JP2009059512A - 燃料電池スタックの分解及び組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックの分解時に、電解質膜・電極構造体に変形や損傷等が惹起することを可及的に阻止し、燃料電池を迅速且つ確実に分解及び再組み付けすることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタックの運転時に発電セルに異常が発生した際、前記燃料電池スタックの運転が停止されるとともに、少なくとも一方の反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行う工程と、前記燃料電池スタックの締め付け荷重が所定荷重以下に至った際、前記不活性ガスによるパージを停止する工程と、前記パージ終了後に前記燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、該燃料電池スタックを分解する工程と、異常が発生した前記発電セルに代えて、新たな発電セルを積層して前記燃料電池スタックを組み立てる工程とを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両側にアノード側電極とカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体が、セパレータにより挟持された発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが各反応ガス流路に供給される燃料電池スタックの分解及び組み立て方法に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（固体高分子電解質膜）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極が配設された電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池組立用治具が知られている。この特許文献１では、後部にセル積み上げ位置、前部に組み立てられた燃料電池の搬出位置を有する固定の治具本体と、前記治具本体に取り付けられ燃料電池スタックを押圧する押圧手段と、燃料電池スタックを載置し、前記セル積み上げ位置と搬出位置との間にわたって移動可能とされたロアプレートとから構成されている。

これにより、ロアプレートをセル積み上げ位置から搬出位置に移動して製品を搬出するので、ホイストを使って燃料電池製品を治具から搬出することができ、作業が容易化され、安全性が向上される、としている。

特開２００２−２１６８３４号公報

ところで、上記のように組み付けられた燃料電池製品（燃料電池スタック）では、実際に発電が行われることによって、所望の電圧が得られない等の異常な発電セルの検出がなされている。従って、異常な発電セルを正常な発電セルと交換するために、例えば、特許文献１の燃料電池組立用治具を使用して燃料電池を分解する必要がある。

その際、燃料電池内では、発電に伴って加湿ガスや生成水により高加湿状態となっている。このため、電解質膜・電極構造体は、高加湿状態にあり、燃料電池の締め付け荷重を開放して前記電解質膜・電極構造体とセパレータとが分離されると、該電解質膜・電極構造体は、高加湿状態のまま前記締め付け荷重から開放される。

しかしながら、電解質膜・電極構造体が作業環境下に放置されると、前記電解質膜・電極構造体の湿度環境が変化する。これにより、固体高分子電解質膜の折れ曲がりによる亀裂又はしわの発生や、カーボンペーパの折れ曲がりによる炭素繊維の前記固体高分子電解質膜への刺さり等が惹起し、該固体高分子電解質膜が損傷するという問題がある。さらに、電解質膜・電極構造体自体に曲がりが生じると、燃料電池を再度組み付ける際に正確に位置決めすることが困難となる。

しかも、燃料電池の分解時に、上記のように新たに異常な発電セルが発生すると、前記燃料電池を再度組み付ける際に前記異常な発電セルが積層されてしまう。このため、燃料電池の分解及び再組み付け作業では、工数が相当に増大するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックの分解時に、電解質膜・電極構造体に変形や損傷等が惹起することを可及的に阻止し、燃料電池を迅速且つ確実に分解及び再組み付けすることが可能な燃料電池の分解及び組み立て方法を提供することを目的とする。

本発明は、固体高分子電解質膜の両側にアノード側電極とカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体が、セパレータにより挟持された発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが各反応ガス流路に供給される燃料電池スタックの分解及び組み立て方法に関するものである。

この分解及び組み立て方法は、燃料電池スタックの運転が停止されるとともに、少なくとも一方の反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行う工程と、前記燃料電池スタックの締め付け荷重が所定荷重以下に至った際、前記不活性ガスによるパージを停止する工程と、前記パージ終了後に前記燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、該燃料電池スタックを分解する工程と、発電セルを積層して前記燃料電池スタックを組み立てる工程とを有している。

また、不活性ガスは、分解作業雰囲気よりも高湿度で且つ運転雰囲気よりも低湿度に設定されることが好ましい。

さらに、不活性ガスによるパージは、反応ガス流路の入口に前記不活性ガスを供給する処理と、前記反応ガス流路の出口に前記不活性ガスを供給する処理とを、交互に行うことが好ましい。

さらにまた、分解された燃料電池スタックは、新たな発電セルが積層される前に、所定の荷重が付与された状態で保管されることが好ましい。

また、新たな発電セルは、予め運転が行われた後、締め付け荷重が所定荷重以下に至るまで、反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行うことが好ましい。

