JP2006216407A - Cell module assembly and fuel cell - Google Patents

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成亮 村田
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Yoshihisa Tamura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly efficiently conduct ranging work of a cell module assembly and ensure gas seal capability in a connected part. <P>SOLUTION: The cell module assembly is formed by assembling two or more cell modules each having a pair of electrodes installed on the inner surface and the outer surface of a hollow electrolyte membrane, and has such basic structure that two or more cell modules 6, an inner surface gas passage 10 for making flow reaction gas to the outer surface side of each cell module, and an outer surface gas passage 10 for making flow reaction gas to the outer surface side of each cell module are installed, a partition 7 in which through holes capable of inserting the cell module are installed at prescribed intervals is arranged between the inner surface gas passage 9 and the outer surface gas passage 10, each cell module is inserted into the through hole, and an opening end of the cell module is connected to the inner surface gas passage 9, and in the basic structure, potting treatment is applied to a region on the outer surface gas passage 10 side of the partition 7 into which each cell module is inserted. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、中空形状の電解質膜を有するセルモジュールを２個以上、一体に固定したセルモジュール集合体及び該セルモジュール集合体を含む燃料電池に関する。   The present invention relates to a cell module assembly in which two or more cell modules each having a hollow electrolyte membrane are integrally fixed, and a fuel cell including the cell module assembly.

燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。固体高分子電解質型燃料電池は、電解質として固体高分子電解質膜を用いる燃料電池であり、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。   A fuel cell directly converts chemical energy into electrical energy by supplying fuel and an oxidant to two electrically connected electrodes and causing the fuel to be oxidized electrochemically. Unlike thermal power generation, it is not subject to the Carnot cycle, so it exhibits high energy conversion efficiency. A solid polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that uses a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte, and has advantages such as being easy to downsize and operating at a low temperature. It is attracting attention as a power source for mobile objects.

固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノードでは（１）式の反応が進行する。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− …（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソードに到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。 In the solid polymer electrolyte fuel cell, when hydrogen is used as the fuel, the reaction of the formula (1) proceeds at the anode.
H 2 → 2H + + 2e − (1)
The electrons generated by the equation (1) reach the cathode after working with an external load via an external circuit. Then, the proton generated in the formula (1) moves by electroosmosis from the anode side to the cathode side in the solid polymer electrolyte membrane in a state of being hydrated with water.

また、酸素を酸化剤とした場合、カソードでは（２）式の反応が進行する。
２Ｈ＋ ＋ （１／２）Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ …（２）
カソードで生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。
このように、燃料電池では、水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。 Further, when oxygen is used as the oxidizing agent, the reaction of the formula (2) proceeds at the cathode.
2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O (2)
The water produced at the cathode mainly passes through the gas diffusion layer and is discharged to the outside.
As described above, the fuel cell is a clean power generation device that has no emissions other than water.

従来、固体高分子電解質型燃料電池としては主に、平面状の固体高分子電解質膜の一面にアノード及び他面にカソードとなる触媒層を設け、得られた平面状の膜・電極接合体の両側にさらにそれぞれガス拡散層を設け、最後に平面状のセパレータで挟みこむことによって作製される平型の単セルを、複数積層することで得られる燃料電池スタックを有するものが開発されてきた。
固体高分子電解質型燃料電池の出力密度向上のために、固体高分子電解質膜としては非常に膜厚の薄いプロトン伝導性高分子膜が用いられている。この膜厚はすでに１００μｍ以下のものが主流であり、さらなる出力密度向上のためにさらに薄い電解質膜を用いたとしても、単セルの厚みを現在のものより劇的に薄くすることはできない。同様に、触媒層、ガス拡散層及びセパレータ等についてもそれぞれ薄膜化が進んでいるが、それらすべての部材の薄膜化によっても、単位体積当たりの出力密度の向上には限界がある。従って、小型化の要求に対しても、今後充分に応えられなくなることが予想される。 Conventionally, as a solid polymer electrolyte fuel cell, a catalyst layer serving as an anode and a cathode is provided on one surface of a planar solid polymer electrolyte membrane, and the resulting planar membrane / electrode assembly is obtained. There has been developed a fuel cell stack obtained by laminating a plurality of flat single cells prepared by further providing gas diffusion layers on both sides and finally sandwiching them with a planar separator.
In order to improve the output density of the solid polymer electrolyte fuel cell, a proton conductive polymer membrane having a very thin film thickness is used as the solid polymer electrolyte membrane. This film thickness is already 100 μm or less, and even if a thinner electrolyte membrane is used to further improve the power density, the thickness of the single cell cannot be dramatically reduced from the present one. Similarly, the catalyst layer, the gas diffusion layer, the separator, and the like have been made thinner, but there is a limit to improving the output density per unit volume even by making all these members thinner. Therefore, it is expected that it will not be possible to meet the demand for miniaturization in the future.

また、前記セパレータには、通常、腐食性に優れたシート状のカーボン材料を用いる。このカーボン材料自体も高価であるが、さらに、平面状の膜・電極接合体の面全体にほぼ均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを行き渡らせるために、前記セパレータの面上には、通常、ガス流路となる溝を微細加工するので、その加工によって、セパレータは非常に高価になってしまい、燃料電池の製造原価を押し上げていた。
以上の問題の他にも、平型の単セルには、前記ガス流路から燃料ガス及び酸化剤ガスが漏れ出さないように幾層にもスタックされた単セルの周縁を確実にシールすることが技術的に難しいこと、平面状の膜・電極接合体のたわみや変形に起因して発電効率が低下してしまうことがあることなど、多くの問題がある。 In addition, a sheet-like carbon material having excellent corrosivity is usually used for the separator. This carbon material itself is also expensive. However, in order to distribute the fuel gas and the oxidant gas almost uniformly over the entire surface of the planar membrane / electrode assembly, a gas is usually provided on the surface of the separator. Since the groove to be the flow path is finely processed, the processing makes the separator very expensive, which increases the manufacturing cost of the fuel cell.
In addition to the above problems, for flat single cells, the periphery of single cells stacked in multiple layers should be reliably sealed so that fuel gas and oxidant gas do not leak from the gas flow path. However, there are many problems such as technical difficulties, and power generation efficiency may decrease due to deflection or deformation of the planar membrane / electrode assembly.

近年、中空状電解質膜の内面側と外面側にそれぞれ電極を設けたセルモジュールを基本的な発電単位とする固体高分子電解質型燃料電池が開発されている。（例えば、特許文献１〜４参照）。   In recent years, a solid polymer electrolyte fuel cell has been developed in which a cell module having electrodes on the inner surface side and outer surface side of a hollow electrolyte membrane is used as a basic power generation unit. (For example, see Patent Documents 1 to 4).

通常、適当な本数の中空形状のセルモジュールを、セルモジュールの外面に反応ガスが均一且つ円滑に供給できるように、長手方向を平行にして所定の間隔をあけて整列し、一体に固定し、各セルモジュールのアノード及びカソードをそれぞれ集電することによって、セルモジュール集合体を形成し、該セルモジュール集合体を単独で、又は、必要に応じて２個以上のセルモジュール集合体を直列又は並列に接続して燃料電池に組み込む。
このような中空形状のセルモジュールを有する燃料電池では、平型で使用されるセパレータに相当する部材は使用する必要がない。そして、その内面と外面とにそれぞれ異なった種類のガスを供給して発電するので、特別にガス流路を形成する必要もない。従って、その製造においては、コストの低減が見込まれる。さらに、セルモジュールが３次元形状であるので、平型の単セルに比べて体積に対する比表面積が大きくとれ、体積当たりの発電出力密度の向上が見込める。 Usually, a suitable number of hollow cell modules are aligned with a predetermined interval in parallel in the longitudinal direction so that the reaction gas can be uniformly and smoothly supplied to the outer surface of the cell module, and fixed together. By collecting the anode and cathode of each cell module, a cell module assembly is formed, and the cell module assembly is used alone, or two or more cell module assemblies are connected in series or in parallel as required. Connect to and incorporate into the fuel cell.
In a fuel cell having such a hollow cell module, there is no need to use a member corresponding to a separator used in a flat type. Since different types of gas are supplied to the inner surface and the outer surface for power generation, it is not necessary to form a gas flow path. Therefore, cost reduction is expected in the manufacture. Further, since the cell module has a three-dimensional shape, the specific surface area with respect to the volume can be increased as compared with the flat single cell, and the power generation output density per volume can be expected to be improved.

特開平９−２２３５０７号公報JP-A-9-223507 特開２００２−１５８０１５号公報JP 2002-158015 A 特開２００２−２６０６８５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-260685 特開２００２−２８９２２０号公報JP 2002-289220 A

一般に、中空セルモジュールの一端側の開口部が中空内に反応ガスを導入する入口となり、他端の開口部が中空内で利用されたガスを排出する出口となる。そして、セルモジュール集合体を形成するために、多数の中空セルモジュールを整列させ、各中空セルモジュールのガス入口となる開口部を反応ガス供給路に接続し、一方、各中空セルモジュールのガス出口となる開口部を反応ガス排出路に接続する。
従って、整列させた各中空セルモジュール先端の開口部を内面用ガス流路に接続するために整列作業を正確且つ効率良く行うこと、及び、接続した部分のガスシール性を確保することが必要となる。また、整列作業の正確さを欠くと、セルモジュールを集合体に固定するために用いた接着剤の一部がセルモジュールの開口部を塞いでしまうことがあった。
さらに、セルモジュール集合体に含まれる各中空セルモジュールは、通常、内面側電極に接触する集電材（内部集電材）及び外面側電極に接触する集電材（外部集電材）を有しており、内部集電材は内部集電材用集電体に接続して統合し、外部集電材は、外部集電材用集電体に接続して統合する必要がある。 In general, the opening at one end of the hollow cell module is an inlet for introducing a reaction gas into the hollow, and the opening at the other end is an outlet for discharging the gas used in the hollow. Then, in order to form a cell module assembly, a large number of hollow cell modules are aligned, and an opening serving as a gas inlet of each hollow cell module is connected to a reaction gas supply path, while a gas outlet of each hollow cell module is connected Is connected to the reaction gas discharge passage.
Therefore, it is necessary to perform alignment work accurately and efficiently in order to connect the opening at the tip of each aligned hollow cell module to the gas passage for the inner surface, and to ensure the gas sealing performance of the connected portion. Become. Further, if the alignment work is not accurate, a part of the adhesive used for fixing the cell module to the assembly may block the opening of the cell module.
Furthermore, each hollow cell module included in the cell module assembly typically has a current collector (internal current collector) that contacts the inner surface side electrode and a current collector (outer current collector) that contacts the outer surface side electrode, The internal current collector needs to be connected to and integrated with the internal current collector, and the external current collector needs to be connected to and integrated with the external current collector.

このような事情に鑑み、本発明の第一の目的は、中空形状の電解質膜であってその内面及び外面に電極を設けたものを基本構成要素とするセルモジュールを２個以上集合させたセルモジュール集合体の整列作業を正確且つ効率良く行うこと、及び、セルモジュールを接続した部分のガスシール性を確保することを目的とする。
また、本発明の第二の目的は、上記第一の目的を達成するとともに、集合させた各セルモジュールの内部集電材及び外部集電材を集電することを目的とする。 In view of such circumstances, a first object of the present invention is a cell in which two or more cell modules each having a hollow electrolyte membrane provided with electrodes on the inner surface and the outer surface are assembled. It is an object of the present invention to accurately and efficiently perform alignment work of module assemblies and to ensure gas sealing performance at a portion where cell modules are connected.
The second object of the present invention is to achieve the first object and to collect the internal current collector and external current collector of each assembled cell module.

本発明の第一のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、該隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするものである。   The first cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on the inner surface and the outer surface of the hollow electrolyte membrane are assembled. Two or more cell modules having at least one open end, an inner gas flow path for allowing reaction gas to flow on the inner surface side of each cell module, and an outer surface for allowing reaction gas to flow on the outer surface side of each cell module A partition wall provided with through holes into which a cell module can be inserted at a predetermined interval is disposed between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel, and each cell module is connected to the partition wall. The open end of the cell module is connected to the inner surface gas flow path, the potting material is poured into the outer surface gas flow path side of the partition wall, and the region including the periphery of the through hole is potted. And it is characterized in that it is ring process.

本発明のセルモジュール集合体は、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールをポッティング処理によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。このように本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュールの整列及び固定、さらには、内面用ガス流路と外面用ガス流路間のガスシールを効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。   According to the cell module assembly of the present invention, the installation positions of a plurality of cell modules can be simultaneously and easily determined by the through holes provided in the partition walls, and the cell modules can be aligned efficiently and accurately. . In addition, a plurality of aligned cell modules can be efficiently fixed by the potting process, and at the same time, a gas sealing property between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel is ensured. Thus, the cell module assembly of the present invention is excellent in productivity because the cell modules can be aligned and fixed, and further, gas sealing between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel can be performed efficiently. Is.

２個以上のセルモジュールは、軸方向における位置決めをする必要があるため、前記隔壁には、この位置決めをするための構造を付加することが好ましい。セルモジュールの軸方向における位置決めを行うための構造としては、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が挙げられる。
この係止構造としては、前記隔壁が、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔を所定間隔で設けた第一の隔壁部を外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔を、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔の中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部を内面用ガス流路側に配置し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔を位置合わせして重ね合わせた構造を有するものが好ましい。 Since two or more cell modules need to be positioned in the axial direction, it is preferable to add a structure for positioning to the partition wall. Examples of the structure for positioning the cell module in the axial direction include a structure for locking the end face of the cell module inserted into the through hole.
In this locking structure, the partition wall is provided with a first partition wall portion having first through holes having an inner diameter into which the cell module can be inserted at a predetermined interval on the outer surface gas flow path side, and A second partition wall having an inner diameter smaller than the diameter, and a second partition wall provided with a distance between the centers of the second through holes equal to the distance between the centers of the first through holes. It is preferable to have a structure in which the first through hole and the second through hole are aligned and superimposed on the flow path side.

