JP2000260455A - 燃料電池の劣化回復処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子膜に金属イオンが付着することに起因
した発電性能の劣化を回復することができる燃料電池の
劣化回復処理方法を提供する。 【解決手段】 電解質層としての高分子膜の一方の面に
酸素極を備え、且つ、他方の面に燃料極を備えたセルが
設けられた燃料電池の劣化回復処理方法であって、キレ
ート剤の水溶液を、高分子膜に接触させる状態で通流さ
せるようにセルに供給するキレート剤通流工程を実行
し、そのキレート剤通流工程の後に、洗浄水を、高分子
膜に接触させる状態で通流させるようにセルに供給する
洗浄水通流工程を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層としての
高分子膜の一方の面に酸素極を備え、且つ、他方の面に
燃料極を備えたセルが設けられた燃料電池の劣化回復処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子膜を電解質層として備えたセルが
設けられた、所謂、高分子型の燃料電池においては、高
分子膜にイオン導電性を持たせるために高分子膜を湿ら
せる必要があり、高分子膜を湿らせるための水分をセル
に供給しながら運転する。ところで、電解質層として用
いる高分子膜に、鉄、ニッケル等の金属イオンが付着す
ると、高分子膜のイオン導電性が低下して、発電性能が
劣化するという問題がある。従って、燃料電池の性能を
維持するためには、金属イオンがセルに侵入するのを防
止する必要がある。そこで、例えば、高分子膜を加湿す
るために、水を直接セルに供給する場合は、セルに供給
する水に金属イオンが含有されるのを抑制するために、
セルに水を供給するための給水経路をテフロン等の樹脂
で形成することが行われている。しかしながら、給水経
路の通流経路全長にわたって、金属材料を一切用いずに
樹脂で形成するのは、加工が極めて複雑になるため、従
来は、給水経路において、その通流経路の極力長い範囲
を樹脂で形成するようにして、金属材料で形成する範囲
を極力短くするようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、極力長い通流経路にわたって、給水経路を樹脂で形
成するようにしているため、材料費が高くなるととも
に、加工が複雑になるため加工費が高くなり、これらが
相俟って、製造コストが高くなるという問題があった。
しかも、給水経路において、その通流経路の一部には、
金属材料で形成される部分が残っているため、高分子膜
に金属イオンが付着することに起因した発電性能の劣化
を抑制する面においても、改善の余地があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、高分子膜に金属イオンが付着す
ることに起因した発電性能の劣化を回復することができ
る燃料電池の劣化回復処理方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成によれば、キレート剤の水溶
液を、前記高分子膜に接触させる状態で通流させるよう
に前記セルに供給するキレート剤通流工程を実行し、そ
のキレート剤通流工程の後に、洗浄水を、前記高分子膜
に接触させる状態で通流させるように前記セルに供給す
る洗浄水通流工程を実行する。尚、キレート剤は、１個
の分子の２個以上の配位原子が、１個の金属イオンを挟
むように配位する性質を持つ化合物である。

【０００６】キレート剤通流工程を実行すると、キレー
ト剤と高分子膜中に存在している金属イオンとによりキ
レート錯体が形成されると共に、形成されたキレート錯
体が高分子膜外に抽出されるので、高分子膜から金属イ
オンが除去される。続いて、洗浄水通流工程を実行する
と、セル内に残留しているキレート剤及びキレート錯体
が洗浄水によってセル外に洗い流されるので、発電性能
が改善する。従って、高分子膜に金属イオンが付着する
ことに起因した発電性能の劣化を回復することができる
燃料電池の劣化回復処理方法を提供することができるよ
うになった。

【０００７】その結果、高分子膜への金属イオンの付着
に起因して発電性能が劣化してきても、適宜にキレート
剤通流工程及び洗浄水通流工程を実行することにより、
発電性能を改善することができるようになったので、給
水経路において、樹脂で形成する通流経路の範囲を短く
して、材料費を低減すると共に加工を簡単にして加工費
を低減して、製造コストを低減したり、あるいは、通流
経路の全長にわたって、材料費が安くて加工が簡単な金
属にて形成して、製造コストを更に低減することができ
るようになり、燃料電池の価格を低減することができる
ようになった。

【０００８】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
特徴構成によれば、前記セルに運転用の流体を供給する
運転用流体供給路が設けられ、前記キレート剤通流工程
においては、前記運転用流体供給路を通じて前記キレー
ト剤の水溶液を前記セルに供給し、前記洗浄水通流工程
においては、前記運転用流体供給路を通じて洗浄水を前
記セルに供給する。