さらに、本発明は、燃料電池スタックの運転が停止されるとともに、少なくとも一方の反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行う工程と、前記パージ終了後に前記燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、該燃料電池スタックを分解する工程と、予め運転が行われた後、締め付け荷重が所定荷重以下に至るまで、前記反応ガス流路に前記不活性ガスによるパージを行った新たな発電セルを用意する工程と、前記新たな発電セルを積層して前記燃料電池スタックを組み立てる工程とを有している。

さらにまた、少なくとも分解された燃料電池スタック、又は予め運転された新たな発電セルは、所定の荷重が付与された状態で保管されることが好ましい。

本発明では、燃料電池スタックに荷重が付与された状態で、反応ガス流路に不活性ガスによるパージが行われると、電解質膜・電極構造体の湿度の変化に伴って、前記燃料電池スタックの締め付け荷重が変動する。このため、電解質膜・電極構造体の湿度の低下に伴って燃料電池スタックの締め付け荷重が低下し、前記燃料電池スタックの締め付け荷重が所定荷重以下に至った際、不活性ガスによるパージを停止することにより、前記電解質膜・電極構造体が所望の湿度に調整される。

従って、パージ終了後に燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、前記燃料電池スタックを分解する際、固体高分子電解質膜が所望の水分量を維持するため、前記固体高分子電解質膜の損傷やしわ等の発生を可及的に阻止することができる。しかも、燃料電池スタックを再度組み付ける際には、例えば、異常な発電セルが混在することがなく、前記燃料電池スタックの分解及び再組み付け作業が簡単且つ迅速に遂行される。

さらに、新たな発電セルを積層するとともに、この新たな発電セルは、予め運転が行われた後、締め付け荷重が所定荷重以下に至るまで、反応ガス流路に不活性ガスによるパージが行われている。これにより、新たな発電セルは、固体高分子電解質膜の損傷やしわ等の発生を可及的に阻止することができ、燃料電池スタックに良好な状態で組み込むことが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の分解及び組み立て方法を実施するための設備１１の概略構成図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の概略断面図である。

燃料電池スタック１０は、発電セル１２を備え、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層して積層体１４が構成される。積層体１４の積層方向両端部には、負極側ターミナルプレート１６ａ及び正極側ターミナルプレート１６ｂと、絶縁プレート１８ａ、１８ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂとが、順次、設けられる。エンドプレート２０ａ、２０ｂが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池スタック１０が組み付けられる。なお、タイロッドに代えて、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とするケーシング内に積層体１４を収容して構成することもできる。

図３に示すように、発電セル１２は、電解質膜・電極構造体２２と、この電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１及び第２金属セパレータ２４、２６とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ２４、２６に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

発電セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持して保持するアノード側電極３８及びカソード側電極４０とを備える（図２及び図３参照）。

アノード側電極３８及びカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に形成される。

図３に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路４６が設けられる。酸化剤ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に延びて存在する複数の溝部（図示せず）とカソード側電極４０との間に形成される。

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延びて存在する複数の溝部とアノード側電極３８との間に形成される。

第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、第１金属セパレータ２４に設けられる複数の溝部と、第２金属セパレータ２６に設けられる複数の溝部とを重ね合わせることにより、矢印Ｂ方向に延びて一体的に構成される。

第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材５２が一体成形される。第１シール部材５２は、面２４ａで酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス流路４６を囲繞してこれらを連通させる。第１シール部材５２は、面２４ｂで冷却媒体供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材５４が一体成形される。第２シール部材５４は、面２６ａで燃料ガス供給連通孔３４ａ、燃料ガス排出連通孔３４ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる。第２シール部材５４は、面２６ｂで冷却媒体供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

図１に示すように、設備１１は、燃料電池スタック１０を構成する燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに燃料ガスに代えて不活性ガス、例えば、窒素ガスを交互に供給するとともに、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに空気に代えて、窒素ガスを交互に供給するための不活性ガス供給部６０を備える。

なお、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとには、パージ用空気を交互に供給してもよい。

不活性ガス供給部６０は、高圧窒素を貯留する窒素タンク６２を備えるとともに、この窒素タンク６２は、不活性ガス供給流路６４に配設される。この不活性ガス供給流路６４には、窒素タンク６２から供給される窒素ガスの圧力を減圧するレギュレータ６６と、前記窒素ガスを所定の湿度（後述する）に調整する加湿器６８と、第１切替弁７０とが配設される。加湿器６８は、例えば、バブリング、加湿膜、中空糸膜、イジェクタ又は超音波等を用いた周知の構造を採用している。