前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けてもよく、各セルモジュール及び各セルモジュールの外部集電材をそれぞれのための貫通孔に挿入し、貫通孔の周囲を含む領域をポッティング処理することによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。   Each of the cell modules usually has an external current collector in contact with the outer surface side electrode. The cell module and the external current collector may be inserted together in the through hole of the partition wall, but a through hole for the external current collector may be provided in the partition separately from the through hole for the cell module. It is also possible to fix the cell module and the external current collector to the partition wall by inserting the cell module and the external current collector of each cell module into the through hole for each and potting the area including the periphery of the through hole. it can.

本発明の第二のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が、該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層が設けられ、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。   The second cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on the inner surface and the outer surface of the hollow electrolyte membrane are assembled. Two or more cell modules having at least one open end, an inner gas flow path for allowing reaction gas to flow on the inner surface side of each cell module, and an outer surface for allowing reaction gas to flow on the outer surface side of each cell module A partition wall provided with through holes into which a cell module can be inserted at a predetermined interval is disposed between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel to open each cell module. A diameter expansion material layer made of a material capable of increasing the dimension in the diameter expansion direction of the cell module by a predetermined external action is provided on the outer periphery of the cell module at the end or in the vicinity of the end. Each cell module is inserted into the through hole of the partition wall, the open end of the cell module is connected to the gas channel for the inner surface, and the expanded material layer is at the predetermined external position at the position of the through hole. The cell module is fixed with respect to the through hole by expanding the diameter by applying an action.

第二のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールを貫通孔の位置における拡径材料層の拡径によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。従って、生産性に優れるものである。   Like the first cell module assembly, the second cell module assembly can determine the installation positions of a plurality of cell modules simultaneously and easily by the through holes provided in the partition wall, and is efficient and accurate. The cell modules can be aligned. In addition, a plurality of aligned cell modules can be efficiently fixed by expanding the diameter expanding material layer at the position of the through-hole, and at the same time, the gas sealability between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel is improved. Secured. Therefore, it is excellent in productivity.

前記拡径材料層としては、例えば、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮性材料層が挙げられる。
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記隔壁には、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられていることが好ましい。 Examples of the diameter-expanding material layer include a heat-shrinkable material layer that contracts in the axial direction of the cell module.
Further, like the first cell module assembly, the partition wall is preferably provided with a structure for locking the end surface of the cell module inserted into the through hole.

また、第一のセルモジュール集合体同様、前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けても良く、各セルモジュールの外部集電材の先端又は先端近傍の外周部にも前記拡径材料層を設け、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、前記拡径材料層に前記所定の外的作用を加えて貫通孔の位置で拡径させることによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。   Further, like the first cell module assembly, each cell module usually has an external current collector in contact with the outer surface side electrode. The cell module and the external current collector may be inserted together in the through hole of the partition wall, but a through hole for the external current collector may be provided in the partition separately from the through hole for the cell module. The diameter expansion material layer is provided also on the outer peripheral portion of the external current collector of the cell module or in the vicinity of the front end, and each cell module and the external current collection material are inserted into through holes for each, The cell module and the external current collector can be respectively fixed to the partition wall by expanding the diameter at the position of the through hole by applying the predetermined external action.

本発明の第三のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔が所定間隔で設けられ、且つ、所定の外的作用によって貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。   The third cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on the inner surface and the outer surface of the hollow electrolyte membrane are assembled. Two or more cell modules having at least one open end, an inner gas flow path for allowing reaction gas to flow on the inner surface side of each cell module, and an outer surface for allowing reaction gas to flow on the outer surface side of each cell module A partition wall made of a shape memory material, wherein through holes into which the cell modules can be inserted are provided at predetermined intervals and the inner diameter of the through holes can be reduced by a predetermined external action. Arranged between the gas flow path for the inner surface and the gas flow path for the outer surface, each cell module is inserted into the through hole of the partition wall, and the open end of the cell module is connected to the gas flow path for the inner surface, One, is characterized in that by reduced diameter through holes by adding a predetermined external action on the partition wall, the cell module is fixed to the through hole.

第三のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールを、形状記憶材料からなる隔壁に設けられた貫通孔の縮径によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。従って、生産性に優れるものである。   As with the first cell module assembly, the third cell module assembly can determine the installation positions of a plurality of cell modules simultaneously and easily by the through holes provided in the partition wall, and is efficient and accurate. The cell modules can be aligned. In addition, a plurality of aligned cell modules can be efficiently fixed by reducing the diameter of the through hole provided in the partition made of shape memory material, and at the same time, between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel. Gas sealability is ensured. Therefore, it is excellent in productivity.

前記形状記憶材料としては、形状記憶合金が挙げられる。
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記隔壁には、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられていることが好ましい。 Examples of the shape memory material include shape memory alloys.
Further, like the first cell module assembly, the partition wall is preferably provided with a structure for locking the end surface of the cell module inserted into the through hole.

また、第一のセルモジュール集合体同様、前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に、所定の外的作用によって内径を縮小させることが可能な外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けてもよく、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。   Further, like the first cell module assembly, each cell module usually has an external current collector in contact with the outer surface side electrode. The cell module and this external current collector may be inserted together in the partition wall through-hole, but separately from the cell module through-hole, an external collector capable of reducing the inner diameter by a predetermined external action. A through hole for the electric material may be provided in the partition wall, and each cell module and its external current collector are inserted into the through holes for each, and the predetermined external action is applied to the partition wall to reduce the diameter of the through hole. Accordingly, the cell module and the external current collector can be fixed to the partition walls.

本発明の第一、第二及び第三のセルモジュール集合体において、前記セルモジュールは、通常、内面側電極に接触する内部集電材及び外面側電極に接触する外部集電材を有している。これら内部集電材と外部集電材の集電は、例えば、以下のようにして行うことができる。すなわち、２つの内面用ガス流路のうち一方は、各セルモジュールの内部集電材と接続する内部集電材用集電体を備え、他方は各セルモジュールの外部集電材と接続する外部集電材用集電体を備えており、前記内部集電材用集電体及び外部集電材用集電体のうち、少なくとも一方は、前記内部集電材又は外部集電材を挿入可能な、ガス流路内に開口する孔部を有し、且つ、所定の外的作用によって該孔部の内径を縮小させることが可能な形状記憶合金からなり、前記セルモジュールの内部集電材及び／又は外部集電材を内面用ガス流路内に延長して前記集電体の孔部に挿入し、該集電体に前記所定の外的作用を加えて孔部を縮径させることによって、内部集電材及び／又は外部集電材を集電体に電気的に接続する。   In the first, second, and third cell module assemblies of the present invention, the cell module usually has an internal current collector that contacts the inner surface side electrode and an outer current collector that contacts the outer surface side electrode. The current collection of the internal current collector and the external current collector can be performed, for example, as follows. That is, one of the two inner surface gas flow paths includes an internal current collector for connecting to an internal current collector of each cell module, and the other is for an external current collector connected to an external current collector of each cell module. A current collector is provided, and at least one of the current collector for the internal current collector and the current collector for the external current collector is open in a gas flow channel into which the internal current collector or the external current collector can be inserted. The inner and / or outer current collector of the cell module is made of a gas for the inner surface. An internal current collector and / or an external current collector by extending into the channel and inserting into the hole of the current collector, and applying the predetermined external action to the current collector to reduce the diameter of the hole. Is electrically connected to the current collector.

以上のような本発明のセルモジュール集合体は、単独で或いは複数を並列又は直列に接続する等して燃料電池に組み込むことができる。   The cell module assembly of the present invention as described above can be incorporated into a fuel cell by itself or by connecting a plurality of cell module assemblies in parallel or in series.

本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュール集合体を構成する複数のセルモジュールの整列を正確に且つ効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。また、この整列した複数のセルモジュールを固定すると同時に、セルモジュールを接続する内面用ガス流路と外面用ガス流路のガスシールを確保することができる。さらに、集合させた複数のセルモジュールの内部集電体及び外部集電体を集電できる。   The cell module assembly of the present invention is excellent in productivity because it can accurately and efficiently align a plurality of cell modules constituting the cell module assembly. Further, at the same time as fixing the plurality of aligned cell modules, it is possible to secure a gas seal between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel connecting the cell modules. Further, the internal current collectors and the external current collectors of a plurality of assembled cell modules can be collected.

本発明のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの開放端と接続されて該各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続された基本的構造を有する。
そして、本発明の第一のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、前記隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするものである。 The cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on the inner surface and the outer surface of the hollow electrolyte membrane are assembled, and at least one end thereof is opened. Two or more cell modules, an internal gas flow path that is connected to the open end of each cell module and distributes the reaction gas to the inner surface side of each cell module, and the reaction gas flows to the outer surface side of each cell module A partition wall provided with a through hole into which the cell module can be inserted at a predetermined interval is disposed between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel, and each cell module is It has a basic structure in which the open end of the cell module is inserted into the through hole of the partition wall and connected to the gas passage for the inner surface.
And the first cell module assembly of the present invention is the above-mentioned basic structure, wherein each cell module is inserted into the through-hole of the partition wall so that the open end thereof is connected to the inner surface gas flow path side, and A potting material is poured into the outer surface gas flow path side of the partition wall, and a region including the periphery of the through hole is potted.

また、本発明の第二のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層を設け、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、前記拡径材料層に貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えて拡径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。   Further, the second cell module assembly of the present invention has the above-mentioned basic structure in which the cell module has an open end of each cell module or an outer peripheral portion near the tip of the cell module by a predetermined external action. A diameter expansion material layer made of a material capable of increasing the dimension in the diameter expansion direction is provided, and each cell module is inserted into the through hole of the partition wall so that the open end thereof is connected to the inner surface gas flow path side, and The cell module is fixed to the through-hole by expanding the diameter-expanding material layer by applying the predetermined external action at the position of the through-hole.

また、本発明の第三のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、前記貫通孔を有する隔壁を、所定の外的作用によって該貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料で形成し、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。   Further, the third cell module assembly of the present invention is a shape memory material capable of reducing the inner diameter of the through-hole by a predetermined external action in the partition having the through-hole in the basic structure. Each cell module is inserted into the through hole of the partition wall so that the open end of the cell module is connected to the inner side gas flow path side, and the through hole is contracted by applying the predetermined external action to the partition wall. Thus, the cell module is fixed to the through hole.

本発明の第一、第二及び第三のセルモジュール集合体は、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを隔てる隔壁に設けられた貫通孔に、各セルモジュールを挿入することによって、セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続されると同時に、複数のセルモジュールの位置（間隔）が決定されるため、セルモジュールを効率的に且つ正確に整列させることができる。また、このように整列したセルモジュールと貫通孔との隙間を、ポッティング材、拡径材料、又は形状記憶材料で封止することによって、セルモジュールの固定、並びに、内面用ガス流路と外面用ガス流路間のガスシール性の確保を容易に行うことができる。
以上のように、本発明のセルモジュール集合体においては、セルモジュールが所定の間隔で整列しているため、反応ガスをセルモジュールの外面側に均一且つ円滑に供給することができる。従って、優れた発電効率を示す。また、本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュールの整列及び固定、さらには、内面用ガス流路と外面用ガス流路のガスシールを効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。 The first, second and third cell module assemblies of the present invention are for an inner surface gas flow path for allowing reaction gas to flow on the inner surface side of each cell module and for an outer surface for allowing reaction gas to flow on the outer surface side of each cell module. By inserting each cell module into a through-hole provided in a partition wall separating the gas flow paths, the open end of the cell module is connected to the gas flow path for the inner surface, and at the same time, the positions (intervals) of a plurality of cell modules ) Is determined, the cell modules can be efficiently and accurately aligned. Further, by sealing the gap between the cell module and the through-holes arranged in this way with a potting material, a diameter expanding material, or a shape memory material, the cell module can be fixed, and the gas channel for the inner surface and the outer surface can be used. The gas sealing performance between the gas flow paths can be easily ensured.
As described above, in the cell module assembly of the present invention, since the cell modules are aligned at a predetermined interval, the reaction gas can be uniformly and smoothly supplied to the outer surface side of the cell module. Therefore, it shows excellent power generation efficiency. The cell module assembly of the present invention is excellent in productivity because the cell modules can be aligned and fixed, and further, gas sealing between the inner gas passage and the outer gas passage can be performed efficiently. is there.

（セルモジュール）
まず、第一、第二及び第三のセルモジュール集合体に用いられるセルモジュールの一形態例について説明する。
図１は、本発明のセルモジュール集合体に用いられる中空状セルモジュールの概略図、図２は、図１の中空状セルモジュールの断面図である。図１及び図２において、セルモジュール６はチューブ状の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１、固体高分子電解質膜１の内面側に設けられたアノード（本実施形態では燃料極）２及び外面側に設けられたカソード（本実施形態では空気極）３を有している。さらに、アノード２の表面には、内部集電材（負極側集電材）４として柱状集電材が配置され、カソード３の表面には、外部集電材（正極側集電材）５として、金属ワイヤ５ａのネットと棒状集電材５ｂが配置されている。
このような構造を有するセルモジュールの中空内面（実質的には、内部集電材４の外面に設けた溝４ａによって形成された内面側ガス流路に露出した部分）に水素ガス、外面に空気を流通させることで、アノード及びカソード（空気極）に燃料又は酸化剤が供給され、発電する。 (Cell module)
First, an example of the cell module used for the first, second, and third cell module assemblies will be described.
FIG. 1 is a schematic view of a hollow cell module used in the cell module assembly of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the hollow cell module of FIG. 1 and 2, a cell module 6 includes a tube-shaped solid polymer electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane) 1 and an anode provided on the inner surface side of the solid polymer electrolyte membrane 1 (in this embodiment, a fuel electrode). ) 2 and a cathode (in this embodiment, an air electrode) 3 provided on the outer surface side. Further, a columnar current collector is disposed as an internal current collector (negative current collector) 4 on the surface of the anode 2, and a metal wire 5 a is disposed as an external current collector (positive current collector) 5 on the surface of the cathode 3. A net and a rod-shaped current collector 5b are arranged.
Hydrogen gas is applied to the hollow inner surface of the cell module having such a structure (substantially, the portion exposed to the inner surface side gas passage formed by the groove 4a provided on the outer surface of the internal current collector 4), and air is applied to the outer surface. By flowing, fuel or an oxidant is supplied to the anode and cathode (air electrode) to generate electricity.