【０００９】つまり、燃料電池には、本来、燃料極側ガ
ス、酸素極側ガス、高分子膜を湿らせるための水等の各
種運転用流体をセルに供給するための各種運転用流体供
給路が設けられている。そこで、キレート剤通流工程に
おいては、このような運転用流体供給路を用いることに
より、キレート剤の水溶液を、高分子膜に接触させる状
態で通流させるようにセルに供給することができる。
又、洗浄水通流工程においては、運転用流体供給路を用
いることにより、洗浄水を、高分子膜に接触させる状態
で通流させるようにセルに供給することができる。従っ
て、キレート剤の水溶液や洗浄水をセルに供給するため
の供給路を新たに設けずに、既存の運転用流体供給路を
用いて本発明を実施することができるので、本発明を実
施するためのコストを低減することができるようになっ
た。

【００１０】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成によれば、前記キレート剤がシュウ酸である。

【００１１】シュウ酸は、水に溶け易く、しかも、酸化
されて分解し易いため、シュウ酸水溶液を用いてキレー
ト剤通流工程を実行すると、洗浄水通流工程によりシュ
ウ酸を容易にセル外に洗い流すことができ、仮に、洗浄
水通流工程の実行にかかわず、セル内にシュウ酸が残留
していても、後のセルの発電に伴って残留シュウ酸は酸
化分解するので。洗浄水通流工程に要する時間を比較的
短くすることができる。従って、キレート剤としてシュ
ウ酸を用いることにより、セルに悪影響を与えることな
く、しかも効率よく、高分子膜に金属イオンが付着する
ことに起因した発電性能の劣化を回復することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。先ず、本発明による劣化回復処
理を実施する燃料電池について説明する。燃料電池は、
図１に示すように、電解質層としての高分子膜１の一方
の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えた
複数のセルＣ（図２参照）を、酸素極側流路、燃料極側
流路及び冷却水流路を備える状態で積層したセルスタッ
クＮＣと、各セルＣの酸素極側流路に酸素極側ガスとし
て空気を供給する酸素極側ガス供給路１２と、その酸素
極側ガス供給路１２に空気を供給する送風機１１と、各
セルＣの燃料極側流路に燃料極側ガスとして水素含有ガ
スを供給する燃料極側ガス供給路１３と、その燃料極側
ガス供給路１３に供給する水素含有ガスを炭化水素系の
原燃料を原料として生成するガス生成部Ｒと、各セルＣ
を冷却すると共に各セルＣの高分子膜１を湿らせるため
の水を各セルＣに供給する冷却水供給路２５と、その冷
却水供給路２５に設けた冷却水ポンプ２６を主な構成要
素として備えて構成してある。

【００１３】酸素極側ガス、燃料極側ガス及び冷却水は
運転用流体に相当し、酸素極側ガス供給路１２、燃料極
側ガス供給路１３及び冷却水供給路２５は、各セルＣに
運転用流体を供給する運転用流体供給路に相当する。

【００１４】図２ないし図６に基づいて、セルスタック
ＮＣについて説明を加える。先ず、セルＣについて説明
する。セルＣは、高分子膜１の一方の面に酸素極２、集
電板４及び酸素極側セパレータ５を配置し、且つ、他方
の面に燃料極３、集電板４及び燃料極側セパレータ６を
配置して構成してある。そして、そのようなセルＣの複
数を、積層状態に並置し、並びに、積層方向の両端部夫
々に電力取り出し用の集電部７を設けて、セルスタック
ＮＣを構成してある。

【００１５】酸素極側セパレータ５は、酸素極２側の面
に、酸素極側ガスを通流させる酸素極側流路を形成する
酸素極側ガス通流溝５ｓを形成し、反対側の面に、冷却
水流路を形成する冷却水通流溝５ｗを形成してある。燃
料極側セパレータ６は、燃料極３側の面に、燃料極側ガ
スを通流させる燃料極側流路を形成する燃料極側ガス通
流溝６ｆを形成し、反対側の面に、酸素極側セパレータ
５の冷却水通流溝５ｗと面対称となる冷却水流路形成用
の冷却水通流溝６ｗを形成してある。

