(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両面に電極を配置した電極アセンブリの周囲にシール層が配設され該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前記シール層に接着され一方の電極側に燃料ガス通路が他方の電極側に酸化ガス通路が形成された燃料電池を分解する方法であって、
前記燃料電池の分解時に流体供給を行うこと（以下「燃料電池の分解時の流体供給」という）により前記燃料電池の分解を助長するステップ、
を含み、
前記燃料電池の分解時の流体供給では、前記燃料電池の発電時の流体供給よりも通路内圧力が高くなるように、前記シール層の接着力を低下させる機能を有する水又は有機溶剤を供給する、
燃料電池分解方法。
【請求項２】
前記燃料電池の分解時の流体供給は、前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の両方に行う、請求項１記載の燃料電池分解方法。
【請求項３】
前記燃料電池の分解時の流体供給を行う際、前記セパレータを押さえるか又は囲う、請求項１又は２に記載の燃料電池分解方法。
【請求項４】
前記燃料電池の分解時の流体供給では、前記燃料電池の発電時の流体供給よりも高い温度の流体を供給する、請求項１〜３のいずれか記載の燃料電池分解方法。
【請求項５】
前記燃料電池の分解時の流体供給を行う際、該流体供給とは別に前記一対のセパレータが互いに離間する方向の外力を加える、請求項１〜４のいずれか記載の燃料電池分解方法。
【請求項６】
前記燃料電池の分解時の流体供給は、前記燃料電池の発電時に前記一対のセパレータを互いに接近する方向に加えていた押圧力を弱めたあとに行う、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池分解方法。
【請求項７】
前記ステップでは、前記燃料電池が複数積層されてセルスタック又はセルモジュールとなっている状態で該燃料電池の分解を助長する、請求項６に記載の燃料電池分解方法。
【請求項８】
燃料電池同士の密着面又は燃料電池と冷媒通路用セパレータとの密着面に形成された冷媒通路から冷媒が漏れ出すのを防止する冷媒シール層を有する燃料電池積層体を分解する方法であって、
前記燃料電池の分解時に前記冷媒通路に流体供給を行うことにより前記燃料電池同士の密着面又は前記燃料電池と前記冷媒通路用セパレータとの密着面に介在する冷媒の少なくとも一部を除去し、その後、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池分解方法のステップを実施する、
燃料電池分解方法。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池としては、電解質の両面に電極が配置された電極アセンブリと、この電極アセンブリの周囲に配設されたシール層と、電極アセンブリを両面から挟み込んだ状態でシール層と接着され一方の電極側に燃料ガス通路が他方の電極側に酸化ガス通路が形成された一対のセパレータと、を備えたものが知られている。この種の燃料電池では、燃料ガス通路に燃料ガスとして水素を供給すると共に酸化ガス通路に酸化ガスとしてエアを供給すると、燃料ガス通路に面する電極（アノード）で水素がプロトンと電子に分かれ、そのうちのプロトンが電解質を通ってもう一方の電極（カソード）へ移動し、電子は外部回路を通ってカソードへ移動し、カソードでエア中の酸素とプロトンと電子とが反応して水が生成する。この反応により起電力が生じる。ここで、シール層は、両セパレータを接着する接着剤の層であり、各電極の外周部分で酸素と水素が直接接触するのを防ぐ役割を果たしている。
【０００３】
ところで、使用済みの燃料電池から高価な電極アセンブリ（特に貴金属触媒を含む電極）を回収したり、使用済みの燃料電池を分別して廃棄したり、使用済みの燃料電池の電極アセンブリの性能を評価したりするために、燃料電池を分解したい場合がある。このため、例えば特許文献１では、燃料電池のシール層とセパレータとの間に線状部材を設けておき、燃料電池を分解するときにはこの線状部材を外方向へ引っ張ることで線状部材によりシール層とセパレータとを剥離させるものが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１５１１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の燃料電池では、線状部材とシール層がしっかりとくっついている場合には、線状部材を外方向へ引っ張っても線状部材が動かなかったり線状部材が途中で切れてしまったりするおそれがあるため、シール層を確実に剥離させることは難しく、燃料電池の分解の確実性に欠けていた。また、燃料電池を複数積層した燃料電池積層体のうち局所的に劣化した燃料電池を個別に交換するために、燃料電池積層体を燃料電池単位（セル単位）で分解したいという要望もあるが、特許文献１にはこの点に関する技術の開示がない。
【０００５】
本発明は、必要なときに確実に分解することのできる燃料電池分解方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池分解方法は、電解質の両面に電極を配置した電極アセンブリの周囲にシール層が配設され該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前記シール層に接着され一方の電極側に燃料ガス通路が他方の電極側に酸化ガス通路が形成された燃料電池を分解する方法であって、