図１のセルモジュール６は、その両端において中空部が開放されているものであって、燃料ガスは一端から中空内へと流入し、他端から流出するようになっているが、本発明におけるセルモジュール６は、中空電解質膜の内面側に反応ガスを十分に供給できるものであるならば、中空部の一端のみが開放され、もう一端は封止されていてもよい。特に、本実施形態のように、内面側電極として、水素を燃料とする燃料極を設ける場合、非反応性成分をほとんど含まない水素ガスを燃料ガスとしてセルモジュールの中空内に供給できること、また、水素分子の拡散性が高いことから、中空内に供給された反応ガスを消費しきることが可能であるため、一端を封鎖した中空部内であっても反応ガスを十分に供給することができる。セルモジュールの一端を封鎖する方法としては、樹脂等を中空の一端に注入する方法が例示できるが、特に限定されるものではない。   The cell module 6 in FIG. 1 has hollow portions open at both ends, and the fuel gas flows from one end into the hollow and flows out from the other end. As long as the cell module 6 can sufficiently supply the reaction gas to the inner surface side of the hollow electrolyte membrane, only one end of the hollow portion may be opened and the other end may be sealed. In particular, as in the present embodiment, when a fuel electrode using hydrogen as a fuel is provided as the inner surface side electrode, hydrogen gas containing almost no non-reactive component can be supplied into the hollow of the cell module as a fuel gas. Since the diffusibility of hydrogen molecules is high, the reaction gas supplied into the hollow can be consumed, so that the reaction gas can be sufficiently supplied even within the hollow portion with one end sealed. Examples of the method of sealing one end of the cell module include a method of injecting resin or the like into the hollow one end, but is not particularly limited.

図１において、セルモジュール６はチューブ状の電解質膜を有するものであるが、本発明における中空電解質膜はチューブ状に限られず、中空部を有し、当該中空部に燃料や酸化剤を流入させることで、中空内部に設けられた電極に電気化学反応に必要な反応成分を供給することができるものであればよい。   In FIG. 1, the cell module 6 has a tubular electrolyte membrane, but the hollow electrolyte membrane in the present invention is not limited to a tubular shape, has a hollow portion, and allows fuel or an oxidant to flow into the hollow portion. Thus, it is only necessary that the reaction component necessary for the electrochemical reaction can be supplied to the electrode provided in the hollow interior.

チューブ状の固体高分子電解質膜１の内径及び外径、長さ等は特に限定されるものではないが、チューブ状電解質膜の外径は０．０１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがさらに好ましく、０．１〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。チューブ状電解質膜の外径が０．０１ｍｍ未満のものは現時点では、技術的な問題で製造することが難しく、一方、その外径が１０ｍｍを超えるものでは、占有体積に対する表面積があまり大きくならないため、得られるセルモジュールの単位体積当たりの出力が充分に得られないおそれがある。
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜は、プロトン伝導性の向上の点からは薄いほうが好ましいが、あまりに薄すぎるとガスを隔離する機能が低下し、非プロトン水素の透過量が増大してしまう。しかしながら、従来の平型の燃料電池用単セルを積層した燃料電池と比べると、中空形状を有するセルモジュールを多数集めることにより作製された燃料電池では電極面積が大きくとれるので、やや厚みのある膜を用いた場合でも、充分な出力が得られる。かかる観点から、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の厚みは、１０〜１００μｍであり、より好ましくは５０〜６０μｍであり、さらに好ましくは５０〜５５μｍである。
また、上記の外径と膜厚との好ましい範囲から、内径の好ましい範囲は０．０１〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜１ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。 The inner diameter, outer diameter, length and the like of the tubular solid polymer electrolyte membrane 1 are not particularly limited, but the outer diameter of the tubular electrolyte membrane is preferably 0.01 to 10 mm, 0.1 More preferably, it is-1 mm, and it is especially preferable that it is 0.1-0.5 mm. At present, it is difficult to manufacture a tubular electrolyte membrane having an outer diameter of less than 0.01 mm due to technical problems. On the other hand, when the outer diameter exceeds 10 mm, the surface area relative to the occupied volume is not so large. The output per unit volume of the obtained cell module may not be sufficiently obtained.
The perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane is preferably thin from the viewpoint of improving proton conductivity, but if it is too thin, the function of isolating gas is lowered and the permeation amount of aprotic hydrogen is increased. However, in comparison with a conventional fuel cell in which flat cells for fuel cells are stacked, a fuel cell manufactured by collecting a large number of hollow cell modules can take a large electrode area. Even when is used, sufficient output can be obtained. From this viewpoint, the thickness of the perfluorocarbon sulfonic acid resin film is 10 to 100 μm, more preferably 50 to 60 μm, and still more preferably 50 to 55 μm.
Moreover, from the preferable range of said outer diameter and film thickness, the preferable range of an internal diameter is 0.01-10 mm, More preferably, it is 0.1-1 mm, More preferably, it is 0.1-0.5 mm. is there.

本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、固体高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜ほど高いプロトン伝導性を有していない電解質膜を用いても、単位体積当たりの出力密度の高い燃料電池を得ることができる。固体高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の他、固体高分子型燃料電池の電解質膜に用いられているような材料を使用することができ、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂以外のフッ素系イオン交換樹脂、スルホン酸基を有するポリスチレン系陽イオン交換膜などのポリオレフィンのような炭化水素を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及び、リン酸基等のプロトン交換基のうちから一種を有するもの、特表平１１−５０３２６２号公報などに開示されている、ポリベンズイミダゾール、ポリピリミジン、ポリベンゾオキサゾールなどの塩基性高分子に強酸をドープした塩基性高分子と強酸との複合体からなる固体ポリマー電解質等の高分子電解質が挙げられる。このような電解質を用いた固体高分子電解質膜は、フィブリル状、繊布状、不繊布状、多孔質シートのパーフルオロカーボン重合体で補強することや、膜表面に無機酸化物あるいは金属をコーティングすることにより補強することもできる。また、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜としては、例えば米国デュポン社製ナフィオン（商品名）や旭硝子社製フレミオン（商品名）等の市販品もある。   Since the fuel cell of the present invention has a cell module having a hollow shape, the electrode area per unit volume can be increased as compared with a fuel cell having a flat cell. Even when an electrolyte membrane that does not have proton conductivity as high as that of a fluorocarbon sulfonic acid resin membrane is used, a fuel cell having a high output density per unit volume can be obtained. As the solid polymer electrolyte membrane, perfluorocarbon sulfonic acid resin and materials used for the electrolyte membrane of solid polymer fuel cells can be used. For example, fluorine other than perfluorocarbon sulfonic acid resin can be used. One kind of proton exchange groups such as at least sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, and phosphoric acid groups, based on hydrocarbons such as polyolefins such as polystyrene ion exchange resins and polystyrene cation exchange membranes having sulfonic acid groups A complex of a basic polymer and a strong acid, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-503262, etc., in which a basic polymer such as polybenzimidazole, polypyrimidine, and polybenzoxazole is doped with a strong acid And polymer electrolytes such as solid polymer electrolytes. A solid polymer electrolyte membrane using such an electrolyte should be reinforced with a perfluorocarbon polymer in the form of a fibril, a fabric, a non-fabric, or a porous sheet, or the membrane surface can be coated with an inorganic oxide or metal. It can also be reinforced. Examples of the perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane include commercially available products such as Nafion (trade name) manufactured by DuPont, USA and Flemion (trade name) manufactured by Asahi Glass.

また、本実施形態では電解質膜として、プロトン伝導膜の一種であり、固体高分子電解質膜の一つであるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いて説明しているが、本発明の燃料電池において用いられる電解質膜は特に限定されるものではなく、プロトン伝導性のものであっても、水酸化物イオンや酸化物イオン（Ｏ2-）等その他のイオン伝導性のものであってもよい。プロトン伝導性の電解質膜としては、上記したような固体高分子電解質膜に限られず、リン酸水溶液を多孔質の電解質板に含浸させたものや、多孔質性ガラスからなるプロトン伝導体、ハイドロゲル化したリン酸塩ガラス、ナノ細孔を有する多孔質硝子の表面及び細孔内にプロトン伝導性官能基を導入した有機−無機ハイブリットプロトン伝導膜、無機金属繊維強化電解質ポリマー等を用いることができる。また、燃料電池の構成によっては、例えば、本発明を固体酸化物燃料電池に適用した場合や、水酸化物イオンを電荷担体とする固体高分子型燃料電池に適用した場合などでは、酸素イオンや水酸化物イオンなどの他の電荷担体となるイオンを伝導する固体電解質膜でもよい。 In the present embodiment, a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane, which is a kind of proton conductive membrane and one of solid polymer electrolyte membranes, is described as an electrolyte membrane, but it is used in the fuel cell of the present invention. The electrolyte membrane to be used is not particularly limited, and may be proton-conductive or other ion-conductive such as hydroxide ion or oxide ion (O 2− ). The proton conductive electrolyte membrane is not limited to the solid polymer electrolyte membrane as described above, but a porous electrolyte plate impregnated with an aqueous phosphoric acid solution, a proton conductor made of porous glass, or a hydrogel Phosphated phosphate glass, organic-inorganic hybrid proton conductive membrane having proton conductive functional groups introduced into the surface and pores of nanoporous glass, inorganic metal fiber reinforced electrolyte polymer, etc. can be used. . Depending on the configuration of the fuel cell, for example, when the present invention is applied to a solid oxide fuel cell or to a solid polymer fuel cell using hydroxide ions as charge carriers, oxygen ions or It may be a solid electrolyte membrane that conducts ions serving as other charge carriers such as hydroxide ions.

電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１の内面及び外面に設けられる各電極２，３は、固体高分子型燃料電池に用いられているような電極材料を用いて形成することができる。通常は、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成された電極が用いられる。
触媒層は触媒粒を含み、触媒粒の利用効率を高めるためのプロトン伝導性物質を含んでいてもよく、プロトン伝導性物質としては上記電解質膜の材料として用いられるものを用いることができる。触媒粒としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、白金ほど触媒作用が大きくない触媒成分を用いても、単位体積当たりの出力密度が高い燃料電池を得ることができる。触媒成分としては、アノードにおける水素の酸化反応、カソードにおける酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスニウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、又はそれらの合金から選択することができる。好ましくは、Ｐｔ、及びＰｔと例えばＲｕなど他の金属とからなる合金である。 The electrodes 2 and 3 provided on the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane) 1 can be formed using an electrode material such as that used in a polymer electrolyte fuel cell. Usually, an electrode configured by laminating a catalyst layer and a gas diffusion layer in order from the electrolyte membrane side is used.
The catalyst layer contains catalyst particles and may contain a proton conductive material for increasing the utilization efficiency of the catalyst particles. As the proton conductive material, those used as the material of the electrolyte membrane can be used. As the catalyst particles, catalyst particles in which a catalyst component is supported on a conductive material such as a carbon material such as carbonaceous particles or carbonaceous fibers are preferably used. Since the fuel cell of the present invention has a cell module having a hollow shape, the electrode area per unit volume can be made larger than that of a fuel cell having a flat cell. Even when components are used, a fuel cell having a high output density per unit volume can be obtained. The catalyst component is not particularly limited as long as it has a catalytic action for hydrogen oxidation reaction at the anode and oxygen reduction reaction at the cathode. For example, platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir) , Rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), tungsten (W), lead (Pb), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn) , Vanadium (V), molybdenum (Mo), gallium (Ga), aluminum (Al) and other metals, or alloys thereof. Pt and an alloy made of Pt and another metal such as Ru are preferable.

ガス拡散層としては、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を主成分とする多孔質導電性材料を用いることができる。炭素質粒子及び炭素質繊維の大きさは、ガス拡散層を製造する際の溶液中における分散性や得られるガス拡散層の排水性等を考慮して適宜最適なものを選択すればよい。ガス拡散層は、生成水など水分の排水性を高める点から、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロカーボンアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンポリマー、又はこれらの混合物等を含浸させたり、或いはこれらの物質を用いて撥水層を形成するなどして撥水加工することが好ましい。
尚、中空電解質膜の内面及び外面に設けられる各電極の構成、電極に用いられる材料等は、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。 As the gas diffusion layer, a porous conductive material mainly composed of a carbon material such as carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers can be used. The sizes of the carbonaceous particles and the carbonaceous fibers may be appropriately selected in consideration of the dispersibility in the solution when the gas diffusion layer is produced, the drainage property of the obtained gas diffusion layer, and the like. The gas diffusion layer is, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, perfluorocarbon alkoxyalkane, ethylene-tetrafluoroethylene polymer, or these from the point of improving the drainage of moisture such as generated water It is preferable to perform water-repellent processing by impregnating a mixture of the above or the like or forming a water-repellent layer using these substances.
In addition, the structure of each electrode provided in the inner surface and outer surface of a hollow electrolyte membrane, the material used for an electrode, etc. may be the same, and may differ.