【００１６】更に、高分子膜１、酸素極側セパレータ５
及び燃料極側セパレータ６の夫々には、それらを重ねた
ときに夫々が積層方向に連なる状態で、厚さ方向に貫通
する６個の孔１ｈ，５ｈ，６ｈを形成してある。積層方
向視において、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び
燃料極側セパレータ６の夫々に形成する６個の孔１ｈ，
５ｈ，６ｈのうち、２個は酸素極側ガス通流溝５ｓの通
流経路の両端部に各別に重なり、別の２個は燃料極側ガ
ス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各別に重なり、残り
の２個は冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に
各別に重なる。

【００１７】従って、セルスタックＮＣには、高分子膜
１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６夫
々の孔１ｈ，５ｈ，６ｈが積層方向に連なって形成され
る通路が６本形成されるが、それらのうちの２本は、各
酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に連
通し、別の２本は、各燃料極側ガス通流溝６ｓの通流経
路の両端部に各別に連通し、残りの２本は、各冷却水通
流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通してい
る。尚、各酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部
に各別に連通する２本の通路を、酸素極側連通路Ｔｓ
と、各燃料極側ガス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各
別に連通する２本の通路を燃料極側連通路Ｔｆと、各冷
却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通
する２本の通路を冷却水側連通路Ｔｗと夫々称する。

【００１８】高分子膜１は、フッ素樹脂系のイオン交換
膜（ナフィオン等）にて形成してある。酸素極２は、カ
ーボンから成る多孔状の導電材にて形成し、白金から成
る電極触媒を担持してあり、燃料極３は、カーボンから
成る多孔状の導電材にて形成し、白金とルテニウムの合
金から成る電極触媒を担持してある。集電板４は、多孔
状のカーボンペーパ等にて形成し、酸素極側セパレータ
５はカーボン等から成る気密性の導電材にて形成し、燃
料極側セパレータ６は、カーボン等から成る多孔状の導
電材にて形成してある。そして、冷却水通流溝５ｗ，６
ｗにて形成される冷却水流路を通流する冷却水の圧力
が、燃料極側ガス通流溝６ｆにて形成される燃料極側流
路を通流する燃料極側ガスの圧力よりも高くなるように
して、図７にも示すように、冷却水流路を通流する冷却
水の一部を燃料極側流路側に燃料極側セパレータ６を通
過させ、そのように燃料極側セパレータ６を通過させた
水によって高分子膜１を湿らせるようにしてある。

【００１９】更に、図６に示すように、セルスタックＮ
Ｃの積層方向の両端部夫々に端板９を設けてある。一方
の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの一方
の端部に連通接続する酸素極側ガス用接続部８ｓ、２本
の燃料極側連通路Ｔｆのうちの一方の端部に連通接続す
る燃料極側ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通
路Ｔｗのうちの一方の端部に連通接続する冷却水用接続
部８ｗを備えてある。又、他方の端板９には、２本の酸
素極側連通路Ｔｓのうちの他方の端部に連通接続する酸
素極側ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆの
うちの他方の端部に連通接続する燃料極側ガス用接続部
８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの他方の端
部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。

【００２０】尚、２個の酸素極側ガス用接続部８ｓのう
ち、一方は酸素極側ガスの供給用として、他方は酸素極
側ガスの排出用として用い、２個の燃料極側ガス用接続
部８ｆのうち、一方は燃料極側ガスの供給用として、他
方は燃料極側ガスの排出用として用い、並びに、２個の
冷却水用接続部８ｗのうち、一方は冷却水の供給用とし
て、他方は冷却水の排出用として用いる。

【００２１】そして、供給用の酸素極側ガス用接続部８
ｓから酸素極側ガスを、供給用の燃料極側ガス用接続部
８ｆから燃料極側ガスを、並びに、供給用の冷却水用接
続部８ｗから冷却水を夫々供給する。すると、酸素極側
ガスは、各図中において実線矢印にて示すように、一方
の酸素極側連通路Ｔｓから各セルＣの酸素極側流路に供
給され、酸素極側流路を通流してから、他方の酸素極側
連通路Ｔｓに流出し、その酸素極側連通路Ｔｓを通流し
て排出用の酸素極側ガス用接続部８ｓから排出される。
又、冷却水は、各図中において一点鎖線矢印にて示すよ
うに、一方の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水流
路に供給されて、冷却水流路を通流し、その一部は燃料
極側セパレータ６を燃料極側流路側に通過し（図６及び
図７参照）、残部が他方の冷却水連通路Ｔｗに流出し、
その冷却水連通路Ｔｗを通流して排出用の冷却水用接続
部８ｗから排出される。又、燃料極側ガスは、各図中に
おいて二点鎖線矢印にて示すように、一方の燃料極側連
通路Ｔｆから各セルＣの燃料極側流路に供給されて、燃
料極側流路を通流し、燃料極側セパレータ６を通過して
きた冷却水とともに、他方の燃料極側連通路Ｔｆに流出
し、冷却水と共に、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して
排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出される。