第１切替弁７０の下流には、第１分岐流路７２と第２分岐流路７４とが接続される。第１分岐流路７２には、第２切替弁７６が接続される。この第２切替弁７６には、燃料ガス供給連通孔３４ａに連通する第１切替供給路７８ａと、燃料ガス排出連通孔３４ｂに連通する第２切替供給路７８ｂとが接続される。第２分岐流路７４には、第３切替弁８０が接続される。この第３切替弁８０には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａに連通する第３切替供給路８２ａと、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに連通する第４切替供給路８２ｂとが接続される。

設備１１は、不活性ガス供給部６０を駆動制御するための制御部８４を備える。この制御部８４は、燃料電池スタック１０に付与される締め付け荷重を検出する図示しない歪みセンサ等からの検出信号に基づいて、固体高分子電解質膜３６の水分量を推定し、不活性ガス供給部６０によるパージの制御を行う。なお、歪みセンサは、図示しないタイロッドやケーシング等に装着されている。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。

図２に示すように、締め付け荷重１０ｋＮ〜４０ｋＮが付与されている燃料電池スタック１０内では、複数の発電セル１２が積層された積層体１４に対して、水素含有ガス等の燃料ガス、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、及び純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。

図３に示すように、各発電セル１２では、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の燃料ガス流路４８に燃料ガスが導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３８に沿って移動する。一方、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第１金属セパレータ２４の酸化剤ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極４０に沿って移動する。

従って、電解質膜・電極構造体２２では、アノード側電極３８に供給される燃料ガスと、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる（図４中、ステップＳ１）。

次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。

ところで、上記のように燃料電池スタック１０が運転（発電）されている際に、例えば、電圧降下等が惹起して異常な発電セル１２の存在が確認されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで、前記燃料電池スタック１０の運転が停止される。そして、燃料電池スタック１０は、設備１１に接続されて（図１参照）、以下に示すパージ処理が遂行される（ステップＳ４）。

設備１１では、例えば、燃料電池スタック１０を構成する燃料ガス供給連通孔３４ａ及び酸化剤ガス供給連通孔３０ａに、不活性ガス供給部６０が連通している。このため、不活性ガス供給部６０では、窒素タンク６２から不活性ガス供給流路６４に窒素ガスが供給され、この窒素ガスは、レギュレータ６６を介して所定の圧力に調整された後、加湿器６８に送られる。

この加湿器６８では、窒素ガスが分解作業雰囲気よりも高湿度で且つ運転雰囲気よりも低湿度に調整されている。具体的には、窒素ガスの湿度は、相対湿度で７０％〜１００％の範囲に設定されている。さらに、窒素ガスは、４０℃〜６０℃の温度に調整されるとともに、流量が５０Ｌ／ｍｉｎ〜１００Ｌ／ｍｉｎに設定されている。固体高分子電解質膜３６の過度の乾燥を防止するとともに、残留水分の除去が可能になるからである。

そして、湿度が調整された窒素ガスは、第１分岐流路７２から第１切替供給路７８ａを通って燃料電池スタック１０の燃料ガス供給連通孔３４ａに供給される。従って、窒素ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから各発電セル１２の燃料ガス流路４８を通って燃料ガス排出連通孔３４ｂに排出され、残留する水分をパージするとともに、電解質膜・電極構造体２２の湿度を調整する。

次に、第２切替弁７６が操作されると、窒素ガスは、第１分岐流路７２から第２切替供給路７８ｂを通って燃料電池スタック１０の燃料ガス排出連通孔３４ｂに供給される。このため、燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂから各発電セル１２の燃料ガス流路４８を逆流した後、燃料ガス供給連通孔３４ａに排出される。

一方、湿度が調整された窒素ガスは、第２分岐流路７４から第３切替供給路８２ａを通って燃料電池スタック１０の酸化剤ガス供給連通孔３０ａに供給される。酸化剤ガス供給連通孔３０ａに供給された窒素ガスは、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａから各発電セル１２の酸化剤ガス流路４６を通って酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに排出される。これにより、窒素ガスは、残留する水分をパージするとともに、電解質膜・電極構造体２２の湿度を調整する。

さらに、第３切替弁８０の切替作用下に、窒素ガスは、第２分岐流路７４から第４切替供給路８２ｂを通って燃料電池スタック１０の酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに供給される。酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに供給された窒素ガスは、この酸化剤ガス排出連通孔３０ｂから各発電セル１２の酸化剤ガス流路４６を逆流した後、酸化剤ガス供給連通孔３０ａに排出される。

