(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、
を有するセルが複数積層された燃料電池の洗浄方法において、
前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に配置されており、
当該洗浄方法は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記冷却流通路に供給して前記セパレータを透過させ、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方を通じて排出させること、を特徴とする燃料電池の洗浄方法。
【請求項２】
電解質膜と、
前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、
を有するセルが複数積層された燃料電池の洗浄方法において、
前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に配置されており、
当該洗浄方法は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方に供給して前記セパレータを透過させ、前記冷却流通路を通じて排出させること、を特徴とする燃料電池の洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄水は、常温よりも加熱されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄水は、重力落下を利用して、前記燃料電池内に供給されて前記セパレータを透過し、前記燃料電池から排出すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池の洗浄方法。
【請求項５】
電解質膜と、
前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、
を有するセルが複数積層された燃料電池を洗浄するための洗浄装置であって、
前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に沿って配置されており、
当該洗浄装置は、
前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料電池の前記冷却流通路に供給して前記セパレータを透過させ、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方を通じて排出させることができるように構成されていること、を特徴とする燃料電池の洗浄装置。
【請求項６】
電解質膜と、
前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、
前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、
を有するセルが複数積層された燃料電池を洗浄するための洗浄装置であって、
前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に沿って配置されており、
当該洗浄装置は、
前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料電池の前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方に供給して前記セパレータを透過させ、前記冷却流通路を通じて排出させることができるように構成されていること、を特徴とする燃料電池の洗浄装置。
【請求項７】
前記燃料電池に供給される洗浄水を加熱する手段をさらに有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池の洗浄装置。
【請求項８】
前記燃料電池よりも高い位置に配置されて洗浄水を溜める給水タンクと、
前記燃料電池よりも低い位置に配置されて洗浄水を溜める排出水タンクと、
前記排出水タンク内の洗浄水を前記給水タンクにくみ上げるポンプと、
をさらに有し、
前記燃料電池の発電停止時に、前記給水タンク内の洗浄水を、重力を利用して、前記燃料電池内に供給して前記セパレータを透過させ、前記排出水タンクに排出させるように構成されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池の洗浄装置。
【請求項９】
前記ポンプの下流側に配置されたイオン交換樹脂をさらに有し、このイオン交換樹脂を通った洗浄水が前記給水タンクに送られ、前記給水タンクからあふれた洗浄水がオーバーフローラインを通じて前記排出水タンクに戻るように構成されていること、を特徴とする請求項８に記載の燃料電池の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質セパレータを用いた燃料電池の洗浄方法および洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池システムでは、水素を含む燃料ガス（アノードガス）を燃料極（アノード極）に供給し、酸化剤極（カソード極）に酸素を含む酸化剤ガス（カソードガス）を供給して発電を行なう（特許文献１，２，３参照）。層状のアノード極・固体高分子電解質膜・カソード極に対し、燃料ガスと酸化剤ガスはセパレータに設けられたガス流通路に沿って供給される。ガス流通路はガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールドと連通しており、燃料ガスおよび酸化剤ガスはガス供給マニホールドから導入され、ガス流通路の上流から下流へと流れ、ガス排出マニホールドから外部へ排出される。電池反応によって水素と酸素が消費され、反応生成物の水が水蒸気として排出される。