【００２２】そして、各セルＣにおいては、燃料極側セ
パレータ６を燃料極側流路に通過してきた冷却水によっ
て高分子膜１が湿らされる状態で、酸素極側ガス中の酸
素と燃料極側ガス中の水素との電気化学反応により発電
される。又、冷却水の通流により、各セルＣの温度が所
定の温度に維持される。

【００２３】尚、各セルＣの酸素極側流路を通流して、
酸素極側ガス用接続部８ｓから排出される酸素極側ガス
には、各セルＣでの発電反応により生じた水蒸気が含ま
れている。詳細は後述するが、排出用の冷却水用接続部
８ｗから排出される水、排出用の酸素極側ガス用接続部
８ｓから排出される酸素極側ガスから回収した水、及
び、排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出される
水を、冷却水供給路２５を通じて、供給用の冷却水用接
続部８ｗから各セルＣに冷却用並びに高分子膜１の加湿
用として循環供給するようにしてある。

【００２４】図１に示すように、供給用の酸素極側ガス
用接続部８ｓに酸素極側ガスとして空気を供給すべく、
送風機１１と供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓとを酸
素極側ガス供給路１２にて接続してある。ガス生成部Ｒ
にて生成された水素含有ガスを燃料極側ガスとして供給
用の燃料極側ガス用接続部８ｆに供給すべく、ガス生成
部Ｒと供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆとを燃料極側
ガス供給路１３にて接続してある。

【００２５】図１に示すように、ガス生成部Ｒは、原燃
料供給路１４を通じて供給される原燃料ガスとしての天
然ガスを脱硫処理する脱硫器１５、その脱硫器１５から
排出される脱硫原燃料ガスと水蒸気路１６を通じて供給
される水蒸気とを改質処理して水素ガスと一酸化炭素ガ
スを生成する改質器１７、その改質器１７から排出され
るガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とを変成処理して水
素ガスと二酸化炭素ガスを生成する変成器１８、及び、
その変成器１８から排出されるガス中から一酸化炭素ガ
スを除去するＣＯ除去器１９を備えて構成してある。そ
して、一酸化炭素ガスの含有量の少ない水素含有ガスを
生成するように構成してある。改質器１７には、改質反
応用の熱を与えるためのバーナ１７ｂを備えてある。
尚、ＣＯ除去器１９は、一酸化炭素ガスのみを選択的に
酸化するように構成したり、一酸化炭素ガスのみを選択
的にメタン化するように構成する。

【００２６】次に、図１に基づいて、排出用の冷却水用
接続部８ｗから排出される水、排出用の酸素極側ガス用
接続部８ｓから排出される酸素極側ガスから回収した
水、及び、排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出
される水を、冷却水供給路２５を通じて、供給用の冷却
水用接続部８ｗから各セルＣに冷却用並びに高分子膜１
の加湿用として循環供給するための構成について説明を
加える。

【００２７】水蒸気を凝結させて水を回収する凝結器２
０を設け、その凝結器２０の気相部と排出用の酸素極側
ガス用接続部８ｓとを酸素極側ガス排出路２１にて接続
し、前記気相部と排出用の冷却水用接続部８ｗとを冷却
水排出路２２にて接続し、前記気相部と排出用の燃料極
側ガス用接続部８ｆとを燃料極側ガス排出路２４にて接
続し、その燃料極側ガス排出路２４に気液分離器２３を
介装してある。凝結器２０の液相部と供給用の冷却水用
接続部８ｗとを冷却水供給路２５にて接続するととも
に、その冷却水供給路２５に冷却水ポンプ２６を設けて
ある。

【００２８】凝結器２０、酸素極側ガス排出路２１、冷
却水排出路２２、気液分離器２３、燃料極側ガス排出路
２４及び冷却水供給路２５等、セルＣを冷却すると共に
高分子膜１を加湿するための水をセルＣに循環供給する
ための構成を形成する各部材は、ステンレス等の金属材
料にて形成してある。