ここで、電解質膜・電極構造体２２を構成する固体高分子電解質膜３６は、図５に示すように、湿度低下に伴って膜強度が上昇するとともに、膜収縮力が急激に上昇する。

従って、膜収縮力が膜強度を超える湿度以下では、固体高分子電解質膜３６の破損が惹起する。このため、電解質膜・電極構造体２２の相対湿度は、適正湿度範囲ＭＲ、すなわち、７０％〜１００％以下の範囲になるように調整されることにより、特に、固体高分子電解質膜３６の破損を防止することができる。

一方、図６には、固体高分子電解質膜３６の水分量と、この固体高分子電解質膜３６の縦方向（積層方向）膨張力との関係が示されている。これにより、所定の締め付け荷重が付与されている燃料電池スタック１０に対して、上記のように、不活性ガスによりパージを行うと、各固体高分子電解質膜３６の水分量が減少するのに伴って前記固体高分子電解質膜３６の膜厚方向の膨張力が減少し、締め付け荷重が低下する。

従って、制御部８４では、例えば、図示しないタイロッドに装着された歪みゲージ等により、燃料電池スタック１０に付与されている締め付け荷重の変化を検出する。そして、この検出された締め付け荷重が所定値、例えば、３０ｋＮ以下であると判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、パージが停止される。

次に、燃料電池スタック１０に付与されている締め付け荷重が解除されて、この燃料電池スタック１０の分解が行われる。そして、異常が発生した発電セル１２は、積層体１４から取り出される一方、新たな発電セル１２がこの積層体１４に組み込まれて、燃料電池スタック１０の組み立てが行われる（ステップＳ８）。

なお、異常が発生した発電セル１２が取り出された燃料電池スタック１０を一旦保管しておき、後に、新たな発電セル１２を組み込んで燃料電池スタック１０を組み立ててもよい。

その際、電解質膜・電極構造体２２が外気に触れる配管類を密閉状態にすることが好ましく、例えば、エンドプレート２０ａに開放されている酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂ、燃料ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂを直接閉塞してもよい。また、燃料電池スタック１０を保管する際には、この燃料電池スタック１０に対して、例えば、ＭＥＡの電極部に０．１Ｍｐａ〜０．５Ｍｐａの面圧を付与することが好ましい。

新たな発電セル１２には、図７に示すフローチャートに沿って、予め所定の処理が施されている。すなわち、発電セル１２に対してならし運転が行われ（ステップＳ１１）、このならし運転が終了した後（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に進んで不活性ガスによるパージが行われる。

このパージにより、発電セル１２の電解質膜・電極構造体２２が適正湿度範囲ＭＲに湿度調整されたか否かは、締め付け荷重を検出することによって判断される（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１５に進んで、パージが停止された後、発電セル１２は、所定の荷重が付与された状態で保管される（ステップＳ１６）。

ここで、発電セル１２に付与される適正荷重は、図８に示すように、固体高分子電解質膜３６にクリープが発生しない範囲に設定されることが好ましい。

この場合、本実施形態では、一旦運転が停止された燃料電池スタック１０の燃料ガス流路４８及び酸化剤ガス流路４６に不活性ガスによるパージが行われると、各電解質膜・電極構造体２２の湿度の変動に伴って、すなわち、固体高分子電解質膜３６の水分量の変動に伴って、前記燃料電池スタック１０の締め付け荷重が変動している。

従って、固体高分子電解質膜３６の適正湿度範囲ＭＲに対応する所定値を予め設定し、燃料電池スタック１０の締め付け荷重がこの所定値以下となった際に、パージが停止されることにより、前記固体高分子電解質膜３６が所望の湿度に調整されることになる。

従って、パージ終了後に、燃料電池スタック１０の締め付け荷重を開放し、前記燃料電池スタック１０を分解する際、固体高分子電解質膜３６の収縮による収縮応力を介して前記固体高分子電解質膜３６に破損が惹起したり、前記固体高分子電解質膜３６にしわが発生し、再度締め付け荷重を付与する際に前記しわの重なり部分による厚みの増加によって該固体高分子電解質膜３６が破損したりすることを、有効に阻止することができる。

しかも、燃料電池スタック１０を再度組み付ける際には、分解後に電解質膜・電極構造体２２に損傷が惹起している異常な発電セル１２が混在することがない。これにより、燃料電池スタック１０の分解及び再組み付け作業は、効率的に遂行可能になる。