【０００３】
一方、固体高分子電解質膜は平衡する水蒸気圧により膜の含水率が変化し、電解質膜の抵抗が変化する特性があり、電解質膜の抵抗を小さくし、十分な発電性能を得るためには固体高分子電解質膜に水分を加える、つまり加湿が必要になる。加湿は燃料ガスや酸化剤ガスに予め水蒸気を添加する外部加湿方式と、セパレータを介して水を直接添加する内部加湿方式がある。
【０００４】
この固体高分子型燃料電池積層体は、一般的には一セル毎にセパレータが挿入されて構成される。このセパレータは、セル発電に伴う発熱を除去するための冷却除熱機能、セルを電気的に直列に接続するための導電機能、およびセパレータを介して配置された一方セルのセパレータ側に流通する燃料ガス（または酸化剤ガス）と同上セパレータを介して配置された他の一方セルのセパレータ側に流通する酸化剤ガス（または燃料ガス）のセパレータを貫通して混合を防止する反応ガス遮断機能を有している。また、所定の積層締付下で形状を保持できる機械的強度も有している。
【０００５】
これらのセパレータは、一方の面に燃料ガス（または酸化剤ガス）をセル反応面に供給するための反応ガス流通路を形成し、他の面には冷却水を流通させるための流通路を形成したプレートと、一方の面のみ酸化剤ガス（または燃料ガス）をセル反応面に供給するための反応ガス流通路を形成した他のプレートを、冷却流通路形成面と平面を接着面として一体化して形成されるのが一般的である。
【０００６】
セパレータの材質としては、一般的には耐久性の点から炭素質あるいは黒鉛質炭素材料を主成分とするものが使用されている。炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータは、それらの粉体粒子を接着・結着する機能を有する樹脂で固着し、プレート化して用いられている。接着・結着機能を有する樹脂としては、一般的にはフェノール樹脂、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂、またはポリフェニレン樹脂（ＰＰＳ）に代表される熱可塑性樹脂が用いられている。さらには、耐久性向上、電気導電性向上を目的として上記プレートを高温処理（炭化処理あるいは黒鉛化処理）したセパレータも用いられている。この炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータは、一般にはそのコストおよび物性の信頼性レベルの面から、熱硬化性樹脂を接着・結着剤とし、上記炭素質あるいは黒鉛質粉体の混合・混練した材料を熱間加圧成形したプレートから形成されている。
【０００７】
上記、炭素質あるいは黒鉛質を主体とする成形セパレータは、材料の炭素および樹脂に微量の不純物が含まれており、その不純物が電池の触媒に付着して電池電圧を低下させたり、燃料電池プラントの改質器の触媒に付着して改質性能を低下させたりすることがある。さらに不純物により燃料電池プラントの配管を閉塞させたりする場合もある。
【０００８】
不純物を除去する方法として、特許文献１，２，３では燃料電池積層体のガス流通路内に水や洗浄液等を流すことにより、金属イオン、ＣＯ、有機物等の不純物を除去する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６０４５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１６４９２４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
冷却水を多孔質材料のセパレータを介して加湿に利用する内部加湿方式では、冷却水がセパレータを介して燃料ガスおよび酸化剤ガスの加湿に使用される過程において冷却水中の不純物の一部がセパレータに一部吸着され、長時間の運転とともに多量の不純物がセパレータに蓄積されていく。また燃料ガスおよび酸化剤ガスに含まれている不純物の一部はガス流通路に付着して、その後にガス流通路内で凝縮した余剰水分とともに多孔質材料セパレータ内に浸透、拡散して不純物がセパレータ内に蓄積していく。
【００１０】
一般的に電池内での不純物の移動は、冷却水中や反応ガス中に含まれる不純物と元々の多孔質材料セパレータに含まれる不純物の濃度の差によって決まる。多孔質材料セパレータは燃料電池の不純物に対する影響を考慮するため、原材料の選定や製造プロセスにおいて不純物については厳重に管理されている。そのため、通常の発電過程においては多孔質材料セパレータに含まれる不純物より冷却水中や反応ガス中に含まれる不純物の濃度が高い。したがって多孔質材料セパレータに不純物が蓄積していく傾向にある。
【００１１】