【００２９】又、気液分離器２３で分離された燃料極側
ガスを改質装置１７のバーナ１７ｂに供給すべく、気液
分離器２３の気相部とバーナ１７ｂとを燃焼用ガス路２
７にて接続し、並びに、凝結器２０で分離された空気を
バーナ１７ｂに供給すべく、凝結器２０の気相部とバー
ナ１７ｂとを燃焼用空気路２８にて接続してある。更
に、凝結器２０を通じて純水を冷却水として補給すべ
く、純水タンク２９と凝結器２０とを補給水路３０にて
接続してある。

【００３０】つまり、排出用の冷却水用接続部８ｗから
排出された冷却水を冷却水排出路２２を通じて凝結器２
０に供給して、その液相部で貯留し、排出用の酸素極側
ガス用接続部８ｓから排出された酸素極側ガスを酸素極
側ガス排出路２１を通じて凝結器２０の気相部に供給し
て、そこで酸素極側ガス中に含まれる水蒸気を凝結させ
て、その凝結水を液相部で貯留し、排出用の燃料極側ガ
ス用接続部８ｆから排出された燃料極側ガスと冷却水を
気液分離器２３で気液分離して、冷却水を燃料極側ガス
排出路２４を通じて凝結器２０に供給して、その液相部
で貯留し、並びに、凝結器２０に貯留されている冷却水
を冷却水ポンプ２６によって冷却水供給路２５を通じ
て、供給用の冷却水用接続部８ｗに圧送して、各セルＣ
に供給するのである。

【００３１】気液分離器２３で分離された燃料極側ガス
を燃焼用ガス路２７にて改質装置１７のバーナ１７ｂに
供給し、並びに、凝結器２０で分離された空気を燃焼用
空気路２８にてバーナ１７ｂに供給し、バーナ１７ｂに
おいて、各セルＣから排出された燃料極側ガスを各セル
Ｃから排出された酸素極側ガスにより燃焼させて、改質
反応用の熱を与えるのである

【００３２】次に、図１に基づいて、キレート剤の水溶
液を高分子膜１に接触させる状態で通流させるようにセ
ルＣに供給するキレート剤通流工程、及び、洗浄水を高
分子膜１に接触させる状態で通流させるようにセルＣに
供給する洗浄水通流工程を実行する劣化回復処理装置Ｍ
について説明を加える。所定量のキレート剤を凝結器２
０に供給すべく、キレート剤供給装置４１を凝結器２０
に接続してある。キレート剤供給装置４１は、キレート
剤の供給量を調節自在に構成してあり、シリンジ、ディ
スペンサ等により構成する。冷却水排出路２２の途中
に、三方弁４２を介して回収路４４を接続し、並びに、
燃料極側ガス排出路２４の途中に三方弁４３を介して回
収路４４を接続し、その回収路４４に回収容器４５を接
続してある。三方弁４２，４３夫々は、セルスタックＮ
Ｃから排出されてくる流体を凝結器２０側に通流させる
循環側と、回収容器４５側に通流させる回収側とに流路
を切り換え自在に構成してある。

【００３３】つまり、キレート剤供給装置４１にて所定
量のキレート剤を凝結器２０に供給して、凝結器２０に
て所定濃度のキレート剤の水溶液を生成し、三方弁４
２，４３夫々を前記回収側に切り換えて、冷却水ポンプ
２６を作動させる。すると、キレート剤水溶液は、冷却
水供給路２５を通じて供給用の冷却水用接続部８ｗに供
給され、一方の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水
流路に供給されて冷却水流路を通流する。各セルＣの冷
却水流路を通流するキレート剤水溶液の一部は、燃料極
側セパレータ６を燃料極側流路側に通過し、燃料極側流
路を高分子膜１に接触しながら通流して、燃料極側連通
路Ｔｆに流出し、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して排
出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出され、残部
は、他方の冷却水連通路Ｔｗに流出し、その冷却水連通
路Ｔｗを通流して排出用の冷却水用接続部８ｗから排出
される。冷却水用接続部８ｗから排出されたキレート剤
水溶液は冷却水排出路２２、三方弁４２及び回収路４４
を通じて回収容器４５に回収され、並びに、燃料極側ガ
ス用接続部８ｆから排出されたキレート剤水溶液は燃料
極側ガス排出路２４、三方弁４３及び回収路４４を通じ
て回収容器４５に回収される。

【００３４】各セルＣにおいては、燃料極側流路を通流
するキレート剤水溶液は、多孔状の集電板４及び多孔状
の燃料極３を通過して、高分子膜１に接触する状態で通
流するので、キレート剤と高分子膜１に存在している金
属イオンとによりキレート錯体が形成され、形成された
キレート錯体は、高分子膜１外に抽出されて、通流する
キレート剤水溶液によってセルＣ外に流される。