チューブ状の電解質膜の内面及び外面に一対の電極を設ける方法としては、特に限定されるものではない。例えば、まず、チューブ状の電解質膜を準備する。チューブ状の電解質膜を準備する方法は特に限定されず、市販品のチューブ状に形成された電解質膜を用いることもできる。そして、当該チューブ状電解質膜の内面及び外面に、電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成し、当該二つの触媒層上に炭素質粒子及び／又は炭素質繊維を含む溶液を塗布・乾燥してガス拡散層を形成する方法が挙げられる。このとき、電解質膜の内面側に形成したガス拡散層の内面に中空部が存在するように触媒層とガス拡散層を形成する。
或いは、まず、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を含み、チューブ状に形成されたもの（チューブ状炭素質）を内面側電極（アノード）のガス拡散層として用い、当該ガス拡散層の外面に電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して内面側電極の触媒層を形成して内面側電極を作製し、次に、当該触媒層の外面に電解質を含む溶液を塗布・乾燥して電解質膜層、さらに当該電解質膜層の外面に外面側電極（カソード）の触媒層を形成し、当該触媒層の外面に炭素材料を含む溶液を塗布・乾燥して外面側電極のガス拡散層を形成する方法も挙げられる。チューブ状炭素質としては、例えば、炭素質粒子等の炭素材料とエポキシ及び／又はフェノール系樹脂を溶媒に分散させてチューブ状に成形し、熱硬化後、焼成することにより得られる。 The method of providing a pair of electrodes on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane is not particularly limited. For example, first, a tubular electrolyte membrane is prepared. The method for preparing the tubular electrolyte membrane is not particularly limited, and a commercially available electrolyte membrane formed in a tube shape can also be used. Then, a solution containing electrolyte and catalyst particles is applied and dried on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane to form a catalyst layer, and carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers are contained on the two catalyst layers. The method of apply | coating and drying a solution and forming a gas diffusion layer is mentioned. At this time, the catalyst layer and the gas diffusion layer are formed so that a hollow portion exists on the inner surface of the gas diffusion layer formed on the inner surface side of the electrolyte membrane.
Alternatively, first, a gas material containing a carbon material such as carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers and formed into a tube shape (tubular carbonaceous material) is used as the gas diffusion layer of the inner surface side electrode (anode), and the gas diffusion is performed. Applying and drying a solution containing electrolyte and catalyst particles on the outer surface of the layer to form a catalyst layer of the inner surface side electrode to produce the inner surface side electrode, and then applying a solution containing the electrolyte to the outer surface of the catalyst layer. The electrode layer is dried to form a catalyst layer of the outer electrode (cathode) on the outer surface of the electrolyte membrane layer, and a solution containing a carbon material is applied to the outer surface of the catalyst layer and dried to dry the gas of the outer electrode. A method for forming a diffusion layer is also included. The tubular carbonaceous material can be obtained, for example, by dispersing a carbon material such as carbonaceous particles and an epoxy and / or phenolic resin in a solvent to form a tubular shape, thermosetting, and firing.

尚、電解質膜、触媒層、ガス拡散層を形成する際に使用する溶媒は、分散及び／又は溶解する材料に応じて適宜選択すればよく、また、各層を形成する際の塗布方法についても、スプレー法、スクリーン印刷法等種々の方法にから適宜選択することができる。
本発明の燃料電池に用いられる中空形状を有するセルモジュールは、上記にて例示した構成に限られず、セルモジュールの機能を高めることを目的として触媒層及びガス拡散層以外の層を設けても良い。また、本実施形態においては、中空電解質膜の内側にアノード、外側にカソードを設けているが、内側にカソード、外側にアノードを設けても良い。 In addition, the solvent used when forming the electrolyte membrane, the catalyst layer, and the gas diffusion layer may be appropriately selected according to the material to be dispersed and / or dissolved, and the coating method when forming each layer is also as follows. It can be appropriately selected from various methods such as spraying and screen printing.
The cell module having a hollow shape used in the fuel cell of the present invention is not limited to the configuration exemplified above, and a layer other than the catalyst layer and the gas diffusion layer may be provided for the purpose of enhancing the function of the cell module. . In this embodiment, the anode is provided inside the hollow electrolyte membrane and the cathode is provided outside, but the cathode may be provided inside and the anode may be provided outside.

内部集電材（本実施形態においては、負極側集電材）４はセルモジュールの内周面と接する外径を有する柱状集電材であり、その外周面には、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝４ａが形成されている。この溝と内面側電極２との隙間が水素ガスを供給するための中空内ガス流路となる。溝４ａとしては、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝が少なくとも一本必要であり、必要に応じて、セルモジュールの外周面に様々なパターン又は方向性を有する溝が形成される。
外部集電材（本実施形態においては、正極側集電材）５は、金属ワイヤ５ａのネットは、セルモジュールと棒状集電材５ｂを平行にして交互に並べ、これら両者の外周面をネットで被覆するように金属ワイヤ５ａを編みこむことで製造できる。
上記内面側又は外面側集電材として使用される金属としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｉｎ等の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、又はステンレス鋼などのそれらの合金が好ましい。また、その表面がＡｕ、Ｐｔ、導電性樹脂等によりコーティングされていても良い。特に耐蝕性に優れることから、中でもステンレスやチタンが好ましい。ワイヤの太さ及び編みこみの密度、棒状集電材の太さ等は、特に制限されるものではない。 The internal current collector (in this embodiment, the negative electrode side current collector) 4 is a columnar current collector having an outer diameter in contact with the inner peripheral surface of the cell module, and the outer peripheral surface has an axial direction (longitudinal direction) of the cell module. A groove 4a is formed extending in the direction. A gap between the groove and the inner surface side electrode 2 becomes a hollow gas passage for supplying hydrogen gas. As the groove 4a, at least one groove extending in the axial direction (longitudinal direction) of the cell module is required, and grooves having various patterns or directions are formed on the outer peripheral surface of the cell module as necessary.
In the external current collector (in this embodiment, the positive current collector) 5, the net of the metal wire 5 a is alternately arranged in parallel with the cell modules and the rod-shaped current collector 5 b, and the outer peripheral surfaces of both are covered with the net. Thus, it can manufacture by braiding the metal wire 5a.
As the metal used as the inner surface side or outer surface side current collector, for example, at least one metal selected from Al, Cu, Fe, Ni, Cr, Ta, Ti, Zr, Sm, In, etc., Or their alloys such as stainless steel are preferred. Further, the surface thereof may be coated with Au, Pt, conductive resin or the like. Of these, stainless steel and titanium are preferred because of their excellent corrosion resistance. The thickness of the wire and the braid density, the thickness of the rod-shaped current collector, etc. are not particularly limited.

本実施形態では、柱状の集電材４及び金属ワイヤ５ａと棒状の集電材５ｂからなる集電材５を使用しているが、集電材４，５は特に限定されず、電気伝導性材料からなるものであればその形状は任意である。集電材は、柱状、ワイヤ状、棒状の他、線状でも、筒形状でもよく、例えば、スプリング状の金属ワイヤや金属箔、金属シート又はカーボンシート等のシート材料からなるもの等も適用できる。
これら集電材は、必要に応じて、カーボン系接着剤やＡｇペーストなどの導電性接着材により電極上に固定される。 In the present embodiment, the columnar current collector 4 and the current collector 5 made of the metal wire 5a and the rod-shaped current collector 5b are used, but the current collectors 4 and 5 are not particularly limited, and are made of an electrically conductive material. If so, the shape is arbitrary. The current collector may be a columnar shape, a wire shape, a rod shape, a linear shape, or a cylindrical shape. For example, a material made of a sheet material such as a spring-like metal wire, a metal foil, a metal sheet, or a carbon sheet can be applied.
These current collectors are fixed on the electrodes with a conductive adhesive such as a carbon-based adhesive or an Ag paste as necessary.

本発明のセルモジュール集合体は、上記したような中空形状を有するセルモジュールを２個以上整列させて一体に固定したものである。ここでは、まず本発明のセルモジュール集合体について図３〜図５を用いて説明する。   The cell module assembly of the present invention is obtained by aligning and fixing two or more cell modules having a hollow shape as described above. Here, the cell module assembly of the present invention will be described with reference to FIGS.

（第一のセルモジュール集合体）
図３は、本発明のセルモジュール集合体の一形態例を示す斜視図である。尚、セルモジュール集合体の内部構造を容易に理解可能とするため、図３は、セルモジュール集合体の構成部材・構成要素を適宜切断、省略して示している。図４は、第一のセルモジュール集合体において、隔壁によって隔たれた外面用ガス流路と内面用ガス流路を示す概略図（４Ａ）、及び隔壁によって整列され、且つその開放端を内面用ガス流路に接続したセルモジュールを示す概略図（４Ｂ）である。図５は第一のセルモジュール集合体の一部を、セルモジュールの長手方向に切断した断面図である。 (First cell module assembly)
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the cell module assembly of the present invention. In addition, in order to make it easy to understand the internal structure of the cell module assembly, FIG. 3 shows the cell module assembly components and components appropriately cut and omitted. FIG. 4 is a schematic diagram (4A) showing an outer surface gas flow path and an inner surface gas flow path separated by a partition wall in the first cell module assembly, and is aligned by the partition wall, and its open end is defined as an inner surface gas channel. It is the schematic (4B) which shows the cell module connected to the flow path. FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the first cell module assembly cut in the longitudinal direction of the cell module.

図３に示すように、本発明にかかるセルモジュール集合体は、内面側に集電材４、外面側に集電材５ｂを配置したセルモジュール６を複数備えている。これら複数のセルモジュール６は、セルモジュール６と棒状集電材５ｂの外周面をワイヤ状の集電材５ａで被覆されて一体化している。   As shown in FIG. 3, the cell module assembly according to the present invention includes a plurality of cell modules 6 in which a current collector 4 is arranged on the inner surface side and a current collector 5b is arranged on the outer surface side. The plurality of cell modules 6 are integrated by covering the outer peripheral surface of the cell module 6 and the rod-shaped current collector 5b with a wire-shaped current collector 5a.

両端が開放されたセルモジュール６の両端には、セルモジュール６の内面側電極２に供給される反応ガス（本実施形態においては水素ガス）が流通する内面用ガス流路９（９Ａ，９Ｂ）が設けられている。内面用ガス流路９Ａ，９Ｂのうち一方はセルモジュールの中空内に水素ガスを供給する供給路（上流）、他方はセルモジュールの中空内から水素ガス（一部の水素が消費された未反応の水素ガス）が排出される排出路（下流）であり、ガス圧差により９Ａ，９Ｂのどちらが上流で、どちらが下流かが決まる。セルモジュール６は、一方の開放端を内面用ガス流路９の供給路に、他方の開放端を内面用ガス流路９の排出路に接続されて、中空内に水素ガスが流通するようになっている。
図３において、セルモジュール６は、内部集電材４が露出された側の先端を、当該内部集電材４の外面側に設けられた内面側電極２、電解質膜１及び外面側電極３ごと隔壁７Ａから突出させて、その開放端を内面用ガス流路９Ａに接続している。そして、もう一方の開放端である先端を隔壁７Ｂから突出させて、内面用ガス流路９Ｂに接続している。このとき、セルモジュール６の開放端である先端は、中空内の流路が内面用ガス流路と接続されていれば、隔壁７から突出していなくてもよく、図５のように、内部集電材４のみが突出していてもよいし、隔壁７の貫通孔８内にその開放端である先端を配置していてもよい。
また、セルモジュール６の両端に設けられた対向する２つの内面用ガス流路９Ａ、９Ｂの間には、セルモジュール６の外面側電極３に供給される反応ガス（本実施形態においては空気）が流通する外面用ガス流路１０が設けられている。 At both ends of the cell module 6 whose both ends are open, an inner surface gas flow path 9 (9A, 9B) through which a reaction gas (hydrogen gas in the present embodiment) supplied to the inner surface side electrode 2 of the cell module 6 flows. Is provided. One of the gas flow paths 9A and 9B for the inner surface is a supply path (upstream) for supplying hydrogen gas into the hollow of the cell module, and the other is hydrogen gas (unreacted in which some hydrogen has been consumed from the hollow of the cell module) The hydrogen gas) is discharged (downstream), and the gas pressure difference determines which of 9A and 9B is upstream and which is downstream. The cell module 6 is connected so that one open end is connected to the supply path of the inner surface gas flow path 9 and the other open end is connected to the discharge path of the inner surface gas flow path 9 so that hydrogen gas flows in the hollow. It has become.
In FIG. 3, the cell module 6 includes a partition wall 7 </ b> A with the tip on the side where the internal current collector 4 is exposed, the inner surface side electrode 2, the electrolyte membrane 1, and the outer surface side electrode 3 provided on the outer surface side of the internal current collector 4. The open end is connected to the inner surface gas flow path 9A. Then, the other open end is projected from the partition wall 7B and connected to the inner surface gas flow path 9B. At this time, the open end of the cell module 6 does not have to protrude from the partition wall 7 as long as the flow path in the hollow is connected to the gas flow path for the inner surface. Only the electric material 4 may protrude, or the tip which is the open end may be disposed in the through hole 8 of the partition wall 7.
In addition, a reaction gas (air in the present embodiment) supplied to the outer surface side electrode 3 of the cell module 6 is provided between two opposing inner surface gas flow paths 9A and 9B provided at both ends of the cell module 6. Is provided with an outer surface gas flow path 10.