さらにまた、燃料ガス流路４８をパージする際に、第２切替弁７６を切り換えることにより、不活性ガスである窒素ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａへの供給と、燃料ガス排出連通孔３４ｂへの供給とが交互に行われている。このため、燃料ガス流路４８の面内における湿度分布が均一になり、面圧分布も均一にすることができる。これにより、燃料電池スタック１０の積層方向での撓みの発生や変形、あるいはリークの発生を可及的に阻止することができる。

一方、酸化剤ガス流路４６においても同様に、窒素ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに交互に供給されている。従って、酸化剤ガス流路４６の面内の湿度分布を均一化することができ、面圧分布の均一化を図ることが可能になる。

さらにまた、燃料電池スタック１０に組み込まれる新たな発電セル１２は、予め、ならし運転が行われた後、パージ処理がなされて固体高分子電解質膜３６の水分量が調整されている。このため、発電セル１２は、適正湿度範囲に維持されており、固体高分子電解質膜３６の乾燥による伸縮応力によって損傷することを阻止するとともに、前記固体高分子電解質膜３６にしわが発生することによる膜破損を防止することが可能になる。

これにより、新たな発電セル１２は、良好な状態で保管され、燃料電池スタック１０に最適条件で組み込むことが可能になるという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解及び組み立て方法を実施するための設備の概略構成図である。 前記燃料電池スタックの概略断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。 前記分解及び組み立て方法を説明するフローチャートである。 適正湿度範囲の説明図である。 膜の水分量と縦方向膨張力との関係図である。 新たな発電セルの処理方法を説明するフローチャートである。 適正荷重範囲の説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…金属セパレータ ３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ３４ａ…燃料ガス供給連通孔
３４ｂ…燃料ガス排出連通孔 ３６…固体高分子電解質膜
３８…アノード側電極 ４０…カソード側電極
４６…酸化剤ガス流路 ４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路 ６０…不活性ガス供給部
６２…窒素タンク ６８…加湿器
７０、７６、８０…切替弁 ８４…制御部

Claims (7)

1. 固体高分子電解質膜の両側にアノード側電極とカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体が、セパレータにより挟持された発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが各反応ガス流路に供給される燃料電池スタックの分解及び組み立て方法であって、
   前記燃料電池スタックの運転が停止されるとともに、少なくとも一方の前記反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行う工程と、
   前記燃料電池スタックの締め付け荷重が所定荷重以下に至った際、前記不活性ガスによるパージを停止する工程と、
   前記パージ終了後に前記燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、該燃料電池スタックを分解する工程と、
   発電セルを積層して前記燃料電池スタックを組み立てる工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
2. 請求項１記載の分解及び組み立て方法において、前記不活性ガスは、分解作業雰囲気よりも高湿度で且つ運転雰囲気よりも低湿度に設定されることを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
3. 請求項１又は２記載の分解及び組み立て方法において、前記不活性ガスによるパージは、前記反応ガス流路の入口に前記不活性ガスを供給する処理と、前記反応ガス流路の出口に前記不活性ガスを供給する処理とを、交互に行うことを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
4. 請求項１記載の分解及び組み立て方法において、分解された前記燃料電池スタックは、新たな発電セルが積層される前に、所定の荷重が付与された状態で保管されることを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
5. 請求項１記載の分解及び組み立て方法において、新たな発電セルは、予め運転が行われた後、締め付け荷重が所定荷重以下に至るまで、前記反応ガス流路に前記不活性ガスによるパージを行うことを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
6. 固体高分子電解質膜の両側にアノード側電極とカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体が、セパレータにより挟持された発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが各反応ガス流路に供給される燃料電池スタックの分解及び組み立て方法であって、
   前記燃料電池スタックの運転が停止されるとともに、少なくとも一方の前記反応ガス流路に不活性ガスによるパージを行う工程と、
   前記パージ終了後に前記燃料電池スタックの締め付け荷重を開放し、該燃料電池スタックを分解する工程と、
   予め運転が行われた後、締め付け荷重が所定荷重以下に至るまで、前記反応ガス流路に前記不活性ガスによるパージを行った新たな発電セルを用意する工程と、
   前記新たな発電セルを積層して前記燃料電池スタックを組み立てる工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。
7. 請求項６記載の分解及び組み立て方法において、少なくとも分解された前記燃料電池スタック、又は予め運転された前記新たな発電セルは、所定の荷重が付与された状態で保管されることを特徴とする燃料電池スタックの分解及び組み立て方法。

Images