、触媒溶液Ｓが溶液貯留容器１５０と燃料電池１とを循環するようになっている。このように、溶液供給配管１５１及びポンプＰから溶液供給部が構成されており、溶液回収配管１５２及びポンプＰから溶液回収部が構成されている。
【００２６】
触媒溶液Ｓとしては、触媒金属が白金（Ｐｔ）の場合、例えば、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸、テトラクロロ白金（ＩＩ）酸、それらの塩、テトラアンミン白金（ＩＩ）塩化物、テトラアンミン白金（ＩＩ）硝酸塩、ジニトロジアンミン白金（ＩＩ）、塩化白金（ＩＩ）等の溶液が挙げられ、触媒金属がロジウム（Ｒｈ）の場合、例えば、
塩化ロジウム（ＩＩＩ）、硝酸ロジウム（ＩＩＩ）、酢酸ロジウム（ＩＩＩ）、ヘキサクロロロジウム（ＩＩＩ）酸アンモニウム等の溶液が挙げられ、触媒金属がパラジウム（Ｐｄ）の場合、例えば、塩化パラジウム（ＩＩ）、硝酸パラジウム（ＩＩ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）、テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）塩化物、ジニトロジアミンパラジウム（ＩＩ）、テトラクロロパラジウム酸（ＩＩ）又はその塩等の溶液が挙げられる。
【００２７】
なお、燃料電池１には、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び蓄電部を有する出力系がサービスプラグ（いずれも図示せず）を介して接続されている。
【００２８】
図２は、単セル２（燃料電池）の概略構成を示す分解斜視図である。単セル２は、電解質、具体例としてＭＥＡ３０、そのＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図２においては、それぞれ符号２０ａ，２０ｂを付して示す）等で構成されている。ＭＥＡ３０及び各セパレータ２０ａ，２０ｂ（燃料電池用樹脂部材）はおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。
【００２９】
ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜から成る電解質膜３１、及び、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極３２ａ，３２ｂ（アノード側拡散電極３２ａ及びカソード側拡散電極３２ｂ）から構成されている。電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００３０】
ここで、図３は、ＭＥＡ３０の概略断面図である。ＭＥＡ３０のアノード側では、例えば多孔質のカーボン担体上に触媒金属が担持されて成る貴金属系触媒を含む触媒層３２ａ１及び低抵抗の金属多孔質体から成る拡散層３２ａ２で構成されるアノード側拡散電極３２ａと電解質膜３１との間に、例えばイオン交換膜から成る導入層３４ａが設けられており、同カソード側では、同じくカーボン担体上に触媒金属が担持されて成る触媒を含む触媒層３２ｂ１及び低抵抗の金属多孔質体から成る拡散層３２ｂ２で構成されるカソード側拡散電極３２ｂと電解質膜３１との間に、例えばイオン交換膜から成る導入層３４ｂが設けられている。また、導入層３４ａ，３４ｂの図示上縁部には、溶液供給配管１５１と連通可能に接続された導入口３５ａ，３５ｂが開口接続されており、導入層３４ａ，３４ｂの図示下縁部には、溶液回収配管１５２と連通可能に接続された回収口３６ａ，３６ｂが開口接続されている。
【００３１】
アノード側拡散電極３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方のカソード側拡散電極３２ｂには酸化ガスとしての空気（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じて単セル２の起電力が得られる。
【００３２】
図２に戻り、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）は、ガス不透過性の導電性材料、例えば、導電性を有する硬質樹脂、又は、カーボン、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）で形成されている。また、カーボンやメタルの基材の表面が、導電性を有する硬質樹脂でコーティングされたものを、セパレータ２０（２０ａ，２０）として用いてもよい。さらに、その基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されてもよい。
【００３３】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。セパレータ２０ａ，２０ｂが、板状の金属基材で形成されたもの（メタルセパレータ）であれば、これらの流路は、例えばプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路により、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には空気のガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている。
【００３４】
さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂは、そのような流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的には、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、同様に、セパレータ２０ｂにおいては、空気のガス流路３４を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３４を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。
【００３５】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、及び冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは、例えば各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形又は台形の孔によって形成されている。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂの反対側の端部には、空気の出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、及び冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも、例えば略矩形又は台形の孔によって形成されている。なお、これらの各マニホールドは、図５及び図６においてはａ，ｂの添字を省略した符号で示されている。