符号１７は、ガスシール材であり、紙面上方に略同一形態のセルモジュール集合体を積層した際に、これら積層されたセルモジュール集合体の内面用ガス流路９Ｂが、外面用ガス流路１０及びセルモジュール集合体の外部とのガスシール性を確保した状態で連結できるように備えられている。図３では記載を省略しているが、当該シール材１７は、図示のシール材１７と同様の形態で、内面用ガス流路側９Ａにも備えられている。シール材１７は、紙面上方に略同一形態のセルモジュール集合体を積層して内面用ガス流路９を連結しない場合には、備えられていなくてもよい。   Reference numeral 17 denotes a gas seal material. When cell module assemblies having substantially the same shape are stacked above the paper surface, the inner surface gas flow paths 9B of the stacked cell module assemblies are replaced with the outer surface gas flow paths 10. And it is equipped so that it can connect in the state which ensured the gas-seal property with the exterior of a cell module assembly. Although not shown in FIG. 3, the sealing material 17 is provided on the inner gas flow path side 9 </ b> A in the same form as the illustrated sealing material 17. The sealing material 17 may not be provided when the cell module assemblies having substantially the same form are stacked on the upper surface of the paper and the inner gas passage 9 is not connected.

尚、本実施形態においては、中空部の両端が開放されたセルモジュールを用いているために、供給路と排出路からなる一対の内面用ガス流路９Ａ及び９Ｂとセルモジュールのそれぞれの開放端とを接続しているが、セルモジュールが一端のみにおいて中空内を開放したデッドエンドタイプの場合には、内面用ガス流路は当該開放端から反応ガスを中空内に供給するための供給路のみからなり、当該供給路に開放端が接続される。また、セルモジュールの外面側に供給される反応ガスとして空気を用いる本実施形態においては、外面用ガス流路１０は、セルモジュール集合体の外部から空気が自由に出入りする開放された空間であってもよいし、空気供給源及び排出路と連通する閉鎖された空間であってもよい。   In the present embodiment, since the cell module in which both ends of the hollow portion are open is used, a pair of gas passages 9A and 9B for the inner surface including the supply path and the discharge path, and the open ends of the cell modules, respectively. However, in the case of a dead end type in which the cell module is open at one end only, the gas channel for the inner surface is only the supply channel for supplying the reaction gas from the open end into the hollow. The open end is connected to the supply path. In the present embodiment in which air is used as the reaction gas supplied to the outer surface side of the cell module, the outer surface gas flow path 10 is an open space in which air freely enters and exits from the outside of the cell module assembly. Alternatively, it may be a closed space communicating with the air supply source and the discharge path.

２つの内面用ガス流路９（９Ａ，９Ｂ）と外面用ガス流路１０との間には、２つの対向しあう隔壁７（７Ａ、７Ｂ）が配置されている。２つの隔壁７には、図４Ａのようにセルモジュール６を挿入することができる貫通孔８が所定の間隔で設けられており、複数のセルモジュール６はその両端を対向しあう隔壁７の貫通孔８に挿入することによって、所定間隔で且つ互いに長手方向が平行となるように整列されている。隔壁７の外面用ガス流路側には、ポッティング材１１が流し込まれて、貫通孔８の周囲を含む領域がポッティング処理されており、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６が一体に固定されている（図４Ｂ、図５参照）。   Two opposing partition walls 7 (7A, 7B) are arranged between the two inner surface gas passages 9 (9A, 9B) and the outer surface gas passage 10. As shown in FIG. 4A, the two partition walls 7 are provided with through holes 8 into which the cell modules 6 can be inserted at predetermined intervals, and the plurality of cell modules 6 pass through the partition walls 7 facing each other at both ends. By being inserted into the holes 8, they are aligned at predetermined intervals and in parallel with each other in the longitudinal direction. A potting material 11 is poured into the outer surface gas flow path side of the partition wall 7 and a region including the periphery of the through hole 8 is potted, and the cell module 6 inserted into the through hole 8 is integrally fixed. (See FIGS. 4B and 5).

また、このポッティング処理により、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の外面との隙間が封止されており、２つの対向する内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性が確保されている。このとき、貫通孔８は、隔壁７の少なくとも外面用ガス流路１０側の開口部では、セルモジュール６の外径とほぼ等しい内径を有しているため、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６は、流動性のあるポッティング材料１１が内面用ガス流路９側へと流れ込まない程度に密着している。従って、セルモジュール６を固定する接着剤であるポッティング材１１が、内面用ガス流路９に接続されているセルモジュール６の開放端に付着又は開放端から中空内へ侵入しにくく、内面側電極に供給される反応ガスの流通性がポッティング材によって低下してしまうことが防止されている。
尚、ここでいうセルモジュール６の外径とは、セルモジュール６をその外面に配置した外部集電材５ごと貫通孔８に挿入する場合には、外部集電材５を含むセルモジュールの外径を意味し、当該貫通孔８に挿入する部分には外部集電材５を配置していないセルモジュールを用いる場合には、外部集電材５を取り除いたセルモジュールの外径を意味する。 Moreover, the gap between the through-hole 8 and the outer surface of the cell module 6 inserted into the through-hole 8 is sealed by this potting process, and two opposing inner-surface gas flow paths 9 and outer-surface gas flow paths are sealed. The gas sealability with 10 is ensured. At this time, the through hole 8 has an inner diameter that is substantially equal to the outer diameter of the cell module 6 at least in the opening on the outer surface gas flow path 10 side of the partition wall 7. The inserted cell module 6 is in close contact with the fluid potting material 11 so as not to flow into the inner gas flow path 9 side. Therefore, the potting material 11 which is an adhesive for fixing the cell module 6 is not easily attached to the open end of the cell module 6 connected to the inner surface gas flow path 9 or penetrates into the hollow from the open end. It is prevented that the flowability of the reaction gas supplied to the liquid is reduced by the potting material.
The outer diameter of the cell module 6 referred to here is the outer diameter of the cell module including the external current collector 5 when the cell module 6 is inserted into the through-hole 8 together with the external current collector 5 disposed on the outer surface thereof. That is, when a cell module in which the external current collector 5 is not disposed in the portion inserted into the through hole 8 is used, it means the outer diameter of the cell module from which the external current collector 5 is removed.

以上のように本発明の第一のセルモジュール集合体は、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間に配置された隔壁７の貫通孔８にセルモジュール６を挿入することで、複数のセルモジュール６を自動的に整列することができる。従って、正確に且つ効率よく複数のセルモジュールを配列することが可能である。
そして、隔壁７の貫通孔８に挿入されて配列された２つ以上のセルモジュール６は、隔壁７の外面用ガス流路１０側をポッティング処理することによって、容易に隔壁７に一体に固定される。このように正確に配列した状態で固定されたセルモジュール集合体は、内部集電材４と内部集電材用集電体１３の接続及び外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂと外部集電材用集電体１４の接続を容易に且つ正確に行うことができる。さらに、セルモジュールの配列形態によっては、各セルモジュールの外面側に反応ガスを均一に供給することが可能となる。
また、複数のセルモジュールを固定するための上記ポッティング処理により、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６との隙間が封止されるため、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性を確保することができる。また、隔壁７の外面用ガス流路１０側をポッティング処理することによって、内面用ガス流路に接続されたセルモジュール６の開放端（内面側電極２に供給される反応ガスの流路となる）のポッティング材１１による目詰まりが生じにくい。 As described above, in the first cell module assembly of the present invention, the cell module 6 is inserted into the through hole 8 of the partition wall 7 disposed between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10. Thus, the plurality of cell modules 6 can be automatically aligned. Therefore, it is possible to arrange a plurality of cell modules accurately and efficiently.
The two or more cell modules 6 inserted and arranged in the through holes 8 of the partition wall 7 are easily fixed integrally to the partition wall 7 by potting the outer surface gas channel 10 side of the partition wall 7. The The cell module assembly fixed in such an accurately arranged state is connected to the internal current collector 4 and the internal current collector 13 and the rod-shaped current collector 5b, which is a part of the external current collector 5, and the external current collector 5b. The electrical current collector 14 can be easily and accurately connected. Furthermore, depending on the arrangement form of the cell modules, it becomes possible to uniformly supply the reaction gas to the outer surface side of each cell module.
In addition, the gap between the through hole 8 and the cell module 6 inserted into the through hole 8 is sealed by the potting process for fixing a plurality of cell modules. A gas sealing property with the gas flow path 10 can be ensured. Also, by potting the outer surface gas flow path 10 side of the partition wall 7, it becomes an open end of the cell module 6 connected to the inner surface gas flow path (a flow path for the reaction gas supplied to the inner surface side electrode 2). ) Clogging due to the potting material 11 is less likely to occur.

第一のセルモジュール集合体において用いられるポッティング材は、２つ以上のセルモジュール６を一体に固定、並びに、隔壁７の貫通孔を封止することができるものであればよく、例えば、シリコーン、エポキシ系樹脂等を用いることができる。ポッティング材を隔壁７の外面用ガス流路側に流し込み、乾燥、加熱、ＵＶ照射等の処理を適宜施して硬化させることによって、隔壁７の貫通孔を含む領域をポッティング処理することができる。
ポッティング材１１の厚み（隔壁７の外面用ガス流路側表面からのポッティング材１１の高さ）は、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定することができれば特に限定されないが、セルモジュールの外面のポッティング材１１の層に埋まった部分は反応ガスが供給されない。従って、より広い電極面積を確保する観点からは、ポッティング材１１の厚みは薄い方がよい。 The potting material used in the first cell module assembly only needs to be capable of fixing two or more cell modules 6 together and sealing the through hole of the partition wall 7, for example, silicone, An epoxy resin or the like can be used. The potting material can be potted by pouring the potting material to the outer surface gas flow path side of the partition wall 7 and curing it by appropriately performing treatments such as drying, heating, and UV irradiation.
The thickness of the potting material 11 (height of the potting material 11 from the outer surface gas flow path side surface of the partition wall 7) is not particularly limited as long as the cell module 6 can be fixed to the through-hole 8 of the partition wall 7. The reaction gas is not supplied to the portion buried in the layer of the potting material 11 on the outer surface of the module. Therefore, from the viewpoint of securing a wider electrode area, the potting material 11 should be thinner.

本発明において、複数のセルモジュールは、隔壁７に設けられた貫通孔８に各セルモジュール６を挿入することによって面方向（隔壁の広がる方向）における位置を決定することができるが、セルモジュールの軸方向においても位置決めを行う必要がある。従って、隔壁７には、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましい。セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造としては、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。
このような係止構造には、例えば、開口部の周囲から貫通孔８の中心軸の方向に向けて突出する爪状の突起７ｃ（図６Ａ）や、開口部の周囲の２箇所を橋渡した侵入止め７ｄ（図６Ｂ）などが挙げられる。また、貫通孔８の内面を、外面用ガス流路側の開口部ではセルモジュール６の外径とほぼ等しい内径を有し、内面用ガス流路側の開口部ではセルモジュール６の外径よりも小さい内径を有する段差形状７ｅとし、この段差部分でセルモジュールの端面を係止する構造（図６Ｃ，図６Ｄ）も挙げられる。尚、図６Ａにおいて６Ａ−１は６Ａ−２のＡＡ断面図、図６Ｂにおいて６Ｂ−１は６Ｂ−２のＡＡ断面図、図６Ｃにおいて６Ｃ−１は６Ｃ−２のＡＡ断面図、図６Ｄにおいて６Ｄ−１は６Ｄ−２のＡＡ断面図である。また、６Ａ−２、６Ｂ−２、６Ｃ−２及び６Ｄ−２において、紙面手前側が内面用ガス流路９、紙面奥側が外面用ガス流路１０である。 In the present invention, the plurality of cell modules can determine the position in the plane direction (direction in which the partition walls spread) by inserting each cell module 6 into the through hole 8 provided in the partition wall 7. It is necessary to perform positioning also in the axial direction. Therefore, it is preferable to add a structure for positioning the cell module 6 in the axial direction to the partition wall 7. As a structure for positioning the cell module 6 in the axial direction, a structure for locking the end face of the cell module 6 inserted into the through hole 8 can be provided.
In such a locking structure, for example, a claw-like protrusion 7c (FIG. 6A) that protrudes from the periphery of the opening toward the central axis of the through hole 8 and two places around the opening are bridged. Examples include an intrusion stop 7d (FIG. 6B). Further, the inner surface of the through hole 8 has an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the cell module 6 at the opening on the outer gas flow path side, and is smaller than the outer diameter of the cell module 6 at the opening on the inner gas flow path side. A structure (FIGS. 6C and 6D) in which a step shape 7e having an inner diameter is formed and the end surface of the cell module is locked at the step portion is also exemplified. 6A-1 is an AA sectional view of 6A-2 in FIG. 6A, 6B-1 is an AA sectional view of 6B-2 in FIG. 6B, 6C-1 is an AA sectional view of 6C-2 in FIG. 6D, and FIG. 6D-1 is an AA cross-sectional view of 6D-2. Further, in 6A-2, 6B-2, 6C-2, and 6D-2, the front side of the paper surface is the inner surface gas flow path 9, and the rear surface of the paper surface is the outer surface gas flow path 10.