【００３５】又、純水タンク２９から補給水路３０を通
じて純水を凝結器２０に供給し、三方弁４２，４３夫々
を前記回収側に切り換えて、冷却水ポンプ２６を作動さ
せる。すると、純水は洗浄水として、上述のキレート剤
水溶液の通流経路と同様の経路で通流して、回収容器４
５に回収される。つまり、各セルＣにおいては、燃料極
側流路を通流する洗浄水は、多孔状の集電板４及び多孔
状の燃料極３を通過して、高分子膜１に接触する状態で
通流するので、セルＣ内に残留しているキレート剤及び
キレート錯体が洗浄水によってセル外に洗い流される。

【００３６】従って、劣化回復処理装置Ｍは、キレート
剤水溶液及び洗浄水としての純水夫々を各セルＣ対して
供給するために、キレート剤供給装置４１、純水タンク
２９、補給水路３０、凝結器２０、冷却水供給路２５及
び冷却水ポンプ２６を備えて、並びに、各セルＣから排
出されるキレート剤水溶液及び洗浄水夫々を回収するた
めに、冷却水排出路２２、燃料極側ガス排出路２４、三
方弁４２，４３、回収路４４及び回収容器４５を備えて
構成してある。つまり、劣化回復処理装置Ｍは、運転用
流体供給路に相当する冷却水供給路２５を用いて、キレ
ート剤水溶液及び洗浄水を各セルＣに供給するように構
成してある。つまり、キレート剤通流工程においては、
運転用流体供給路に相当する冷却水供給路２５を通じて
キレート剤水溶液を各セルＣに供給し、洗浄水通流工程
においては、運転用流体供給路に相当する冷却水供給路
２５を通じて洗浄水を各セルＣに供給するように構成し
てある。

【００３７】尚、キレート剤通流工程では、発電を停止
した状態で、キレート剤供給装置４１により、キレート
剤として例えばシュウ酸を、凝結器２０に対して、そこ
に貯留されている冷却水に対する濃度が所定濃度になる
ように供給して、所定濃度（例えば、０．５％）のキレ
ート剤水溶液を生成する。そして、冷却水ポンプ２６に
よって所定量のキレート剤水溶液をセルスタックＮＣに
通流させる。又、洗浄水通流工程では、純水タンク２９
から純水を補給しながら、冷却水ポンプ２６によって所
定量の純水をセルスタックＮＣに通流させる。

【００３８】次に、劣化回復処理装置Ｍを用いてキレー
ト剤通流工程及び洗浄水通流工程を実行することによ
り、高分子膜１に金属イオンが付着することに起因した
発電性能の劣化を回復することができることを検証した
結果を、下記に説明する。電極有効面積が１００ｃｍ²
の上述の如きセルＣの１０個を、上述の如く積層してセ
ルスタックＮＣを形成し、そのセルスタックＮＣを用い
て、上述の如く燃料電池を構成した。尚、凝結器２０、
冷却水供給路２５等、セルＣを冷却すると共に高分子膜
１を加湿するための水をセルＣに循環供給するための構
成を形成する各部材は、ＳＵＳ３０４を用いて形成し
た。そして、三方弁４２，４３を前記循環側に切り換え
た状態で、酸素極側ガスとして空気を、並びに、燃料極
側ガスとして、水素が７５％、二酸化炭素が２５％の組
成の水素含有ガスを、夫々、空気利用率が３０％に、並
びに、水素利用率が８０％になるように供給し、セルＣ
の温度が８０°Ｃ、電流密度が３００ｍＡ／ｃｍ² の定
常の発電条件で作動させる。

【００３９】初期の１セル当たりの平均発電電圧は６７
０ｍＶであったものが、５００時間経過後には６０５ｍ
Ｖにまで低下した。そして、５００時間経過した時点
で、発電を停止し、セルＣの温度を３０°Ｃ以下にした
状態で、三方弁４２，４３を前記回収側に切り換えて、
劣化回復処理装置Ｍを用いて、キレート剤通流工程及び
洗浄水通流工程を実行した。尚、キレート剤通流工程に
おいては、キレート剤水溶液として０．５％の濃度のシ
ュウ酸溶液を１リットル通流させた。又、洗浄水通流工
程においては１０リットルの洗浄水を通流させた。