【００３６】
上述の各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１及び出口側の連絡通路６２を介して、それぞれ水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける空気用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３及び出口側の連絡通路６４を介して、それぞれ空気のガス流路３４に連通している。
【００３７】
さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５及び出口側の連絡通路６６を介して、それぞれ冷却水流路３６に連通している。
【００３８】
以上のような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、単セル２に、空気、水素ガス及び冷却水が供給されるようになっている。具体的には、単セル２が積層された場合、例えば水素ガスが、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０での発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出する。
【００３９】
シール部材１３ａ，１３ｂは、ともに複数の部材（例えば、図示の如く、小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で構成されたものである。シール部材１３ａは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるものであり、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるものであり、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。
【００４０】
さらに、隣接する単セル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば、図示の如く、小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成されたシール部材１３ｃが設けられている。このシール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間を封止するためのものである。これらのシール部材１３ａ〜１３ｃは、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤で形成されてもよいし、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）を用いてもよい。
【００４１】
枠状部材４０は、ＭＥＡ３０とともにセパレータ２０ａ，２０ｂ間に挟持される例えば樹脂から成る部材（樹脂フレームともいう）である。例えば、樹脂製の薄い枠状部材４０をセパレータ２０ａ，２０ｂ間に介在させ、枠状部材４０によってＭＥＡ３０の少なくとも一部、例えば周縁部３３に沿った部分を表側と裏側から挟持する。なお、図２においては、セパレータ２０ｂ側に設けられた枠状部材４０の図示を省略した。この枠状部材４０は、締結力を支持するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を補強する補強部材としての機能を有する。
【００４２】
図４及び図５は、それぞれ、燃料電池１の要部及び全体の概略構成を示す斜視図であり、図６は、燃料電池１の側面図である。燃料電池１は、複数の単セル２を積層したスタック３（セル積層体；燃料電池）を備え、スタック３の両端に位置する単セル２，２の外側に、出力端子５付きの集電板６，６、絶縁板７，７及びエンドプレート８，８がこの順に配置された構造を有している。
【００４３】
また、スタック３はテンションプレート９によって積層状態で拘束されている。テンションプレート９は両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられているものであり、例えば一対がスタック３の両側に対向するように配置される。テンションプレート９は、各エンドプレート８，８に接続され、単セル２の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させた状態を維持する。また、テンションプレート９の内側面（スタック３を向く面）には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜（図示省略）が形成されている。
【００４４】
また、スタック３に締結力（圧縮荷重）を作用させる部材（弾性モジュール）としては、互いに並列に配置されたコイルスプリング等の弾性体１１と、これら複数の弾性体１１を積層方向にて挟持する一対の板状部材１２とがスタック３の一端に配置されたものが挙げられる。また、板状部材１２とエンドプレート８との間には接続部材１３が介在しており、この接続部材１３自体の可撓性又はピボット状に接触する構成等によって首振り可能な構造が実現されている。これにより、多数（例えば２００〜４００程度）の単セル２を積層した結果、スタック３が例えば台形に近似した状態になる等側方への偏りが生じて歪んでも、接続部材１３を中心として首を振る動きをすることにより、偏りに応じた分だけ適宜角度を変えて歪みを矯正することが可能である。
【００４５】
さらに、接続部材１３がねじ部を備えていると、その回転により板状部材１２とエンドプレート８との間隔を変化させることができ、これによりスタック３の全体厚み（全体長さ）を微調整することができる。これにより、スタック３に作用する締結力の微調整も行い易い。かかるねじ部付き接続部材１３としては、すりわり付き止めねじ等の荷重調整ねじと呼ばれるものを利用できる。
【００４６】
このように構成された燃料電池システム１０１において、本発明による触媒再生方法の一実施形態を実行するときの手順の一例を説明する。
【００４７】