このような係止構造によって、貫通孔８の外面用ガス流路側の開口部から挿入したセルモジュール６の端面を係止し、セルモジュールが該貫通孔８の内面用ガス流路側の開口部から突出しないように或いは貫通孔８から突出する長さを揃えることができるため、セルモジュール６の軸方向における位置合わせすることが可能となる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、内部集電材４と内部集電材用集電体１３の接続及び外部集電材５と外部集電材用集電体１４の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。
尚、係止構造は、セルモジュールの軸方向における位置を決定することができれば、２つの対向する隔壁７のうち、一方の隔壁のみに設けられていてもよい。 With such a locking structure, the end surface of the cell module 6 inserted from the opening on the gas flow path side for the outer surface of the through hole 8 is locked, and the cell module is opened from the opening on the gas flow path side for the inner surface of the through hole 8. Since the length protruding from the through-hole 8 can be aligned so as not to protrude, it is possible to align the cell module 6 in the axial direction. The axial alignment of the cell module by the locking structure facilitates the connection between the internal current collector 4 and the internal current collector 13 and the connection between the external current collector 5 and the external current collector 14. It makes it possible to do exactly.
The locking structure may be provided on only one of the two opposing partition walls 7 as long as the position of the cell module in the axial direction can be determined.

係止構造としては、図６Ｃ、６Ｄのように、貫通孔８の内面用ガス流路側の開口部に設けられ、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有し且つセルモジュールの周囲を取り囲む段差形状７ｅが好ましい。このような係止構造はセルモジュールの軸方向位置をそろえることができると同時に、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６との隙間に流れ込んだポッティング材がさらに内面用ガス流路側へと流れるのを防止する効果を高めることができるからである。   As the locking structure, as shown in FIGS. 6C and 6D, a step provided in the opening on the gas flow path side for the inner surface of the through-hole 8 has an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell module and surrounds the periphery of the cell module. Shape 7e is preferred. Such a locking structure can align the positions of the cell modules in the axial direction, and at the same time, the potting material that has flowed into the gap between the through hole 8 and the cell module 6 inserted into the through hole 8 further causes the gas flow for the inner surface to flow. It is because the effect which prevents flowing to the roadside can be heightened.

さらに、作製が容易であり、生産性が高いことから、上記した係止構造を有する隔壁のうち、特に、図６Ｄに示す構造が好ましい。すなわち、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７である。   Furthermore, since the production is easy and the productivity is high, the structure shown in FIG. 6D is particularly preferable among the partition walls having the above-described locking structure. That is, the first partition wall portion 7a having the first through holes 8a having an inner diameter into which the cell module can be inserted is provided at a predetermined interval is disposed on the outer surface gas flow path side and has an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell module. A second partition wall portion 7b in which the second through-hole 8b is provided with the same distance between the centers of the second through-holes as the center-to-center distance of the first through-hole 8a is disposed on the inner gas channel side. The partition wall 7 has a structure in which the first through hole 8a and the second through hole 8b are coaxially aligned and overlapped.

図６Ｃや図６Ｄの係止構造において、貫通孔８の内面側ガス流路側の開口部における内径は、セルモジュールの端面を係止することができるようにセルモジュールの外径よりも小さければよく、適宜設計すればよいが、セルモジュールの内面側への反応ガスの流通を確保するためには、内面側電極２の内径（本実施形態のように柱状の内部集電材４を用いる場合には、内部集電材４の外径）よりも大きくすることが好ましい。   6C or 6D, the inner diameter of the opening on the inner surface side gas flow path side of the through hole 8 should be smaller than the outer diameter of the cell module so that the end surface of the cell module can be locked. However, in order to ensure the flow of the reaction gas to the inner surface side of the cell module, the inner diameter of the inner surface side electrode 2 (when the columnar internal current collector 4 is used as in this embodiment) The outer diameter of the internal current collector 4 is preferably larger.

セルモジュール集合体を構成する２つ以上のセルモジュール６は、所定間隔、すなわちある規則性を持った間隔で整列され、通常は、一定間隔（等間隔）を持って整列される。複数のセルモジュールが等間隔で配置されていないと、これらのセルモジュール間を通流し、セルモジュールの外面側電極３に供給される反応ガスの流れが均一とならないため、各セルモジュールへの反応ガス供給量に差が生じ、燃料電池の発電効率が悪くなってしまう場合があるからである。特に、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定でない場合には、反応ガスの流れに大きな偏りが生じやすいため、少なくともセルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定となるように、セルモジュールが整列していることが好ましい。   The two or more cell modules 6 constituting the cell module assembly are aligned at a predetermined interval, that is, an interval having a certain regularity, and are usually aligned at a constant interval (equal interval). If a plurality of cell modules are not arranged at equal intervals, the reaction gas flows between these cell modules and the flow of the reaction gas supplied to the outer surface side electrode 3 of the cell modules is not uniform. This is because a difference occurs in the gas supply amount, and the power generation efficiency of the fuel cell may deteriorate. In particular, when the spacing between the cell modules in the direction perpendicular to the direction in which the reaction gas supplied to the cell module outer surface is flown is not constant, a large deviation in the flow of the reaction gas is likely to occur, so at least on the cell module outer surface side. The cell modules are preferably aligned so that the spacing between the cell modules in the direction perpendicular to the direction in which the reaction gas to be supplied flows is constant.

従って、セルモジュールの外面側に供給する反応ガスを流す方向によるが、セルモジュール間の間隔を決定する貫通孔８は、セルモジュール間の間隔を一定にすることができるように等間隔で設けられていることが好ましい。貫通孔８の間隔の長さは、セルモジュールの外面に充分量の反応ガスを供給することができる程度であればよく、適宜決定すればよい。尚、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定であれば、その他の方向においてはセルモジュールが互いに密着して整列していてもよいし、また、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔とその他の方向におけるセルモジュール間の間隔が同じでなくてもよい。   Therefore, depending on the flow direction of the reaction gas supplied to the outer surface side of the cell modules, the through holes 8 that determine the interval between the cell modules are provided at equal intervals so that the interval between the cell modules can be made constant. It is preferable. The length of the interval between the through holes 8 may be determined as long as a sufficient amount of reaction gas can be supplied to the outer surface of the cell module, and may be determined as appropriate. Note that the cell modules may be in close contact with each other in other directions as long as the spacing between the cell modules in a direction perpendicular to the direction in which the reaction gas supplied to the outer surface of the cell module flows is constant. In addition, the interval between the cell modules in the direction perpendicular to the direction in which the reaction gas supplied to the outer surface side of the cell module flows may not be the same as the interval between the cell modules in other directions.

隔壁７を形成する材料は特に限定されず、当該隔壁７の貫通孔８に対して固定されたセルモジュール６やポッティング材１１を支持することができる硬度や強度、及び反応ガスに対する非透過性を有していればよいが、当該隔壁上に流し込まれるポッティング材の重さに耐えられる硬さを有していることが好ましい。ポッティング材の重さにより変形しない隔壁を用いることによって、ポッティング材が当該隔壁表面に均一に流し込まれ、ポッティング処理を容易に且つ確実に行うことができる。隔壁７を形成する具体的な材料としては、例えば、金属（Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，ＳＵＳ等）、樹脂系材料、プラスチック、ガラス、炭素材料、セラミックス等が挙げられる。なお、隔壁７を金属、炭素材料等の導電性材料で形成する場合には、必要に応じて、セルモジュール６を含むその他の部材との絶縁を行う。
隔壁７の厚みも特に限定されず、当該隔壁７の貫通孔８に対して固定されたセルモジュール６やポッティング材１１を支持することができる強度を保持できればよいが、セルモジュールの外面の隔壁７の貫通孔８に挿入された部分は、反応ガスが供給されないため、電極としての機能が非常に低くなる。従って、より広い電極面積を確保する観点からは、隔壁７はなるべく薄い方がよい。
また、隔壁７は、セルモジュール集合体を取り囲む筐体或いは、内面用ガス流路を形成する内面ガス流路壁１５と一体化された構造を有していてもよいが、セルモジュール集合体の組み立てを容易に行うことができ、効率的であることから、図４のように、内面用ガス流路９及び外面用ガス流路１０の壁を形成する筐体１２から着脱可能な構造を有していることが好ましい。図４の隔壁７は、具体的には、筐体１２から着脱可能な仕切板であり、筐体１２の内面に設けられた凸部１２ａによって係止されている。 The material for forming the partition wall 7 is not particularly limited, and the hardness and strength capable of supporting the cell module 6 and the potting material 11 fixed to the through-hole 8 of the partition wall 7 and the impermeability to the reaction gas. However, it is preferable to have a hardness that can withstand the weight of the potting material poured on the partition wall. By using a partition wall that does not deform due to the weight of the potting material, the potting material is uniformly poured into the surface of the partition wall, and the potting process can be performed easily and reliably. Specific materials for forming the partition walls 7 include, for example, metals (Al, Cu, Fe, Ti, SUS, etc.), resin materials, plastics, glass, carbon materials, ceramics, and the like. In addition, when forming the partition 7 with conductive materials, such as a metal and a carbon material, insulation with the other member containing the cell module 6 is performed as needed.
The thickness of the partition wall 7 is not particularly limited as long as it can maintain a strength capable of supporting the cell module 6 and the potting material 11 fixed to the through hole 8 of the partition wall 7. Since the reaction gas is not supplied to the portion inserted into the through-hole 8, the function as an electrode becomes very low. Therefore, the partition wall 7 is preferably as thin as possible from the viewpoint of securing a wider electrode area.
Further, the partition wall 7 may have a structure that is integrated with a casing surrounding the cell module assembly or an inner surface gas flow path wall 15 that forms an inner surface gas flow path. Since it can be easily assembled and is efficient, as shown in FIG. 4, it has a structure that can be attached to and detached from the casing 12 that forms the walls of the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10. It is preferable. Specifically, the partition wall 7 in FIG. 4 is a partition plate that is detachable from the housing 12, and is locked by a convex portion 12 a provided on the inner surface of the housing 12.

以下、図５を用いてセルモジュール集合体における集電について説明する。
２つの内面用ガス流路９のうち一方（９Ａ）は、各セルモジュール６の内部集電材４と接続する内部集電材用集電体１３を備え、他方（９Ｂ）は各セルモジュール６の外部集電材５と接続する外部集電材用集電体１４を備えている。セルモジュール集合体において、それぞれ２つの隔壁７のうちの一方に対向し、内面用ガス流路９を形成している２つの内面用ガス流路壁１５は導電性材料からなり、内部集電材用集電体１３又は外面集電材用集電体１４を兼ねている。 Hereinafter, the current collection in the cell module assembly will be described with reference to FIG.
One (9A) of the two inner-surface gas flow paths 9 includes an internal current collector 13 that is connected to the internal current collector 4 of each cell module 6, and the other (9B) is the outside of each cell module 6. An external current collector for current collector 14 connected to the current collector 5 is provided. In the cell module assembly, two inner surface gas flow path walls 15 respectively facing one of the two partition walls 7 and forming the inner surface gas flow path 9 are made of a conductive material and are used for an internal current collector. It also serves as the current collector 13 or the current collector 14 for the outer current collector.

内部集電材用集電体１３を備えた内面用ガス流路９Ａでは、隔壁７Ａの貫通孔８に挿入された各セルモジュール６の開放端から延長された内部集電材４が、内面用ガス流路９Ａを横断し、内部集電材用集電体１３（内面用ガス流路壁１５）に設けられた貫通孔１３ａ（内部集電材４の外径とほぼ同じ大きさの内径を有する）に挿入されている。この内部集電材４は、内部集電材用集電体１３を貫通し、当該内部集電材用集電体１３の外面にフローはんだによって固定され、且つ、電気的に接続されている。また、このはんだによって貫通孔１３ａと当該貫通孔１３ａに挿入された内部集電材４との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外部とのガスシール性が確保されている。   In the inner surface gas flow path 9A provided with the current collector 13 for the inner current collector, the inner current collector 4 extended from the open end of each cell module 6 inserted into the through hole 8 of the partition wall 7A is used as the inner gas flow path. Crossing the path 9A, inserted into a through-hole 13a (having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the inner current collector 4) provided in the current collector 13 for the inner current collector (the gas flow path wall 15 for the inner surface) Has been. The internal current collector 4 penetrates through the internal current collector 13, is fixed to the outer surface of the internal current collector 13 by flow soldering, and is electrically connected thereto. Further, the gap between the through hole 13a and the internal current collector 4 inserted into the through hole 13a is sealed by this solder, and the gas sealing property between the inner surface gas flow path 9 and the outside is ensured.

一方、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７Ｂに設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、そのセルモジュールの外部集電材５を一緒に挿入しても良いし、図３及び図５に示したように、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５の一部である棒状集電体５ｂを挿入するための貫通孔８０を隔壁７Ｂに設けてもよい。このとき、外面用ガス流路側の隔壁部のセルモジュール用貫通孔８は、貫通孔８０に挿入される棒状集電材５ｂを除いたセルモジュールの外径とほぼ同じ大きさの内径を有する。また、隔壁７の貫通孔８に対してセルモジュール６を固定し、且つ、貫通孔８を封止するためのポッティング処理によって、棒状集電材５ｂが貫通孔８０に対して固定され、且つ、棒状集電材５ｂと当該棒状集電材５ｂを挿入する貫通孔８０との隙間が封止されることになる。
隔壁７Ｂの貫通孔８０（又は貫通孔８）に挿入された各セルモジュールの棒状集電材５ｂは、該隔壁７を貫通し、内面用ガス流路９Ｂを横断して外部集電材用集電体１４（内面用ガス流路壁１５）に設けられた貫通孔１４ａ（棒状集電材５ｂの外径とほぼ同じ大きさの内径を有する）に挿入され、外部集電材用集電体１４を貫通している。そして、フローはんだによって外部集電材用集電体１４の外面に固定され、且つ、電気的に接続されている。また、貫通孔１４ａと当該貫通孔１４ａに挿入された棒状集電材５ｂの隙間がはんだによって封止され、内面用ガス流路９と外部とのガスシール性が確保されている。 On the other hand, in the inner surface gas flow path 9B provided with the current collector 14 for the external current collector, the external current collector 5 of the cell module is put together in the through hole 8 for inserting the cell module provided in the partition wall 7B. As shown in FIG. 3 and FIG. 5, the through hole 80 for inserting the rod-shaped current collector 5 b that is a part of the external current collector 5 separately from the cell module through hole 8. May be provided on the partition wall 7B. At this time, the cell module through hole 8 in the partition wall portion on the gas channel for the outer surface has an inner diameter that is substantially the same as the outer diameter of the cell module excluding the rod-shaped current collector 5 b inserted into the through hole 80. Further, the rod-shaped current collector 5b is fixed to the through hole 80 by the potting process for fixing the cell module 6 to the through hole 8 of the partition wall 7 and sealing the through hole 8, and the rod shape The gap between the current collector 5b and the through hole 80 into which the rod-shaped current collector 5b is inserted is sealed.
The rod-shaped current collector 5b of each cell module inserted into the through hole 80 (or the through hole 8) of the partition wall 7B passes through the partition wall 7, crosses the inner surface gas flow path 9B, and is a collector for the external current collector. 14 (inner gas flow path wall 15) is inserted into a through hole 14a (having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the rod-shaped current collector 5b) and penetrates through the outer current collector 14 ing. And it fixes to the outer surface of the collector 14 for external electrical power collectors by flow solder, and is electrically connected. Further, the gap between the through-hole 14a and the rod-shaped current collector 5b inserted into the through-hole 14a is sealed with solder, and the gas sealing property between the inner surface gas flow path 9 and the outside is ensured.