前記燃料電池の分解時に流体供給を行うこと（以下「燃料電池の分解時の流体供給」という）により前記燃料電池の分解を助長するステップ、
を含み、
前記燃料電池の分解時の流体供給では、前記燃料電池の発電時の流体供給よりも通路内圧力が高くなるように、前記シール層の接着力を低下させる機能を有する水又は有機溶剤を供給するものである。
【０００８】
この燃料電池分解方法では、燃料電池の分解時に流体供給を行うことにより、燃料電池の分解を助長する。ここで、燃料電池の分解時の流体供給によりセパレータが外れないときには、その後作業者が外力を加えるか治具を利用して外力を加えることによりセパレータを外すが、接着力が低下している等のため特許文献１の場合に比べて容易に剥離させることができる。一方、燃料電池の分解時の流体供給によりセパレータが外れたときには、そもそもこのような剥離操作の必要はない。このように、本発明の燃料電池分解方法によれば、必要なときに確実に燃料電池を分解することができる。また、燃料電池の発電時よりも高められた通路内圧力によってセパレータが外れる力が働くため、その力を利用して燃料電池を分解することができる。このとき、セパレータを押さえておくか囲っておくことが好ましい。こうすれば、例えば通路内圧力が高まったとしてもセパレータが飛ぶことを防止することができる。ここで、有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類などが挙げられる。シール層とセパレータ又は電極アセンブリとの境界部分に吸水性樹脂が添加されているときには水（熱湯を含む）を採用してもよい。この場合、吸水性樹脂が水を吸収して膨張することによりシール層とセパレータ又は電極アセンブリとの境界部分の接着力が低下する。
【０００９】
ここで、燃料電池の分解を助長するとは、例えば、シール層とセパレータとを剥離したり、シール層と電極アセンブリとを剥離したり、シール層とセパレータとの接着力を低下させたり、シール層と電極アセンブリとの接着力を低下させたり、セパレータの内面に破断用ガイド（溝など）を設けた場合にはその破断用ガイドを起点として破断したりする等、燃料電池を分解しやすくすることを指す。また、シール層とは、一対のセパレータ同士の隙間を密封する性能を有するものをいい、例えば接着剤やガスケットなどが挙げられる。また、接着剤やガスケットの材質としては、例えばフッ素樹脂材やシリコーン樹脂材などが挙げられる。
【００１０】
本発明は、どのタイプの燃料電池でも適用可能であり、例えば固体電解質膜形（高分子電解質形）、固体酸化物形、溶融炭酸塩形、リン酸形、アルカリ水溶液形等の燃料電池に適用可能である。また、燃料電池の分解時の流体供給は、流体の種類、圧力及び温度の少なくとも一つが燃料電池の発電時の流体供給と異なるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の燃料電池分解方法において、前記燃料電池の分解時の流体供給は燃料ガス通路及び酸化ガス通路の両方に行うようにしてもよい。ただし、セパレータに燃料電池の温度を調整するための冷媒通路が設けられているときであってこの冷媒通路に流体供給（例えば燃料電池の発電時とは異なる流体供給）を行うことにより燃料電池の分解を助長できるときには、この冷媒通路を利用してもよい。
【００１３】
本発明の燃料電池分解方法において、前記燃料電池の発電時の流体供給よりも通路内圧力が高くなるように流体を供給したあと該通路内圧力が低くなるように流体を供給するという操作を繰り返してもよい。
【００１５】
本発明の燃料電池分解方法において、前記燃料電池の分解時の流体供給では、前記燃料電池の発電時の流体供給よりも高い温度の流体を供給してもよい。このときの温度は、シール層とセパレータ又は電極アセンブリとの境界部分の接着力が低下する温度に設定することが好ましい。例えば、シール層とセパレータ又は電極アセンブリとの境界部分に熱膨張性樹脂が添加されているときには、その熱膨張性樹脂が熱膨張するときの温度以上に設定すればよい。この場合、熱膨張性樹脂が熱で膨張することによりシール層とセパレータ又は電極アセンブリとの境界部分の接着力が低下する。
【００１６】
本発明の燃料電池分解方法において、前記燃料電池の分解時の流体供給を行う際、該流体供給とは別に前記一対のセパレータが互いに離間する方向の外力を加えてもよい。こうすれば、燃料電池の分解時の流体供給によりシール層とセパレータ又は電極アセンブリとを剥離させるかシール層とセパレータ又は電極アセンブリとの接着力を低下させるときに、一対のセパレータが互いに離間する方向の外力が加えられているため、シール層とセパレータ又は電極アセンブリとを剥離しやすい。
【００１７】
本発明の燃料電池分解方法において、前記燃料電池の分解時の流体供給は、前記燃料電池の発電時に前記一対のセパレータを互いに接近する方向に加えていた押圧力を弱めたあとに行うようにしてもよい。こうすれば、燃料電池の分解時の流体供給を行うと、押圧力が弱められている分、一対のセパレータを離間する力が働きやすくなり、燃料電池の分解が助長される。このとき、燃料電池の分解時の流体供給は、燃料電池の発電時の流体供給と同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００１８】