次に不純物が多孔質材料セパレータに吸着するプロセスについて説明する。反応ガスが加湿される領域、すなわち燃料ガス導入部および酸化剤ガス導入部においては、冷却水中の水分が多孔質セパレータを介してガス流通路表面まで移動、蒸発することで加湿している。不純物の一部は多孔質材料セパレータに吸着し、その他の不純物は蒸発してガス流通路表面に析出する。また逆にセル反応面内において反応ガスの消費によって余剰水分が凝縮する領域や電池反応による反応生成水が潤沢にあり高分子膜の加湿が不要な領域では、反応ガスに含まれる不純物が多孔質材料セパレータを介して冷却水へと移動する。その過程において不純物の一部はガス流通路の表面に析出したり、多孔質材料セパレータに吸着されたりする。
【００１２】
次に、以上のように燃料電池積層体内に蓄積された不純物がどのように燃料電池に影響を与えるかを説明する。停止過程において反応ガス流通路内のガスが消費し、燃料電池積層体の温度が低下する。その結果、ガス流通路の圧力は低下する。一方冷却流通路は反応ガス流通路に比較して圧力低下は小さい。その結果、停止過程においては冷却水が反応ガス流通路に移動する。このようにガス流通路に移動した水は、停止中にガス流通路内に滞留し、発電中に蓄積した不純物を溶出し多量の不純物を含む。
【００１３】
この状態で燃料電池を再起動すると、反応ガス流通路中に滞留している高濃度の不純物を含んだ水が燃料電池積層体外に排出され、燃料電池システムの水回収機器を介して、冷却水系統の水タンクに回収される。またこのような起動停止過程において水が冷却水側と反応ガス流通路を往復することになり、発電中にセパレータ内の多孔質にトラップまたは吸着された不純物を逆洗浄することによって不純物が冷却水系統に急激に排出される。
【００１４】
以上のように起動後に通常の運転時より高濃度の不純物が電池より短時間に排出されるため、イオン交換樹脂などの不純物除去能力を一時的に超えてしまい他の機器の健全性に影響を与える。多孔質材料のセパレータを用いる場合には、従来技術のように燃料電池積層体のガス流通路内に水や洗浄液等を流す方法では、多孔質セパレータの表面の不純物しか除去できず、セパレータ内部の不純物まで除去できないため不十分である。
【００１５】
本発明の目的は、多孔質セパレータが組み込まれた燃料電池の発電後の発電停止時に、不純物で汚染された燃料電池を洗浄する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池の洗浄方法の一つの態様は、電解質膜と、前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、を有するセルが複数積層された燃料電池の洗浄方法において、前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に配置されており、当該洗浄方法は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記冷却流通路に供給して前記セパレータを透過させ、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方を通じて排出させること、を特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池の洗浄方法の他の一つの態様は、電解質膜と、前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、を有するセルが複数積層された燃料電池の洗浄方法において、前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に配置されており、当該洗浄方法は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方に供給して前記セパレータを透過させ、前記冷却流通路を通じて排出させること、を特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池の洗浄装置の一つの態様は、電解質膜と、前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、を有するセルが複数積層された燃料電池を洗浄するための洗浄装置であって、前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に沿って配置されており、当該洗浄装置は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料電池の前記冷却流通路に供給して前記セパレータを透過させ、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方を通じて排出させることができるように構成されていること、を特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池の洗浄装置の他の一つの態様は、電解質膜と、前記電解質膜の両面にそれぞれ配置された燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に沿って配置されて燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路、前記酸化剤極に沿って配置されて酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路、および、冷却媒体を供給して排出するための冷却流通路を備えた、多孔質材料からなるセパレータと、を有するセルが複