【００４０】その後、三方弁４２，４３を前記循環側に
切り換えて、４８時間の間、セルＣの温度を８０°Ｃに
維持し、セルＣの発電電圧が６００ｍＶになるように電
流値を制御して発電させ、続いて、電流密度を３００ｍ
Ａ／ｃｍ² にして定常の発電条件に戻すと、セルＣの発
電電圧が６３５ｍＶにまで上昇し、発電性能が改善され
たことが検証できた。

【００４１】ところで、高分子型の燃料電池では、燃料
極３に供給する燃料極側ガスとして、通常は上述のよう
に、天然ガスを水蒸気を用いて水素含有ガスに改質処理
した改質ガスを用いるが、そのような改質ガスには微量
ではあるが一酸化炭素ガスが含有されている。このよう
に燃料極側ガスに微量でも一酸化炭素ガスが含有されて
いると、電極触媒として白金を用いる場合では、８０°
Ｃ程度のセルＣの動作温度では、一酸化炭素ガスの影響
で発電電圧が低下するという問題がある。そこで、一酸
化炭素ガスの影響を抑制する電極触媒として、上述のよ
うにルテニウムを含む合金が用いられる。ところが、ル
テニウムは、白金に比べて卑な金属しての性質があり、
強酸である高分子膜１に接すると、わずかではあるが溶
解する傾向があるため、電極触媒近傍の高分子膜１にル
テニウムイオンがトラップされて、高分子膜１のイオン
導電性を低下させる。従って、電極触媒としてルテニウ
ムを含む合金を用いると、白金を用いた場合に比べて、
発電電圧を高くすることができるものの、発電性能の劣
化速度が速くなるという問題がある。

【００４２】そこで、電極触媒としてルテニウムを含む
合金を用いた場合でも、ルテニウムイオンが高分子膜に
トラップされて発電性能が劣化すると、上述のように、
適宜にキレート剤通流工程及び洗浄水通流工程を施す
と、高分子膜１からルテニウムイオンを含む金属イオン
を取り除くことができので、発電性能を改善することが
できる。

【００４３】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） キレート剤供給装置４１に代えて、所定濃度の
キレート剤水溶液を貯留するタンクを、管路にて凝結器
２０に接続して設け、その管路に開閉弁を設けても良
い。例えば、上記実施形態における純水タンク２９、補
給水路３０及びそれに介装した開閉弁を、キレート剤水
溶液の供給用として兼用しても良い。この場合は、キレ
ート剤通流工程において、凝結器２０の貯留容量以上の
キレート剤水溶液を通流させる場合に好適である。

【００４４】（ロ） 上記の実施形態においては、運転
用流体供給路としての冷却水供給路２５を通じてキレー
ト剤水溶液や洗浄水を供給するように構成する場合につ
いて例示したが、運転用流体供給路としての燃料極側ガ
ス供給路１３又は酸素極側ガス供給路１２を通じてキレ
ート剤水溶液や洗浄水を供給するように構成してもよ
い。

【００４５】（ハ） 上記の実施形態では、本来設けて
ある運転用流体供給路としての冷却水供給路２５を利用
して、キレート剤水溶液や洗浄水を供給するように構成
する場合について例示したが、キレート剤水溶液や洗浄
水を各セルＣに供給するための供給路を専用に設けても
良い。

【００４６】（ニ） キレート剤は、上記の実施形態に
おいて例示したシュウ酸に限定されるものではない。洗
浄水通流工程において容易に洗浄できるように、水に溶
け易く、しかも、分解し易くて、セルＣに悪影響を与え
ることのないキレート剤を適宜選択することができ、例
えば、２，４−ペンタンジオンを用いることができる。
２，４−ペンタンジオンを用いる場合、濃度は、例え
ば、０．５％にする。 （ホ） キレート剤水溶液の濃度、キレート剤通流工程
において通流させるキレート剤水溶液の量、洗浄水通流
工程において通流させる洗浄水の量は、上記の実施形態
において例示した値に限定されるものではなく、発電性
能の劣化程度等に応じて適宜設定することができる。