内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４の構造は特に限定されず、図３〜図５のように内面用ガス流路９の一部を構成する２つの内面用ガス流路壁１５がそれぞれ集電体１３又は１４を兼ねる構造の他、例えば、内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４が、内面用ガス流路９の内面又は外面の一部を構成していてもよいし、或いは、内面ガス流路９内又は内面用ガス流路壁１５の外面に設置されていてもよい。
内部集電材用集電体１３に対して内部集電材４を接続する方法、及び、外部集電材用集電体１４に対して外部集電材５を接続する方法は、上記したような方法に限定されるものではない。例えば、内部集電材用集電体１３、外部集電材用集電体１４に貫通していない孔を設け、当該孔に内部集電材４又は外部集電材５を挿入し、フローはんだで接続することができる。また、セルモジュール集合体の内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４には、通常、当該内部集電材用集電体１３又は外部集電材用集電体１４に接続され、電気を外部へと取り出す出力部１８又は１９が設けられる（図３参照）。 The structure of the current collector 13 for the internal current collector and / or the current collector 14 for the external current collector is not particularly limited, and two inner surfaces constituting a part of the inner surface gas flow path 9 as shown in FIGS. In addition to the structure in which the gas flow path wall 15 also serves as the current collector 13 or 14, for example, the current collector 13 for the internal current collector and / or the current collector 14 for the external current collector is provided on the inner gas flow path 9. It may constitute a part of the inner surface or the outer surface, or may be installed in the inner surface gas channel 9 or on the outer surface of the inner surface gas channel wall 15.
The method of connecting the internal current collector 4 to the internal current collector 13 and the method of connecting the external current collector 5 to the external current collector 14 are limited to the methods described above. Is not to be done. For example, a hole that does not pass through the current collector 13 for the internal current collector and the current collector 14 for the external current collector is provided, and the internal current collector 4 or the external current collector 5 is inserted into the hole and connected by flow soldering. Can do. Further, the current collector 13 for the internal current collector and the current collector 14 for the external current collector of the cell module assembly are usually connected to the current collector 13 for the internal current collector or the current collector 14 for the external current collector. In addition, an output unit 18 or 19 for extracting electricity to the outside is provided (see FIG. 3).

尚、内面用ガス流路９の供給路及び排出路と、内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４の配置関係は特に限定されず、内部集電材用集電体１３を備える内面用ガス流路９Ａと外部集電材用集電体１４を備える外面用ガス流路９Ｂのどちらが、反応ガス供給路であっても、反応ガス排出路であってもよい。
また、本発明のセルモジュール集合体は、図３や図５に示すような形態に限定されず、１つのセルモジュール集合体を構成するセルモジュールの本数、配列形式等も特に限定されない。 The arrangement relationship between the supply path and discharge path of the gas flow path 9 for the inner surface, the current collector 13 for the internal current collector, and the current collector 14 for the external current collector is not particularly limited, and the current collector 13 for the internal current collector. Either the inner-surface gas flow path 9A including the external current collector 14 or the outer-surface gas flow path 9B including the external current collector 14 may be the reactive gas supply path or the reactive gas discharge path.
Further, the cell module assembly of the present invention is not limited to the form as shown in FIGS. 3 and 5, and the number of cell modules constituting one cell module assembly, the arrangement form, and the like are not particularly limited.

（第二のセルモジュール集合体）
次に、本発明の第二のセルモジュール集合体について、図７を用いて説明する。図７は、セルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６の一端側）を示す概略図である。尚、第一のセルモジュールと同じ部材については、同じ符号を用いる。
第二のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体の主な特徴が、ポッティング処理を行うことであるのに対して、以下の点で異なる。 (Second cell module assembly)
Next, the second cell module assembly of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view showing a part of the cell module aggregate (one end side of the partition wall 7 and the cell module 6). In addition, the same code | symbol is used about the same member as a 1st cell module.
The second cell module assembly is different from the first feature of the first cell module assembly in that it performs a potting process.

すなわち、第二のセルモジュール集合体は、図７に示すように、セルモジュール６の開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層１６を設ける。一方、隔壁７に設けられる貫通孔８は、外周に拡径材料層１６が設けられたセルモジュール６が挿入可能であり、且つ、拡径方向の寸法を増大させた拡径材料層１６の外周面が貫通孔８の内集面に密着できる内径を有している。そして、セルモジュールの開放端である先端を、その中空内流路が内面側ガス流路と連通し、且つ、拡径材料層１６が貫通孔８内に配置されるように隔壁７の貫通孔８に挿入した状態（図７Ａ）で、拡径材料層１６に所定の外的作用を加えて拡径させる（図７Ｂ）。拡径後の拡径材料層１６は、貫通孔８の内周面に密着している。この拡径材料層１６の拡径より、セルモジュール６が貫通孔８に対して固定されると同時に、セルモジュール６と貫通孔８との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０間のガスシール性が確保される。   That is, as shown in FIG. 7, the second cell module aggregate has a cell module 6 whose diameter is increased by a predetermined external action on the cell module tip that is the open end of the cell module 6 or on the outer periphery near the tip. A diameter expanding material layer 16 made of a material capable of increasing the dimension in the direction is provided. On the other hand, the through-hole 8 provided in the partition wall 7 can be inserted with the cell module 6 provided with the diameter-enlarging material layer 16 on the outer periphery, and the outer periphery of the diameter-enlarging material layer 16 having an increased dimension in the diameter-enlarging direction. The surface has an inner diameter that can be in close contact with the inner collecting surface of the through hole 8. Then, the end of the cell module is connected to the through hole of the partition wall 7 so that the hollow inner channel communicates with the inner surface side gas channel and the diameter expansion material layer 16 is disposed in the through hole 8. In the state inserted in FIG. 8 (FIG. 7A), the diameter-expanding material layer 16 is expanded in diameter by applying a predetermined external action (FIG. 7B). The expanded diameter material layer 16 after the diameter expansion is in close contact with the inner peripheral surface of the through hole 8. The cell module 6 is fixed to the through-hole 8 by expanding the diameter of the diameter-expanding material layer 16, and at the same time, the gap between the cell module 6 and the through-hole 8 is sealed, and the inner surface gas flow path 9 and the outer surface are sealed. Gas sealing performance between the working gas flow paths 10 is ensured.

第二のセルモジュール集合体において、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に固定する拡径材料層１６は、接着性樹脂とは異なり流動性が無いため、セルモジュール６の外周部に配置された拡径材料が流れ出して中空内流路を閉塞する心配がない。
ただし、拡径材料層１６をセルモジュール６の外周部に設ける際に、当該拡径材料層１６が設けられる開放端におけるセルモジュール中空内へのガスの流入又は流出を妨げず、且つ、当該拡径材料層が設けられるセルモジュールの先端側における内部集電部材４又は外部集電部材５の集電を妨げないように、拡径材料層１６の設置位置を決定する。 In the second cell module assembly, the diameter-expanding material layer 16 that fixes the cell module 6 to the through hole 8 of the partition wall 7 has no fluidity unlike the adhesive resin, and is therefore disposed on the outer periphery of the cell module 6. There is no fear that the expanded diameter material flows out and closes the hollow inner flow path.
However, when the diameter-enlarged material layer 16 is provided on the outer peripheral portion of the cell module 6, it does not hinder the inflow or outflow of gas into the cell module hollow at the open end where the diameter-enlarged material layer 16 is provided, and The installation position of the diameter-enlarged material layer 16 is determined so as not to prevent the current collection of the internal current collection member 4 or the external current collection member 5 on the tip side of the cell module provided with the diameter material layer.

ここで、拡径材料層１６が設けられるセルモジュールの先端又はその近傍の外周部とは、拡径材料層１６の拡径方向への寸法増大によって、セルモジュールを隔壁７の貫通孔８に対して固定すべき位置の外周部であって、セルモジュールの構造、当該セルモジュールの開放端における中空内へのガス流出入の形式や集電形式等によって異なってくる。また、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定し、且つ、貫通孔８と当該貫通孔に挿入されるセルモジュール６との隙間を封止することができれば、貫通孔８の全長（すなわち、隔壁７の厚み方向の全長）に亘ってセルモジュールの外周部に拡径材料層１６が設けられていなくてもよい。   Here, the tip of the cell module on which the diameter-enlarged material layer 16 is provided or the outer peripheral portion in the vicinity thereof is the size of the diameter-enlarged material layer 16 in the diameter-enlarging direction, and the cell module is located with respect to the through hole 8 of the partition wall 7. The outer peripheral portion of the position to be fixed depends on the structure of the cell module, the type of gas flow into and out of the hollow at the open end of the cell module, the current collection type, and the like. Further, if the cell module 6 can be fixed to the through hole 8 of the partition wall 7 and the gap between the through hole 8 and the cell module 6 inserted into the through hole can be sealed, the entire length of the through hole 8 can be sealed. That is, the diameter expanding material layer 16 may not be provided on the outer peripheral portion of the cell module over the entire length of the partition wall 7 (ie, the total length in the thickness direction of the partition wall 7).

拡径材料層１６の形状等は特に限定されない。ただし、セルモジュール外周部の拡径材料層１６が設けられた部分は反応ガスが供給されないため、電極としての機能が非常に低くなることから、拡径材料層１６によって覆われるセルモジュール６の外周部がなるべく少なくなるような形状とすることが好ましい。また、拡径材料層１６の厚みは、拡径材料層１６を形成する拡径材料が所定の外的作用により拡径方向へどの程度寸法を増大させるものかによって異なってくるため、適宜決定すればよい。このとき、拡径材料層１６の拡径方向への寸法増大によってセルモジュールに過度の負荷がかからないように、拡径材料層の厚みを決定すると共に、貫通孔８の内径を決定することが好ましい。   The shape and the like of the diameter expanding material layer 16 are not particularly limited. However, since the reaction gas is not supplied to the portion provided with the diameter expansion material layer 16 on the outer periphery of the cell module, the function as an electrode becomes very low, and therefore the outer periphery of the cell module 6 covered with the diameter expansion material layer 16 It is preferable to have a shape with as few parts as possible. Further, the thickness of the diameter-enlarged material layer 16 varies depending on the extent to which the diameter-enlarged material forming the diameter-enlarged material layer 16 increases in the diameter-enlargement direction by a predetermined external action. That's fine. At this time, it is preferable to determine the thickness of the diameter-expanding material layer and the inner diameter of the through-hole 8 so that the cell module is not overloaded by the increase in the dimension of the diameter-expanding material layer 16 in the diameter-expanding direction. .

拡径材料層１６は、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることができるものであれば特に限定されず、例えば、加熱によってセルモジュールの軸方向（長手方向：図７Ｂ中の矢印Ａ）に収縮し、その結果、セルモジュールの拡径方向に寸法を増大させる熱収縮性材料層が挙げられる。このような熱収縮材料層を形成する熱収縮性材料としては、例えば、ポリオレフィン、弾性ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン（例えば、カイナー（商品名））、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン（登録商標）等が挙げられる。
熱収縮性材料層は、例えば、熱収縮性材料からなるチューブ（セルモジュールの外径とほぼ同じ内径を有するもの）内にセルモジュールを挿入し、当該チューブをセルモジュールの開放端である先端又はその近傍に配置する、或いは、熱収縮性材料を含むペーストをセルモジュールの開放端である先端又はその近傍に塗布、乾燥することで形成することができる。
拡径材料層１６のセルモジュールの拡径方向への寸法増大を引き起こす外的作用は、セルモジュールやセルモジュール集合体を形成する各部材に対して悪影響を与えないものであることが好ましい。 The diameter-expanding material layer 16 is not particularly limited as long as the dimension can be increased in the diameter-expanding direction of the cell module by a predetermined external action. For example, the axial direction of the cell module (longitudinal direction: FIG. Examples include a heat-shrinkable material layer that shrinks in the direction of arrow A) in 7B and, as a result, increases in size in the diameter expansion direction of the cell module. Examples of the heat-shrinkable material that forms such a heat-shrinkable material layer include polyolefin, elastic neoprene, polyvinylidene fluoride (for example, Kyner (trade name)), polytetrafluoroethylene (for example, Teflon (registered trademark)), and the like. Is mentioned.
The heat-shrinkable material layer is formed, for example, by inserting the cell module into a tube made of a heat-shrinkable material (having an inner diameter that is substantially the same as the outer diameter of the cell module), and inserting the tube into the tip or the open end of the cell module. It can be formed by being disposed in the vicinity thereof, or by applying and drying a paste containing a heat-shrinkable material at or near the tip which is the open end of the cell module.
It is preferable that the external action that causes the dimensional increase in the diameter expansion direction of the cell module of the diameter expansion material layer 16 does not adversely affect each member forming the cell module or the cell module assembly.