本発明の燃料電池分解方法において、前記ステップでは、前記燃料電池が複数積層されてセルスタック又はセルモジュールとなっている状態で該燃料電池の分解を助長するようにしてもよい。但し、言うまでもないが、本発明は、燃料電池が単独の状態で該燃料電池の分解を助長することを排除するものではない。
【００１９】
本発明の燃料電池分解方法は、燃料電池同士の密着面又は燃料電池と冷媒通路用セパレータとの密着面に形成された冷媒通路から冷媒が漏れ出すのを防止する冷媒シール層を有する燃料電池積層体を分解する方法であって、
前記燃料電池の分解時に前記冷媒通路に流体供給を行うことにより前記燃料電池同士の密着面又は前記燃料電池と前記冷媒通路用セパレータとの密着面に介在する冷媒の少なくとも一部を除去し、その後、上述した燃料電池分解方法（請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池分解方法）のステップを実施してもよい。
【００２０】
この方法では、燃料電池同士の密着面又は燃料電池と冷媒通路用セパレータとの密着面に介在する冷媒の少なくとも一部を例えば乾燥や吹き飛ばし等で除去することにより該密着面の密着力が弱まるため、該密着面を剥離しやすくなる。また、燃料電池の燃料ガス通路及び酸化ガス通路の少なくとも一方に流体供給を行うことにより燃料電池の分解が助長される。このため、燃料電池積層体から燃料電池を取り出したり燃料電池を分解したりする作業が容易になる。なお、本明細書において、冷媒は、燃料電池の冷却に用いられるほか、燃料電池の温度が低いときには暖機に用いられることもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて以下に説明する。
【実施例】
【００３３】
［第１実施例］
図１は、本実施例の燃料電池１０の概略構成を表す説明図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３４】
本実施例の燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池であって、主として、固体電解質膜３の両面に電極４，５が配置された膜電極アセンブリ(Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという)２と、このＭＥＡ２の周囲に配設されたシール層８と、ＭＥＡ２を両面から挟み込んだ状態でシール層８と接着された一対のセパレータ６，７とを備えている。この燃料電池１０は、単セルと呼ばれるものであり起電力が０．６〜０．８Ｖ程度である。このため、例えば車両の駆動モータの供給電源として使用する場合には、多数の燃料電池１０を緊密に積層することで数百Ｖの直流電源とする。
【００３５】
ＭＥＡ２は、固体電解質膜３を二つの電極、つまり燃料極であるアノード４と酸素極であるカソード５とで挟みこんだものである。本実施例のＭＥＡ２は、固体電解質膜３の面積がアノード４やカソード５の面積よりも大きい。ここで、固体電解質膜３は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製された膜であり、具体的にはフッ素系樹脂により形成された膜（デュポン社製のナフィオン膜等）などが挙げられる。また、アノード４及びカソード５は、それぞれ触媒電極４ａ，５ａとガス拡散電極４ｂ，５ｂとによって構成されている。触媒電極４ａ，５ａは、固体電解質膜３に接触する側に位置し、白金微粒子を担持させた導電性カーボンブラックにより形成されている。一方、ガス拡散電極４ｂ，５ｂは、触媒電極４ａ，５ａに積層され、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、触媒電極４ａ，５ａに含まれる白金は、水素をプロトンと電子に分けるのを促進したり酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する作用を有するものであるが、同様の作用を有するものであれば白金以外のものを用いてもよい。また、ガス拡散電極４ｂ，５ｂは、カーボンクロスのほか、炭素繊維からなるカーボンペーパーまたはカーボンフェルトによって形成してもよく、十分なガス拡散性および導電性を有していればよい。
【００３６】
一対のセパレータ６，７は、それぞれガス不透過の導電性部材、本実施例ではカーボンを圧縮してガス不透過とした成形カーボンにより形成されている。両セパレータ６，７は、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔６ａ，７ａと、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂと、酸化ガスを供給するための酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃと、酸化ガスを排出するための酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄと、冷媒（例えば冷却液）を供給するための冷媒供給孔６ｅ，７ｅと、冷媒を排出するための冷媒排出孔６ｆ，７ｆとを備えている。また、一方のセパレータ６には、ＭＥＡ２のアノード４と接触する面に燃料ガスを通過させる燃料ガス通路６ｇが形成され、他方の面に冷媒を通過させる冷媒通路（図示略）が形成されている。このうち、燃料ガス通路６ｇは複数の凹溝で構成され燃料ガス供給孔６ａや燃料ガス排出孔６ｂには通じているが他の孔には通じておらず、冷媒通路は冷媒供給孔６ｅや冷媒排出孔６ｆには通じているが他の孔には通じていない。