数積層された燃料電池を洗浄するための洗浄装置であって、前記冷却流通路は、前記電解質膜、燃料極および酸化剤極に接近しない位置で、前記燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路との間に沿って配置されており、当該洗浄装置は、前記燃料電池の発電停止時に、洗浄水を、前記燃料電池の前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の少なくとも一方に供給して前記セパレータを透過させ、前記冷却流通路を通じて排出させることができるように構成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、多孔質セパレータが組み込まれた燃料電池の発電後の発電停止時に、不純物で汚染された燃料電池を洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料電池の洗浄装置および洗浄方法の実施形態について図面を参照し説明する。
【００２２】
はじめに、本発明に係る第１の実施形態に係る燃料電池の洗浄装置および洗浄方法について、図１ないし図４を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る燃料電池洗浄装置を含む燃料電池システムを示す模式的系統図・立断面図である。また、図２は図１の燃料電池システムにおける燃料電池を示す平断面図であり、図３は図２の燃料電池の模式的部分立断面図である。また、図４は図１の燃料電池システムのIV部を拡大して示す模式的系統図である。
【００２３】
図３に示すように、この実施形態に係る燃料電池では、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜３をはさんで、アノード極１およびカソード極２を配置する。アノード極１およびカソード極２の外側をさらにセパレータ４ではさんでいる。セパレータ４は、カソード極２に隣接する第１プレート１３と、アノード極１に隣接する第２プレート１４とからなる。固体高分子電解質膜３、アノード極１、カソード極２、第１プレート１３および第２プレート１４で一つのセル４０が構成されていて、複数のセル４０が積層されて燃料電池積層体１１を構成している。
【００２４】
第１プレート１３のカソード極２に隣接する位置に酸化剤ガス流通路６が形成され、第２プレート１４のアノード極１に隣接する位置に燃料ガス流通路５が形成されている。さらに、第１プレート１３の第２プレートに隣接する位置に冷却流通路７が形成されている。
【００２５】
図２に示すように、燃料電池積層体１１の側面に、積層方向に延びる６個のマニホールドが形成されていて、それぞれが各セルの特定の流通路に連絡している。
【００２６】
すなわち、燃料ガス供給マニホールド８ａは燃料ガス流通路５に連絡し、ここから水素を含む燃料ガスが供給される。燃料ガス排出マニホールド８ｂは燃料ガス供給マニホールド８ａの反対側に配置されて、燃料ガス流通路５に連絡し、ここから燃料ガスが排出される。酸化剤ガス供給マニホールド９ａは酸化剤ガス流通路６に連絡し、ここから酸素を含む酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス排出マニホールド９ｂは酸化剤ガス供給マニホールド９ａの反対側に配置されて、酸化剤ガス流通路６に連絡し、ここから酸化剤ガスが排出される。冷却水供給マニホールド１０ａは冷却流通路７に連絡し、ここから冷却媒体（冷却水）が供給される。冷却水排出マニホールド１０ｂは冷却水供給マニホールド１０ａの反対側に配置されて、冷却流通路７に連絡し、ここから冷却媒体が排出される。
【００２７】
電池反応によって燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が消費され、反応生成物の水が水蒸気として排出される。
【００２８】
セパレータ４は、セル発電に伴う発熱を除去するための冷却除熱機能、セルを電気的に直列に接続するための導電機能、および、セパレータを介して互いに隣接するセルの燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防止する反応ガス遮断機能を有している。また、所定の積層締付下で形状を保持できる機械的強度も有している。
【００２９】
セパレータ４の材質は、たとえば、炭素質あるいは黒鉛質炭素材料を主成分とする。炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータ４は、それらの粉体粒子を接着・結着する機能を有する樹脂で固着し、プレート化して用いてもよい。接着・結着機能を有する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂、またはポリフェニレン樹脂に代表される熱可塑性樹脂を用いることができる。耐久性向上、電気導電性向上を目的として上記プレートを高温処理（炭化処理あるいは黒鉛化処理）してもよい。この炭素質あるいは黒鉛質を主体とするセパレータ４は、そのコストおよび物性の信頼性レベルの面から、熱硬化性樹脂を接着・結着剤とし、炭素質あるいは黒鉛質粉体の混合・混練した材料を熱間加圧成形したプレートから形成してもよい。
【００３０】