【００４７】（へ） 本発明は、上記の実施形態におい
て例示した如き、高分子膜１を加湿するための水を直接
にセルＣに供給するように構成した内部加湿方式の燃料
電池以外にも、種々の型式の燃料電池に適用することが
できる。例えば、以下に説明するように構成した内部加
湿方式の燃料電池にも適用することができる。即ち、燃
料極側セパレータ６は気密状に形成する。そして、高分
子膜１の一方の側に水の流路を、且つ、他方の側に燃料
極側ガスの流路を備えた燃料極側ガス加湿部と、高分子
膜１の一方の側に水の流路を、且つ、他方の側に酸素極
側ガスの流路を備えた酸素極側ガス加湿部とをセルスタ
ックＮＣの積層方向の端部に設ける。更に、燃料極側ガ
ス加湿部及び酸素極側ガス加湿部の各水流路の流入側夫
々を、排出用の冷却水側連通路Ｔｗの終端部に連通接続
し、燃料極側ガス加湿部における燃料極側流路の流出部
を、供給用の燃料極側連通路Ｔｆの始端部に連通接続
し、並びに、酸素極側ガス加湿部における酸素極側流路
の流出部を、供給用の酸素極側連通路Ｔｓの始端部に連
通接続する。そして、供給用の酸素極側ガス用接続部８
ｓを前記酸素極側ガス加湿部における酸素極側流路の流
入部に対して接続し、供給用の燃料極側ガス用接続部８
ｆを前記燃料極側ガス加湿部における燃料極側流路に対
して接続する。

【００４８】つまり、燃料極側ガス加湿部において、高
分子膜１を透過した水蒸気により、燃料極側ガスが加湿
され、そのように加湿された燃料極側ガスが、燃料極側
連通路Ｔｆを通じて各セルＣの燃料極側流路に供給され
て、各セルＣの高分子膜１が加湿される。並びに、酸素
極側ガス加湿部において、高分子膜１を透過した水蒸気
により、酸素極側ガスが加湿され、そのように加湿され
た酸素極側ガスが、酸素極側連通路Ｔｓを通じて各セル
Ｃの酸素極側流路に供給されて、各セルＣの高分子膜１
が加湿される。

【００４９】あるいは、セルスタックＮＣの外部で加湿
した燃料極側ガスや酸素極側ガスをセルスタックＮＣに
供給して、燃料極側ガスや酸素極側ガスに含まれる水分
により高分子膜１を加湿する外部加湿方式の燃料電池に
も適用することができる。

【００５０】但し、これらの場合は、キレート剤水溶液
や洗浄水を、燃料極側ガス供給路１３又は酸素極側ガス
供給路１２を通じて各セルＣに供給して、各セルＣの燃
料極側流路又は酸素極側流路を通流させることにより、
キレート剤水溶液や洗浄水を高分子膜１に接触する状態
で通流させることになる。

【００５１】（ト） 上記の実施形態においては、電極
触媒としては、白金とルテニウムの合金から成るものを
用いる場合について例示したが、これに代えて、白金か
ら成るもの、コバルトを含む合金から成るもの、又は、
スズを含む合金から成るものを用いることができる。 （チ） 燃料極側ガスとして用いる水素含有ガスは、上
記の実施形態において例示した天然ガス以外に、アルコ
ール等種々の炭化水素系の原料を改質処理して生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる劣化回復処理装置を
備えた燃料電池の全体構成を示すブロック図

【図２】セルの分解斜視図

【図３】セルスタックの要部の分解斜視図

【図４】セルスタックの要部の分解斜視図

【図５】セルスタックの要部の分解斜視図

【図６】セルスタックの全体概略構成を示す図

【図７】セルスタックの要部のセル積層方向での断面図

【符号の説明】

１ 高分子膜 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ２５ 運転用流体供給路 Ｃ セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越後 満秋 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB10 CC03 CC08 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17 BA20 CC06 MM08 MM16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質層としての高分子膜の一方の面に
   酸素極を備え、且つ、他方の面に燃料極を備えたセルが
   設けられた燃料電池の劣化回復処理方法であって、 キレート剤の水溶液を、前記高分子膜に接触させる状態
   で通流させるように前記セルに供給するキレート剤通流
   工程を実行し、 そのキレート剤通流工程の後に、洗浄水を、前記高分子
   膜に接触させる状態で通流させるように前記セルに供給
   する洗浄水通流工程を実行する燃料電池の劣化回復処理
   方法。
2. 【請求項２】 前記セルに運転用の流体を供給する運転
   用流体供給路が設けられ、 前記キレート剤通流工程においては、前記運転用流体供
   給路を通じて前記キレート剤の水溶液を前記セルに供給
   し、 前記洗浄水通流工程においては、前記運転用流体供給路
   を通じて洗浄水を前記セルに供給する請求項１記載の燃
   料電池の劣化回復処理方法。
3. 【請求項３】 前記キレート剤がシュウ酸である請求項
   １又は２記載の燃料電池の劣化回復処理方法。