セパレータ６のうち燃料ガス通路６ｇの外周には、シール層８と接着される樹脂コーティング層１１が形成されている。この樹脂コーティング層１１は、熱水に浸漬すると発泡膨張して容易に剥離する接着剤（例えば化研テック社のエコセパラＣＴ−１６８３，ＣＴ−１６８７タイプのエポキシ系シール材など）で形成されている。もう一方のセパレータ７には、ＭＥＡ２のカソード５と接触する面に酸化ガスを通過させる酸化ガス通路７ｇが形成され、他方の面に冷媒を通過させる冷媒通路（図示略）が形成されている。このうち、酸化ガス通路７ｇは複数の凹溝で構成され酸化ガス供給孔７ｃや酸化ガス排出孔７ｄには通じているが他の孔には通じておらず、冷媒通路は冷媒供給孔７ｅと冷媒排出孔７ｆには通じているが他の孔には通じていない。セパレータ７のうち酸化ガス通路７ｇの外周には、シール層８と接着される樹脂コーティング層１２が形成されている。この樹脂コーティング層１２は、樹脂コーティング層１１と同じものである。なお、セパレータ６，７は上述したようにカーボン製のほか金属製でもよい。
【００３７】
シール層８は、ＭＥＡ２の固体電解質膜３のうちアノード４やカソード５が設けられていない外周部分の全周にわたって接着剤を固化することにより形成した層である。このシール層８は、セパレータ６，７とは樹脂コーティング層１１，１２を介して接着されている。つまり、シール層８とセパレータ６，７との境界部分には、樹脂コーティング層１１，１２が存在する。また、シール層８は、固体電解質膜３とセパレータ６によって囲まれる燃料ガスが存在する空間をシールすると共に固体電解質膜３とセパレータ７によって囲まれる酸化ガスが存在する空間をシールしている。なお、シール層８には、セパレータ６，７に設けられた各孔６ａ〜６ｆ，７ａ〜７ｆの位置に合わせて貫通孔が設けられている。
【００３８】
次に、燃料電池１０の発電について説明する。燃料電池１０を発電させるには、燃料電池１０の外部から、燃料ガス供給孔６ａ，７ａに燃料ガスとして加湿した水素を供給すると共に酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃに酸化ガスとしてエアを供給する。すると、水素は燃料ガス供給孔６ａから燃料ガス通路６ｇを経て燃料ガス排出孔６ｂへと流れたあと外部へ排出され、エアは酸化ガス供給孔６ｃから酸化ガス通路７ｇを経て酸化ガス排出孔７ｄへと流れたあと外部へ排出される。そして、燃料ガス通路６ｇを通過する水素は、アノード４のガス拡散電極４ｂで拡散されて触媒電極４ａに至り、この触媒電極４ａでプロトンと電子に分かれる。このうちプロトンは湿潤状態の固体電解質膜３を伝導してカソード５に移動し、電子は図示しない外部回路を通ってカソードに移動する。また、酸化ガス通路７ｇを通過するエアは、カソード５のガス拡散電極５ｂで拡散されて触媒電極５ａに至る。そして、カソード５でプロトンと電子とエア中の酸素とが反応して水が生成し、この反応により起電力が生じる。また、燃料電池１０を発電に適した温度域（例えば７０〜８０℃）に維持するために、外部から冷媒供給孔６ｅ，７ｅへ冷媒を供給する。この冷媒は、セパレータ６，７に設けられた図示しない冷媒通路を経て冷媒排出孔６ｆ，７ｆから排出され、図示しない熱交換器で低温化されたあと再び冷媒供給孔６ｅ，７ｅへ供給される。なお、ＭＥＡ２の固体電解質膜３はプロトンを伝導する役割を果たすほか、燃料電池１０の内部でエアと水素とが直接接触するのを防ぐ隔離膜としての役割も果たしている。また、シール層８は、ＭＥＡ２の外周部分でエアと水素とが混合するのを防止すると共に、これらのガスが燃料電池１０の外部へ漏れ出すのを防止している。
【００３９】
次に、この燃料電池１０を分解する必要が生じたときの分解手順について図２〜図４に基づいて説明する。図２は燃料電池１０の各ガス通路６ｇ，７ｇに熱湯を供給する様子を表す説明図、図３は各ガス通路６ｇ，７ｇに供給された熱湯がシール層８に及ぼす力の向きを表す説明図、図４は燃料電池１０を分解したときの様子を表す説明図である。
【００４０】
まず、図２に示すように、燃料電池１０の燃料ガス供給孔６ａ，７ａと酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃにゴム製の流体供給キャップ２１，２２を嵌め込むと共に、燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂと酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄにゴム製の封止キャップ２３，２４を嵌め込む。流体供給キャップ２１は、燃料ガス供給孔６ａ，７ａの内周面に密着するキャップ本体２１ａと、キャップ本体２１ａの正面側に接続されたチューブ２１ｂと、キャップ本体２１ａの下面に設けられ燃料ガス通路６ｇの入口と連通する吐出口２１ｃとを備え、チューブ２１ｂと吐出口２１ｃとはキャップ本体２１ａの内部に形成された図示しない通路を介して繋がっている。また、流体供給キャップ２２も、流体供給キャップ２１と同様、キャップ本体２２ａと、チューブ２２ｂと、酸化ガス通路７ｇの入口と連通する吐出口２２ｃとを備えている。一方、封止キャップ２３は、燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂの内周面に密着する形状に形成され、燃料ガス通路６ｇの出口を密封するものである。また、封止キャップ２４も、封止キャップ２３と同様、酸化ガス通路７ｇの出口を密封するものである。