まず、下記の手順でアノード側拡散電極３２ａの触媒層３２ａ１の再生を行う。すなわち、燃料電池システム１の運転を停止した状態で、ポンプＰを駆動し、溶液貯留容器１５０から溶液供給配管１５１を通して触媒溶液ＳをＭＥＡ３０の導入口３５ａへ送出する。触媒溶液Ｓは、導入口３５を通って導入層３４ａへ到達し、回収口３６ａへ向かって流動し導入層３４ａを満たす。さらに、触媒溶液Ｓは、導入層３４ａから触媒層３２ａ１へ浸透する。このようにして、触媒溶液Ｓを触媒層３２ａ１に供給する（溶液供給ステップ）。それから、ポンプＰの運転を停止して、又は、運転しながら、適宜の手段で、電極３２ａ，３２ｂに、触媒溶液Ｓ中の触媒金属（イオン）が電気化学反応によってカーボン担体上に析出するような適宜の電位を、所定時間（例えば、１分程度）印加する。これにより、触媒層３２ａ１のカーボン担体上に触媒金属を析出させる（析出ステップ）。触媒溶液Ｓは、ポンプＰの運転により、導入層３４ａから回収口３６ａへ流動し、回収口３６ａを通って溶液回収配管１５２へ送出され、溶液貯留容器１５０に回収する（溶液回収ステップ）。
【００４８】
次に、アノード側拡散電極３２ａに対する上記手順と同様にして、カソード側拡散電極３２ｂの触媒層３２ｂ１の再生を行う。すなわち、燃料電池システム１の運転を停止した状態で、ポンプＰを駆動し、溶液貯留容器１５０から溶液供給配管１５１を通して触媒溶液ＳをＭＥＡ３０の導入口３５ｂへ送出する。触媒溶液Ｓは、導入口３５を通って導入層３４ｂへ到達し、回収口３６ｂへ向かって流動し導入層３４ａを満たす。さらに、触媒溶液Ｓは、導入層３４ｂから触媒層３２ｂ１へ浸透する。このようにして、触媒溶液Ｓを触媒層３２ｂ１に供給する（溶液供給ステップ）。それから、ポンプＰの運転を停止して、又は、運転しながら、適宜の手段で、電極３２ａ，３２ｂに、触媒溶液Ｓ中の触媒金属（イオン）が電気化学反応によってカーボン担体上に析出するような適宜の電位を、所定時間（例えば、１分程度）印加する。これにより、触媒層３２ｂ１のカーボン担体上に触媒金属を析出させる（析出ステップ）。触媒溶液Ｓは、ポンプＰの運転により、導入層３４ｂから回収口３６ｂへ流動し、回収口３６ｂを通って溶液回収配管１５２へ送出され、溶液貯留容器１５０に回収する（溶液回収ステップ）。
【００４９】
このような構成の燃料電池システム１０１、及び上記触媒再生方法によれば、触媒層３２ａ１，３２ｂ１の触媒金属を担持するカーボン担体の酸化によって触媒が溶出したり、異常発熱によって触媒が焼結して破損したりして触媒量が減少してしまった場合でも、カーボン担体上に新たな触媒金属を電気化学的に析出させるので、その触媒量の減少分を補うことができ、これにより、触媒を再生することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑えることができる。また、燃料電池の寿命を増長させることが可能となる。
【００５０】
また、触媒層３２ａ１，３２ｂ１に供給された触媒溶液Ｓの残部は、溶液回収配管１５２を通して溶液貯留容器１５０に回収されるので、燃料電池システム１内で再利用できる。よって、触媒として高価な貴金属系触媒を用いた場合でも、それを無駄にすることなく有効に使用できるので、経済性を向上させることができる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、アノード側拡散電極３２ａの触媒再生とカソード側拡散電極３２ｂの触媒再生を交互に行わず、同時に行ってもよい。この場合、電極３２ａ，３２ｂを同極性の電極とし、対抗極となる電極を別途ＭＥＡに設けてもよい。また、カソード側拡散電極３２ｂの触媒再生のみを行うようにしてもよい。この場合、導入層３４ａ、導入口３５ａ、及び回収口３６ａは不要である。さらに、触媒再生は、スタック３の状態で行っても、単セル２の状態で行っても、さらには、単セル２を分解してＭＥＡ３０の状態で行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の触媒再生装置、燃料電池システム、触媒再生方法、及び燃料電池システムの運転方法は、燃料電池に用いられる触媒を再生することができ、燃料電池の性能低下を抑え且つ寿命を伸長させることが可能であるので、車両、船舶、飛行機、携帯機器等の各種移動体に搭載される電源装置、ロボット等の自走可能なものに搭載される発電システムはもちろん、燃料電池を定置用として用いる商用及び家庭用のコージェネレーション（熱電併給）システム等の設備等にも広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】単セル２の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】ＭＥＡ３０の概略断面図である。
【図４】燃料電池１の要部の概略構成を示す斜視図である。
【図５】燃料電池１の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図６】燃料電池１の側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池、２…単セル（燃料電池）、３…スタック（燃料電池）、５…出力端子、６…集電板、７…絶縁板、８…エンドプレート、９…テンションプレート、１１…弾性体、１２…板状部材、１３…接続部材、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…シール部材、１５ａ，１６ａ，１７ａ…入口側マニホールド、１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ…出口側マニホールド、２０（２０ａ，２０ｂ）…セパレータ、３１…電解質膜、３２ａ…アノード側拡散電極、３２ｂ…カソード側拡散電極、３２ａ１，３２ｂ１…触媒層、３２ａ２，３２ｂ２…拡散層、３３…周縁部、３４，３５…ガス流路、３６…冷却水流路、３４ａ，３４ｂ…導入層、３５ａ，３５ｂ…導入口、３６ａ，３６ｂ…回収口、４０…枠状部材、６１，６２，６３，６４，６５，６６…連絡通路、１０１…燃料電池システム、１０３…空気供給系、１０４…水素ガス供給系、１０５…触媒再生装置、１０９…制御部、１１１，１２２…供給配管、１１２，１２３，１２５…排出配管、１１３…フィルタ、１１４…コンプレッサ、１１５…加湿器、１１６…背圧調整弁、１２１…高圧タンク、１２３…循環配管、１２４…水素ポンプ、１２７…レギュレータ、１３０…気液分離器、１３１…ドレイン弁、１３２…流体配管、１３３…パージ弁、１５０…溶液貯留容器、１５１…溶液供給配管、１５２…溶液回収配管、１９１…演算処理・記憶部、１９２…入出力インターフェイス、Ａ…合流点、Ｅ…排出系、Ｐ…ポンプ、Ｓ…触媒溶液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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