本実施形態では、燃料電池が発電を停止しているときに、図１および図４に示すように、燃料電池積層体１１を洗浄するための燃料電池洗浄装置が構成される。すなわち、燃料電池積層体１１よりも高い位置に供給水タンク１８が配置され、燃料電池積層体１１よりも低い位置に排出水タンク２０が配置されている。供給水タンク１８には、洗浄水を加熱するためのヒーター１９が配置されている。
【００３１】
排出水タンク２０に溜められた洗浄水は、ポンプ２１で昇圧されてイオン交換樹脂２２を通り、供給水タンク１８に送られる。供給水タンク１８にはオーバーフローライン２３が接続され、あふれた洗浄水が重力落下によって排出水タンク２０に戻ることにより、供給水タンク１８内の水位が一定に保たれるようになっている。供給水タンク１８に溜められた洗浄水は、第１の供給水バルブ２５を介して冷却水供給マニホールド１０ａへ送られ、燃料電池積層体１１の冷却流通路７に送られる。
【００３２】
洗浄水は、冷却流通路７からセパレータ４を透過して燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６に入り、図４に示すように、燃料ガス供給マニホールド８ａ、燃料ガス排出マニホールド８ｂおよび酸化剤ガス供給マニホールド９ａへ排出される。燃料ガス供給マニホールド８ａおよび燃料ガス排出マニホールド８ｂに排出された洗浄水は合流して第１の排出水バルブ２７を通り、酸化剤ガス供給マニホールド９ａに排出された洗浄水は第２の排出水バルブ２８を通り、その後に、これらは合流し、重力によって排出水タンク２０に戻される。冷却水排出マニホールド１０ｂには第１の気抜きバルブ２６を備えた気抜きラインが接続されている。
【００３３】
この実施形態における燃料電池洗浄方法の手順を説明する。発電停止後に、供給水タンク１８と排出水タンク２０にイオン交換樹脂２２を通した純水を満たし、ポンプ２１を動作させる。また、ヒーター１９により給水タンク内の洗浄水を所望の温度、たとえば６０℃程度にし、電気伝導度がたとえば１μＳ／ｃｍになるまで待つ。電気伝導度が１μＳ／ｃｍまで下がった後に、第１の供給水バルブ２５と第１の気抜きバルブ２６を開ける。冷却流通路内の気泡が抜けたら、第１の気抜きバルブ２６を閉じるか、もしくは微開する。第１の気抜きバルブ２６を微開することで冷却流通路内の水質を良好に維持することができる。
【００３４】
次に第１の排出水バルブ２７および第２の排出水バルブ２８を開けて、燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６内の気泡を抜き、その後、燃料電池積層体１１から排出水タンク２０への排出水量がある一定の流量になるように第１の排出水バルブ２７および第２の排出水バルブ２８の開度を調整する。この状態で保持することで燃料電池積層体１１の冷却水系統に供給された水が多孔質材料セパレータ４内を透過して、燃料ガス系統および酸化剤ガス系統に抜けていく。この状態で一定時間経過するまで保持する。
【００３５】
図示の例では酸化剤ガス排出マニホールド９ｂは排出水タンク２０に接続されていないが、酸化剤ガス排出マニホールド９ｂに、ここに排出される洗浄水を排出水タンク２０に導く配管、または気抜きラインを設けてもよい。
【００３６】
この実施形態によれば、燃料電池内の不純物を減らすことができる。また、洗浄水の重力落下を利用するため、洗浄に適当な揚程を容易に保つことができる。
【００３７】
次に、本発明に係る燃料電池の洗浄装置および洗浄方法の第２の実施形態について説明する。図５は第２の実施形態に係る燃料電池洗浄装置を含む燃料電池システムの要部を示す模式的系統図である。この実施形態は第１の実施形態を示す図１のIV部すなわち図４に示す構成を図５に示す構成で置き換えたものであって、その他の部分は第１の実施形態と同様の構成になっている。第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００３８】
第２の実施形態では、供給水タンク１８に溜められた洗浄水は、第２の供給水バルブ２９を介して、燃料ガス排出マニホールド８ｂおよび酸化剤ガス排出マニホールド９ｂへ送られ、燃料電池積層体１１の燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６に送られる。
【００３９】
洗浄水は、燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６からセパレータ４を透過して冷却流通路７に入り、図５に示すように、冷却水供給マニホールド１０ａへ排出される。冷却水供給マニホールド１０ａへ排出された洗浄水は第３の排出水バルブ３２を通り、重力によって排出水タンク２０に戻される。燃料ガス供給マニホールド８ａには第２の気抜きバルブ３０を備えた気抜きラインが接続されており、酸化剤ガス供給マニホールド９ａには第３の気抜きバルブ３１を備えた気抜きラインが接続されている。
【００４０】
第２の実施形態における燃料電池洗浄方法の手順を説明する。はじめに、第1の実施形態の場合と同様に、供給水タンク１８と排出水タンク２０にイオン交換樹脂２２を通した純水を満たし、ポンプ２１を動作させる。また、ヒーター１９により給水タンク内の洗浄水を所望の温度、たとえば６０℃程度にし、電気伝導度がたとえば１μＳ／ｃｍになるまで待つ。電気伝導度が１μＳ／ｃｍまで下がった後に、第２の供給水バルブ２９、第２の気抜きバルブ３０および第３の気抜きバルブ３１を開ける。燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６内の気泡が抜けたら、第2の気抜きバルブ３０および第3の気抜きバルブ３１を閉じるか、もしくは微開する。微開することでガス流通路内の水質を良好に維持することができる。