【００４１】
続いて、図示しないポンプを駆動して、流体供給キャップ２１のチューブ２１ｂ及び吐出口２１ｃを介して燃料ガス通路６ｇに熱湯を供給すると共に、流体供給キャップ２２のチューブ２２ｂ及び吐出口２２ｃを介して酸化ガス通路７ｇに熱湯を供給する。この熱湯は、シール層８の樹脂コーティング層１１，１２が剥離する温度に設定されている。このとき、燃料ガス通路６ｇの出口及び酸化ガス通路７ｇの出口は密封されているため、熱湯を供給し続けると各通路６ｇ，７ｇの内圧つまり通路内圧力が上昇していき、ついには燃料電池１０に発電させる際の通路内圧力を超える。このように高い通路内圧力は、燃料ガス通路６ｇにおいては図３の矢印方向つまり燃料ガス通路６ｇの外方向に広がる力を及ぼし、酸化ガス通路７ｇにおいても図示しないが酸化ガス通路７ｇの外方向に広がる力を及ぼす。そして、このように高い通路内圧力によって、燃料ガス通路６ｇを形成するガス拡散電極４ｂとセパレータ６とが拡開されてガス拡散電極４ｂとセパレータ６との間に隙間が生じると共に、酸化ガス通路７ｇを形成するガス拡散電極５ｂとセパレータ７とが拡開されてガス拡散電極５ｂとセパレータ７との間に隙間が生じる。すると、これらの隙間から外方向へと熱湯が流出して樹脂コーティング層１１，１２が熱湯に浸漬するため、樹脂コーティング層１１，１２が発泡膨張し、セパレータ６，７がＭＥＡ２の固体電解質膜３から剥離する。しかも、高い通路内圧力によりシール層８とセパレータ６，７の樹脂コーティング層１１，１２とを離間させる力が働くため、剥離が助長される。このときの様子を図４に示す。なお、このときの通路内圧力は、シール層８とセパレータ６，７とが剥離するまで高めるようにしてもよいし、予めこれらが剥離するときの所定圧を実験により求めておきその所定圧になるようポンプを駆動して加圧してもよい。また、樹脂コーティング層１１，１２はセパレータ６，７からも剥離することがある。
【００４３】
以上詳述した本実施例によれば、燃料電池１０に発電させる際の流体供給とは異なる流体供給を行うことにより、通路内圧力が高まることと樹脂コーティング層１１，１２が熱湯に浸漬されて発泡膨張することから、シール層８とセパレータ６，７とが剥離する。したがって、確実に燃料電池１０を分解することができる。また、仮に剥離するには至らなかったとしてもシール層８とセパレータ６，７との接着力がかなり低下するため、その後作業者が外力を加えるか治具を利用して外力を加えることにより特許文献１に比べて容易に剥離させることができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４５】
例えば、上述した実施例では、セパレータ６，７のうちシール層８と接着する面に樹脂コーティング層１１，１２を形成したが、セパレータ６に樹脂コーティング層１１，１２を形成するのではなく、シール層８のうちセパレータ６，７と接着する面に樹脂コーティング層を形成してもよい。あるいは、図５（ａ）に示すように、ＭＥＡ２の固体電解質膜３のうちシール層８と接着する面に樹脂コーティング層１３，１４を形成してもよい。この場合、各ガス通路６ｇ，７ｇに熱湯を供給して発電時よりも高圧となるよう加圧することにより、図５（ｂ）に示すようにシール層８とＭＥＡ２の固体電解質膜３とを剥離することができる。あるいは、図６（ａ）に示すように、樹脂コーティング層１１，１２を形成せずシール層８を化研テック社のエコセパラＣＴ−１６８３，ＣＴ−１６８７タイプのエポキシ系シール材などのように熱水に浸漬すると発泡膨張して容易に剥離する接着剤で形成してもよい。この場合、各ガス通路６ｇ，７ｇに熱湯を供給して発電時よりも高圧となるよう加圧することにより、図６（ｂ）に示すようにシール層８と固体電解質膜３とセパレータ６，７とを剥離することができる。あるいは、図６において、シール層８を通常の材料（例えばエポキシ樹脂等）で形成し、各ガス通路６ｇ，７ｇに液体を供給して発電時よりも高圧となるよう加圧することによりシール層８とセパレータ６，７とを剥離させてもよい。
【００４６】
また、上述した実施例において、燃料電池１０を分解すべく熱湯を各ガス通路６ｇ，７ｇに供給する際、一対のセパレータ６，７が互いに離間する方向の外力を加えてもよい。例えば、図７に示すように、略四角形の燃料電池１０の四辺に、先端がくさび形に形成された挿入部材２５をセパレータ６，７の間に挿入可能な位置に配置してバネ２６によりセパレータ６，７の間に挿入する方向に付勢してもよい。こうすれば、熱湯を各ガス通路６ｇ，７ｇに供給することによりシール層８とセパレータ６，７との接着力が低下すると挿入部材２５がセパレータ６，７の間に入り込み（図７（ａ）の１点鎖線参照）、両者を離間させるため、シール層８とセパレータ６，７とが剥離しやすい。
【００４７】
更に、上述した実施例では、燃料ガス通路６ｇ及び酸化ガス通路７ｇの通路内圧力を燃料電池１０に発電させる際よりも高めているため、シール層８から剥離したセパレータ６が飛ぶことのないようにセパレータ６を押さえておくか囲っておくことが好ましい。例えば、図８に示すようにセパレータ６の上に押さえ板３１を載せ、この押さえ板３１をバネ３２で下向きに付勢してもよい。このとき、バネ３２の付勢力はシール層８からセパレータ６，７が剥離するのを阻止しない程度の大きさに設定するのが好ましい。あるいは、図９に示すようにセパレータ６の上面の外周部分を隙間をもって覆う囲い３３を設けてもよい。
【００４８】
更にまた、上述した実施例では、燃料電池１０を分解する際に樹脂コーティング層１１，１２を発泡膨張させるために熱湯を各ガス通路６ｇ，７ｇに供給したが、シール層８を溶かしたり軟化したりする機能を有する有機溶剤や剥離剤を加熱して又は常温で各ガス通路６ｇ，７ｇに供給してもよい。有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類などが挙げられる。また、剥離剤としては、界面活性剤などが挙げられる。この場合、シール層８の接着力が有機溶剤によって低下するため、その後作業者がセパレータ６，７を離間させるようにするか図７の挿入部材２５によりセパレータ６，７が離間する方向の外力を加えることにより、シール層８とセパレータ６，７とを容易に剥離することができる。なお、この場合、樹脂コーティング層１１，１２は形成してもよいし形成しなくてもよい。また、通路内圧力は発電時と同等であってもよいが、発電時よりも高圧にして通路内圧力によりシール層８とセパレータ６，７とを拡開させる力を作用させることが好ましい。
【００５０】
そして更に、上述した実施例において、樹脂コーティング層１１，１２を形成するのではなく、図１０（ａ）に示すようにセパレータ６，７の内面に周方向に沿って連続的又は断続的な溝４０，４０を破断用ガイドとして設け、各ガス通路６ｇ，７ｇに液体を供給して発電時よりも高圧となるよう加圧することにより、図１０（ｂ）に示すように溝４０，４０を起点としてセパレータ６，７を破断してもよい。この場合、セパレータ６が飛ぶことのないようにセパレータ６を押さえておくか囲っておくことが好ましい（図８及び図９参照）。
【００５１】
そして更にまた、上述した実施例では固体電解質膜形（高分子電解質形）の燃料電池について説明したが、他のタイプの燃料電池、例えば固体酸化物形、溶融炭酸塩形、リン酸形、アルカリ水溶液形等の燃料電池についても同様にして本発明を適用することができる。また、上述した実施例では、シール層８として、接着剤を固化して形成したものを採用したが、ガスケットを採用してもよい。接着剤やガスケットの材質としては、例えばフッ素樹脂材やシリコーン樹脂材などが挙げられる。
【００５２】
［第２実施例］
第２実施例は、複数の燃料電池１０を緊密に積層したセルスタック５０に関するものである。図１１は、発電時のセルスタック５０の斜視図であり、図１２は、図１１のＢ−Ｂ断面図である。なお、図中、燃料電池１０の構成要素については第１実施例と同じ符号を付した。
【００５３】
セルスタック５０は、図１１に示すように、第１実施例の燃料電池１０を複数重ね合わせた状態で両端に絶縁板５１，５２を介してエンドプレート５３，５４を配置し、両エンドプレート５３，５４を図示しない加圧装置により圧縮方向に押圧力Ｆ１を加えて緊密に積層したものであり、数百Ｖの電源として用いられるものである。図１１で手前側のエンドプレート５３は、絶縁板５１を介して燃料電池１０の燃料ガス供給孔６ａ，７ａ、酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃ及び冷媒供給孔６ｅ，７ｅにそれぞれ燃料ガス、酸化ガス及び冷媒を供給するパイプ６０ａ，６０ｃ，６０ｅを備えていると共に、同じく絶縁板５１を介して燃料電池１０の燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂ、酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄ及び冷媒供給孔６ｆ，７ｆからそれぞれ燃料ガス、酸化ガス及び冷媒を排出するパイプ６０ｂ，６０ｄ，６０ｆを備えている。また、図１１で奥側の絶縁板５２は閉塞板であり、各孔６ａ〜６ｆ，７ａ〜７ｆを塞いでいる。このセルスタック５０では、各燃料電池１０の燃料ガス供給孔６ａ，７ａが連通して燃料ガス供給マニホルドが形成され、各燃料電池１０の燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂが連通して燃料ガス排出マニホルドが形成され、各燃料電池１０の酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃが連通して酸化ガス供給マニホルドが形成され、各燃料電池１０の酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄが連通して酸化ガス排出マニホルドが形成され、各燃料電池１０の冷媒供給孔６ｅ，７ｅが連通して冷媒供給マニホルドが形成され、各燃料電池１０の冷媒排出孔６ｆ，７ｆが連通して冷媒排出マニホルドが形成されている。また、各燃料電池１０において、燃料ガス供給孔６ａ，７ａは燃料ガス通路６ｇ（図１２参照）を経て燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂに通じ、酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃは酸化ガス通路７ｇ（図１２参照）を経て酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄに通じ、冷媒供給孔６ｅ，７ｅは冷媒通路Ｗ（図１２参照）を経て冷媒排出孔６ｆ，７ｆに通じている。
【００５４】