【００４１】
次に第３の排出水バルブ３２を開けて、冷却流通路７内の気泡を抜き、その後、燃料電池積層体１１から排出水タンク２０への排出水量がある一定の流量になるように第３の排出水バルブ３２の開度を調整する。この状態で保持することにより、燃料電池積層体１１の冷却水系統に供給された水が多孔質材料セパレータ４内を透過して、燃料ガス系統および酸化剤ガス系統に抜けていく。この状態で一定時間経過するまで保持する。
【００４２】
図５に示す例では冷却水排出マニホールド１０ｂは排出水タンク２０に接続されていないが、冷却水排出マニホールド１０ｂに、ここに排出される洗浄水を排出水タンク２０に導く配管、または気抜きラインを設けてもよい。
【００４３】
次に、本発明に係る燃料電池の浄化方法の効果を示す実験の結果について説明する。図６は本発明に係る燃料電池の浄化方法の効果を示す実験結果の表であって、洗浄後の電池内に溜まっているドレン水中の不純物測定結果を示している。比較のために、従来技術によるガス流路のみの洗浄の場合も示している。また、上記実施形態として説明した冷却水系統からガス系統の洗浄、または、ガス系統から冷却水系統の洗浄を行なった場合について、洗浄水が常温の場合と６０℃の場合を示している。この実験結果によれば、従来技術による反応ガス流通路のみの洗浄では高濃度の不純物が検出されたが、本発明の洗浄を実施することで不純物を大幅に減らすことができることがわかった。また洗浄水の温度を６０℃に上げることでさらに不純物の量を下げることができた。
【００４４】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
たとえば、ヒーター１９を用いることは必須ではなく、これを省略しても相当程度の効果を得ることができる。また、供給水タンク１８から燃料電池積層体１１に向かう配管の途中に第２のポンプを配置して供給水タンク１８内の洗浄水を昇圧して燃料電池積層体１１に注入する構成とすれば、供給水タンク１８と燃料電池積層体１１の高さ関係を自由に設定することができる。
【００４６】
また、第１の実施形態（図１、図４）では燃料ガス流通路５と酸化剤ガス流通路６の両方から洗浄水を排出するようにしているが、燃料ガス流通路５または酸化剤ガス流通路６の一方のみから洗浄水を排出するようにしても相当程度の効果を得ることができる。同様に、第２の実施形態（図５）の変形例として、燃料ガス流通路５または酸化剤ガス流通路６の一方のみから洗浄水を供給するようにしてもよい。
【００４７】
さらに、複数の燃料電池積層体を並列に接続することにより、一つの洗浄システム内で複数の燃料電池積層体を同時に洗浄することも可能である。
【００４８】
また、図３に示す構成では、第１プレート１３に酸化剤ガス流通路６と冷却流通路７が形成され、第２プレート１４に燃料ガス流通路５が形成されるものとしたが、第１プレート１３に酸化剤ガス流通路６のみを形成し、第２プレート１４に燃料ガス流通路５と冷却流通路７を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池洗浄装置を含む燃料電池システムを示す模式的系統図・立断面図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおける燃料電池を示す平断面図である。
【図３】図２の燃料電池の模式的部分立断面図である。
【図４】図１の燃料電池システムのIV部を拡大して示す模式的系統図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池洗浄装置を含む燃料電池システムの要部を示す模式的系統図である。
【図６】本発明に係る燃料電池の浄化方法の効果を示す実験結果の表であって、洗浄後の電池内に溜まっているドレン水中の不純物測定結果を示す表である。
【符号の説明】
【００５０】
１：アノード極（燃料極）
２：カソード極（酸化剤極）
３：固体高分子電解質膜
４：セパレータ
５：燃料ガス流通路
６：酸化剤ガス流通路
７：冷却流通路
８ａ：燃料ガス供給マニホールド
８ｂ：燃料ガス排出マニホールド
９ａ：酸化剤ガス供給マニホールド
９ｂ：酸化剤ガス排出マニホールド
１０ａ：冷却水供給マニホールド
１０ｂ：冷却水排出マニホールド
１１：燃料電池積層体
１３：第１プレート
１４：第２プレート
１８：供給水タンク
１９：ヒーター
２０：排出水タンク
２１：ポンプ
２２：イオン交換樹脂
２３：オーバーフローライン
２５：第１の供給水バルブ
２６：第１の気抜きバルブ
２７：第１の排出水バルブ
２８：第２の排出水バルブ
２９：第２の供給水バルブ
３０：第２の気抜きバルブ
３１：第３の気抜きバルブ
３２：第３の排出水バルブ
【図１】
0005049729.tif 000002
【図２】
0005049729.tif 000003
【図３】
0005049729.tif 000004
【図４】
0005049729.tif 000005
【図５】
0005049729.tif 000006
【図６】
0005049729.tif 000007