ここで、第１実施例では図示を省略したが、セパレータ６，７の背面には図１２に示すようにそれぞれ冷媒通路形成用凹溝６ｈ，７ｈが設けられており、セパレータ６，７の背面同士を密着させることにより、対向する冷媒通路形成用凹溝６ｈ，７ｈが冷媒通路Ｗを形成する。この冷媒通路Ｗはセパレータ６，７の背面の外周に沿って設けられたシール層５６によりシールされているため、冷媒通路Ｗを通過する冷媒が燃料電池１０の外部へ漏れ出すことはない。また、セパレータ６，７の背面同士は冷媒通路Ｗ及びシール層５６を除き、互いに密着している。なお、ＭＥＡ２を挟み込む一対のセパレータ６，７の隙間に配置されたシール層８は、ＭＥＡ２の外周部分でエアと水素とが混合するのを防止すると共に、これらのガスが燃料電池１０の外部へ漏れ出すのを防止する役割を果たす。また、セパレータ６，７の背面同士が密着されているため、積層された各燃料電池１０の導電性を確保することができるし、加圧装置により押圧力Ｆ１を加えたときでも部分的に応力が集中してしまうのを防止することができる。
【００５５】
次に、このセルスタック５０の発電について説明する。発電時には、セルスタック５０に対し、図示しない加圧装置により圧縮方向に押圧力Ｆ１を加えた状態とする。この状態で、セルスタック５０のパイプ６０ａに燃料ガス（ここでは水素）を供給すると、この燃料ガスはセルスタック５０を構成する各燃料電池１０の燃料ガス供給孔６ａ，７ａから燃料ガス通路６ｇを経て燃料ガス排出孔６ｂ，７ｂに至り、最終的にはパイプ６０ｂから排出される。また、セルスタック５０のパイプ６０ｂに酸化ガス（ここでは空気）を供給すると、この酸化ガスはセルスタック５０を構成する各燃料電池１０の酸化ガス供給孔６ｃ，７ｃから酸化ガス通路７ｇを経て酸化ガス排出孔６ｄ，７ｄに至り、最終的にはパイプ６０ｄから排出される。このようにしてセルスタック５０へ供給された燃料ガス及び酸化ガスは各燃料電池１０内で既述の電気化学反応を起こし、これによりセルスタック５０は全体として数百Ｖの起電力を生じる。また、セルスタック５０を発電に適した温度域（例えば７０〜８０℃）に維持するために、パイプ６０ｅに冷媒を供給すると、この冷媒はセルスタック５０を構成する各燃料電池の冷媒供給孔６ｅ，７ｅから冷媒通路Ｗを経て冷媒排出孔６ｆ，７ｆに至り、最終的にはパイプ６０ｆから排出される。なお、この冷媒は、図示しない熱交換器で低温化されたあと再びパイプ６０ｅに供給される。
【００５６】
次に、このセルスタック５０及び燃料電池１０を分解する必要が生じたときの分解手順について図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３は分解時のセルスタック５０の斜視図、図１４は図１３のＣ−Ｃ断面図である。なお、図中、燃料電池１０の構成要素については第１実施例と同じ符号を付した。
【００５７】
分解時には、まず、セルスタック５０に対し、図示しない加圧装置により圧縮方向に弱い押圧力Ｆ２（＜Ｆ１）を加える。なお、押圧力Ｆ２はゼロとしてもよい。続いて、パイプ６０ｂ，６０ｄ，６０ｆを図示しない開閉弁により閉鎖し、その状態でパイプ６０ａ，６０ｃ，６０ｅへ発電時と異種の流体を各通路に供給する。例えば、シール層８，５６を溶かしたり軟化したりする機能を有する有機溶剤を加熱して又は常温で各ガス通路６ｇ，７ｇ及び冷媒通路Ｗに供給してもよい。有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類などが挙げられる。このとき、パイプ６０ａ，６０ｃ，６０ｅに接続された図示しない圧力計により燃料ガス通路６ｇ，酸化ガス通路７ｇ及び冷媒通路Ｗの各通路内圧力を測定しながら、各通路内圧力がゆっくりと上昇するように供給する。すると、徐々に上昇する通路内圧力によって、燃料ガス通路６ｇを形成するアノード４とセパレータ６とが拡開されてアノード４とセパレータ６との間に隙間が生じると共に、酸化ガス通路７ｇを形成するカソード５とセパレータ７とが拡開されてカソード５とセパレータ７との間に隙間が生じ、更に冷媒通路Ｗを形成するセパレータ６とセパレータ７とが拡開されて両者の間に隙間が生じる。この結果、シール層８と樹脂コーティング層１１，１２との接着面積やシール層５６とセパレータ６，７との接着面積が発電時に比べて小さくなるため、その後の分解が容易になる。しかし、通路内圧力を高くしすぎると、いずれかの燃料電池１０においてシール層８，５６のシール性が破壊され、その破壊位置から圧力が抜けてしまい通路内圧力が低下してしまうことから、通路内圧力はシール性が破壊されない程度に調整する。例えば、予め実験により、シール層８，５６のシール性を維持しつつシール層８とセパレータ６，７との接着面積やシール層５６とセパレータ６，７との接着面積を小さくすることが可能な所定の通路内圧力を実験により求めておき、その所定の通路内圧力になるように有機溶剤を供給してもよい。
【００５９】
以上詳述した本実施例によれば、セルスタック５０の分解時に、セルスタック５０の押圧力を弱めた状態で有機溶剤を通路内圧力が徐々に高圧となるように供給することにより、シール層８，５６のシール性を維持しつつシール層８とセパレータ６，７との接着面積やシール層５６とセパレータ６，７との接着面積を小さくすることができるため、シール層８とセパレータ６，７との接着力やシール層５６とセパレータ６，７との接着力がかなり低下する。このため、その後作業者が外力を加えるか治具を利用して外力を加えることによりセパレータ６，７を容易に剥離することができる。
【００６０】
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、上述した実施例では、セパレータ６，７のうちシール層８と接着する面に樹脂コーティング層１１，１２を形成したが、セパレータ６に樹脂コーティング層１１，１２を形成するのではなく、シール層８のうちセパレータ６，７と接着する面に樹脂コーティング層１１，１２を形成してもよい。あるいは、このような樹脂コーティング層１１，１２を形成しなくてもよい。あるいは、図５（ａ）に示すように、ＭＥＡ２の固体電解質膜３のうちシール層８と接着する面に樹脂コーティング層１３，１４を形成してもよい。これらの場合についても、上述した実施例と同様の作用効果が得られる。
【００６６】
そしてまた、上述した実施例では固体電解質膜形（高分子電解質形）の燃料電池について説明したが、他のタイプの燃料電池、例えば固体酸化物形、溶融炭酸塩形、リン酸形、アルカリ水溶液形等の燃料電池についても同様にして本発明を適用することができる。また、上述した実施例では、シール層８，５６として、接着剤を固化して形成したものを採用したが、ガスケットを採用してもよい。また、接着剤やガスケットの材質としては、例えばフッ素樹脂材やシリコーン樹脂材などが挙げられる。
【００６７】
そして更に、上述した実施例では、分解時の押圧力Ｆ２を発電時の押圧力Ｆ１より小さくしたが、発電時の押圧力Ｆ１のまま流体供給を行うようにしてもよい。
【００６８】
そして更にまた、上述した実施例では、図１２に示すように両セパレータ６，７の背面にそれぞれ冷媒通路形成用凹溝６ｈ，７ｈを設けたが、セパレータ６の背面は凹溝のない平坦面としセパレータ７の背面に冷媒通路形成用凹溝７ｈを設けてこの凹溝７ｈを冷媒通路Ｗとしてもよいし、逆にセパレータ７の背面は凹溝のない平坦面としセパレータ６の背面に冷媒通路形成用凹溝６ｈを設けてこの凹溝６ｈを冷媒通路Ｗとしてもよい。これらの場合も上述した第２実施例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施例の燃料電池の概略構成を表す説明図である。
【図２】燃料電池の各ガス通路に熱湯を供給する様子を表す説明図である。
【図３】燃料ガス通路に供給された熱湯が及ぼす力の向きを表す説明図である。
【図４】燃料電池を分解したときの様子を表す説明図である。
【図５】第１実施例とは別の方法で燃料電池を分解したときの様子を表す説明図である。
【図６】第１実施例とは別の方法で燃料電池を分解したときの様子を表す説明図である。
【図７】挿入部材の説明図である。
【図８】セパレータを押さえる押さえ部材の説明図である。
【図９】セパレータを囲う囲いの説明図である。
【図１０】第１実施例とは別の方法で燃料電池を分解したときの様子を表す説明図である。
【図１１】発電時のセルスタックの斜視図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】分解時のセルスタックの斜視図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ断面図である。
【図１５】セルスタックの断面図である。
【図１６】セルスタックの断面図である。
【図１７】セルスタックの断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
２…膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、３…固体電解質膜、４…アノード（電極）、４ａ…触媒電極、４ｂ…ガス拡散電極、５…カソード（電極）、５ａ…触媒電極、５ｂ…ガス拡散電極、６…セパレータ、６ａ…燃料ガス供給孔、６ｂ…燃料ガス排出孔、６ｃ…酸化ガス供給孔、６ｄ…酸化ガス排出孔、６ｅ…冷媒供給孔、６ｆ…冷媒排出孔、６ｇ…燃料ガス通路、６ｈ…冷媒通路形成用凹溝、７…セパレータ、７ａ…燃料ガス供給孔、７ｂ…燃料ガス排出孔、７ｃ…酸化ガス供給孔、７ｄ…酸化ガス排出孔、７ｅ…冷媒供給孔、７ｆ…冷媒排出孔、７ｇ…酸化ガス通路、７ｈ…冷媒通路形成用凹溝、８…シール層、１０…燃料電池、１１，１２，１３，１４…樹脂コーティング層、２１，２２…流体供給キャップ、２１ａ，２２ａ…キャップ本体、２１ｂ，２２ｂ…チューブ、２１ｃ，２２ｃ…吐出口、２３，２４…封止キャップ、２５…挿入部材、２６…バネ、３１…押さえ板、３２…バネ、３３…囲い、４０…溝、５０…セルスタック、５１，５２…絶縁板、５３，５４…エンドプレート、５６…シール層、６０ａ〜ｆ…パイプ。                                                                          
【図１】
0004779345.tif 000002
【図２】
0004779345.tif 000003
【図３】
0004779345.tif 000004
【図４】
0004779345.tif 000005
【図５】
0004779345.tif 000006
【図６】
0004779345.tif 000007
【図７】
0004779345.tif 000008
【図８】
0004779345.tif 000009
【図９】
0004779345.tif 000010
【図１０】
0004779345.tif 000011
【図１１】
0004779345.tif 000012
【図１２】
0004779345.tif 000013
【図１３】
0004779345.tif 000014
【図１４】
0004779345.tif 000015
【図１５】
0004779345.tif 000016
【図１６】
0004779345.tif 000017
【図１７】
0004779345.tif 000018