第二のセルモジュール集合体においても、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁７にはセルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましく、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造として、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、セルモジュールの内部側電極及び外部側電極の集電を行うための集電材の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。   Also in the second cell module assembly, it is preferable to add a structure for positioning the cell module 6 in the axial direction to the partition wall 7 as in the first cell module assembly. As a structure for positioning, a structure for locking the end face of the cell module 6 inserted into the through hole 8 can be provided. The alignment in the axial direction of the cell module by the locking structure makes it possible to more easily and accurately connect the current collector for collecting the current on the inner side electrode and the outer side electrode of the cell module.

係止構造は特に限定されず、例えば、上記第一のセルモジュール集合体の説明において例示したものを適用することができる。特に、作製が容易であり、生産性が高いことから、拡径材料層１６を設けたセルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、当該第二の貫通孔８ｂの中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７が好ましい。   The locking structure is not particularly limited, and for example, the one exemplified in the description of the first cell module assembly can be applied. In particular, since the fabrication is easy and the productivity is high, the first partition wall portion 7a provided with the first through holes 8a having an inner diameter into which the cell module provided with the diameter expansion material layer 16 can be inserted at a predetermined interval. Is disposed on the outer surface gas flow path side, and the second through-hole 8b having an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell module is set to the distance between the centers of the second through-holes 8b and the center of the first through-hole 8a. A structure in which the second partition wall portion 7b provided at the same interval as the inter-distance is arranged on the gas flow path for the inner surface, and the first through hole 8a and the second through hole 8b are coaxially aligned and overlapped. The partition 7 having is preferable.

このような隔壁７を用いる場合、セルモジュール６の第二の貫通孔８ｂに挿入される部分の外周部には、拡径材料層１６が設けられていなくてもよい。第一の貫通孔８ａ内において、拡径材料層１６がセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させ、当該貫通孔８ａに対してセルモジュールを固定し、且つ、貫通孔８ａと当該貫通孔８ａに挿入されるセルモジュール６との隙間を封止することができればよいからである。
また、第一の隔壁部７ａと第二の隔壁部７ｂとは密着していなくてもよく、その間に空間を有していてもよい。拡径材料層１６として、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮材料層を設ける場合に、第一の拡壁部７ａと第二の拡壁部７ｂとが空間を隔てて設けられている場合には、第一の貫通孔８ａの位置に挿入される部分のセルモジュール外周部のみに拡径材料層１６を設けることが比較的に容易となるからである。 When such a partition wall 7 is used, the diameter expansion material layer 16 may not be provided on the outer peripheral portion of the portion inserted into the second through hole 8b of the cell module 6. Within the first through-hole 8a, the diameter-expanding material layer 16 increases the dimension in the diameter-expanding direction of the cell module, fixes the cell module to the through-hole 8a, and the through-hole 8a and the through-hole 8a This is because it is only necessary to seal the gap with the cell module 6 inserted into the.
Moreover, the 1st partition part 7a and the 2nd partition part 7b do not need to closely_contact | adhere, and may have a space between them. When a heat-shrinkable material layer that contracts in the axial direction of the cell module is provided as the diameter-expanding material layer 16, the first expanded wall portion 7a and the second expanded wall portion 7b are provided with a space therebetween. This is because it is relatively easy to provide the diameter-enlarged material layer 16 only on the outer peripheral portion of the cell module that is inserted at the position of the first through hole 8a.

第一のセルモジュール集合体同様、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７Ｂに設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、セルモジュールの外面に配置された外部集電材５を一緒に挿入してもよいし、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５のための貫通孔８０を隔壁７Ｂに設けてもよい。外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂのための貫通孔８０を設ける場合、当該貫通孔８０に挿入される棒状集電材５ｂの先端又は先端近傍の外周部にも拡径材料層（図示せず）を設け、当該拡径材料層に外的作用を加えて拡径させることによって、棒状集電材５ｂを貫通孔８０に対して固定し、且つ、棒状集電材５ｂと当該棒状集電材５ｂを挿入する貫通孔８０との隙間を封止することができる。   Similar to the first cell module assembly, in the inner surface gas flow path 9B provided with the current collector 14 for the external current collector, the outer surface of the cell module is inserted into the through hole 8 for inserting the cell module provided in the partition wall 7B. The external current collector 5 disposed on the wall 7B may be inserted together, or a through hole 80 for the external current collector 5 may be provided in the partition wall 7B separately from the cell module through hole 8. When the through-hole 80 for the rod-shaped current collector 5b which is a part of the external current collector 5 is provided, the diameter-expanding material layer ( The rod-shaped current collector 5b and the rod-shaped current collector are fixed by fixing the rod-shaped current collector 5b to the through-hole 80 by applying an external action to the diameter-expanded material layer. A gap with the through hole 80 into which 5b is inserted can be sealed.

ここで、拡径材料層が設けられる棒状集電材５ｂの先端又は先端近傍の外周部とは、棒状集電材５ｂを隔壁７の貫通孔８０に対して固定すべき位置の外周部であって、棒状集電材５ｂの構造及び当該棒状集電材５ｂを有するセルモジュールの構造等によって異なってくる。また、棒状集電材５ｂを隔壁７の貫通孔８０に対して固定し、且つ、当該貫通孔８０との隙間を封止することができれば、貫通孔８０の全長に亘って棒状集電材５ｂの外周部に拡径材料層が設けられていなくてもよい。
棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層は、セルモジュールに設けられる拡径材料層１６と異なる材料からなるものであってもよいが、セルモジュールの貫通孔８に対する固定及び貫通孔８の封止と同じ条件で、同時に、棒状集電材５ｂの貫通孔８０に対する固定及び貫通孔８０の封止を行うことが可能であることから、棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層と拡径材料層１６は同じ材料からなることが好ましい。或いは、棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層と拡径材料層１６が、材料は異なるが同じ外的作用によって寸法を増大させる材料からなることが好ましい。 Here, the distal end of the rod-shaped current collector 5b provided with the diameter-enlarged material layer or the outer peripheral portion in the vicinity of the distal end is the outer periphery of the position where the rod-shaped current collector 5b should be fixed to the through hole 80 of the partition wall It differs depending on the structure of the rod-shaped current collector 5b and the structure of the cell module having the rod-shaped current collector 5b. Further, if the rod-shaped current collector 5b is fixed to the through hole 80 of the partition wall 7 and the gap with the through hole 80 can be sealed, the outer circumference of the rod-shaped current collector 5b over the entire length of the through hole 80. The diameter expanding material layer may not be provided in the part.
The diameter-enlarging material layer provided in the rod-shaped current collector 5b may be made of a material different from the diameter-enlarging material layer 16 provided in the cell module, but the cell module is fixed to the through hole 8 and sealed. Since it is possible to simultaneously fix the rod-shaped current collector 5b to the through hole 80 and seal the through-hole 80 under the same conditions as the stop, the diameter-enlarged material layer and the diameter-enlarged material provided in the rod-shaped current collector 5b Layer 16 is preferably made of the same material. Alternatively, it is preferable that the diameter-enlarging material layer and the diameter-enlarging material layer 16 provided on the rod-shaped current collector 5b are made of materials that are different in material but increase in size by the same external action.

その他、部材の構成や、セルモジュールの集電及び反応ガスの供給等を可能とする構造等については、第一のセルモジュール集合体と同様にすることができる。   In addition, about the structure of a member, the structure which enables the current collection of a cell module, supply of a reactive gas, etc., it can carry out similarly to a 1st cell module assembly.

（第三のセルモジュール集合体）
次に、本発明の第三のセルモジュール集合体について、図８を用いて説明する。図８は、セルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６の一端側）を示す概略図である。尚、第一のセルモジュールと同じ部材については、同じ符号を用いる。
第三のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体の主な特徴が、ポッティング処理を行うことであるのに対して、以下の点で異なる。 (Third cell module assembly)
Next, a third cell module assembly of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic view showing a part of the cell module assembly (one end side of the partition wall 7 and the cell module 6). In addition, the same code | symbol is used about the same member as a 1st cell module.
The third cell module assembly differs from the first feature of the first cell module assembly in that it performs a potting process, but differs in the following points.

すなわち、第三のセルモジュール集合体において、図８に示すように、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間に配置され、セルモジュールを挿入可能な貫通孔８が所定間隔で設けられた隔壁７は、所定の外的作用によって貫通孔８の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる。そして、セルモジュール６の開放端側の先端を、その中空内流路が内面側ガス流路と連通するように隔壁７の貫通孔８に挿入し（図８Ａ）、隔壁７に前記所定の外的作用を加えて貫通孔８を縮径させる（図８Ｂ）。縮径後の貫通孔８は、セルモジュール６の外周面と密着している。この貫通孔８の縮径により、セルモジュール６が貫通孔８に対して固定されると同時に、セルモジュール６と貫通孔８との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０の間のガスシール性が確保されている。   That is, in the third cell module assembly, as shown in FIG. 8, the through-holes 8 that are disposed between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 and into which the cell module can be inserted have a predetermined interval. The partition wall 7 is made of a shape memory material capable of reducing the inner diameter of the through-hole 8 by a predetermined external action. Then, the tip of the cell module 6 on the open end side is inserted into the through hole 8 of the partition wall 7 so that the hollow inner flow path communicates with the inner surface side gas flow path (FIG. 8A). The through hole 8 is reduced in diameter by applying a special action (FIG. 8B). The through hole 8 after the diameter reduction is in close contact with the outer peripheral surface of the cell module 6. Due to the reduced diameter of the through-hole 8, the cell module 6 is fixed to the through-hole 8, and at the same time, the gap between the cell module 6 and the through-hole 8 is sealed, and the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas are sealed. The gas sealing property between the flow paths 10 is ensured.

セルモジュール６は、例えば、以下のような手順により、形状記憶材料からなる隔壁７に設けられた貫通孔８に対して固定することができる。
まず、隔壁７には形状を記憶させることが可能な所定の条件下において貫通孔８（図８Ｂに示された貫通孔８ｄ）が設けられる。この貫通孔８ｄは、当該貫通孔に挿入されたセルモジュール６を固定し、且つ、貫通孔８ｄの内面と当該貫通孔に挿入されたセルモジュール６の外面とが密着する内径を有している。次に、所定の条件（上記形状記憶のための所定の条件とは異なる）の下、貫通孔８ｄの内径を拡げて、セルモジュールを挿入可能な内径を有する貫通孔８（図８Ａに示された貫通孔８ｃ）にする。この貫通孔８ｃにセルモジュールを挿入した状態で、隔壁７に所定の外的作用を加えると、当該貫通孔８ｃは形状が記憶されている貫通孔８ｄに戻り、その内径を縮小させる。その結果、セルモジュールは貫通孔８に対して固定され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性も確保される。 The cell module 6 can be fixed to the through-hole 8 provided in the partition wall 7 made of a shape memory material, for example, by the following procedure.
First, the partition wall 7 is provided with a through-hole 8 (through-hole 8d shown in FIG. 8B) under a predetermined condition capable of storing the shape. The through-hole 8d has an inner diameter that fixes the cell module 6 inserted into the through-hole, and that the inner surface of the through-hole 8d and the outer surface of the cell module 6 inserted into the through-hole are in close contact with each other. . Next, under a predetermined condition (different from the above-mentioned predetermined condition for shape memory), the through hole 8d is expanded to increase the inner diameter of the through hole 8d (shown in FIG. 8A). Through-hole 8c). When a predetermined external action is applied to the partition wall 7 with the cell module inserted into the through hole 8c, the through hole 8c returns to the through hole 8d in which the shape is stored, and the inner diameter is reduced. As a result, the cell module is fixed to the through-hole 8, and the gas sealing property between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 is also ensured.

隔壁７を形成する形状記憶材料は、所定の外的作用によって元の形状を復元し、隔壁に設けられた貫通孔の内径を縮小することができるものであれば特に限定されず、例えば、形状記憶合金が挙げられる。形状記憶合金としては、具体的には、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金等が挙げられる。形状記憶合金に貫通孔８（８ｄ）の形状を記憶させるための所定の条件は、用いる形状記憶合金により異なるが、例えば、高温条件がある。また、形状記憶合金からなる隔壁７に設けられた貫通孔８（８ｃ）を縮径させることができる所定の外的作用も、用いる形状記憶合金により異なるが、例えば加熱がある。形状記憶材料からなる隔壁７の貫通孔の内径を縮小させる外的作用は、セルモジュールやセルモジュール集合体を形成する各部材に対して悪影響を与えないものであることが好ましい。
隔壁７が形状記憶合金からなる場合、隔壁７は導電性を有することとなるため、必要に応じて、他の接触する部材との間を絶縁する。 The shape memory material forming the partition wall 7 is not particularly limited as long as it can restore the original shape by a predetermined external action and reduce the inner diameter of the through hole provided in the partition wall. Examples include memory alloys. Specific examples of the shape memory alloy include Ni-Ti alloys and Cu-Zn-Al alloys. The predetermined condition for causing the shape memory alloy to memorize the shape of the through-hole 8 (8d) varies depending on the shape memory alloy to be used, but there is, for example, a high temperature condition. Further, the predetermined external action capable of reducing the diameter of the through-hole 8 (8c) provided in the partition wall 7 made of a shape memory alloy also varies depending on the shape memory alloy used, for example, heating. It is preferable that the external action of reducing the inner diameter of the through hole of the partition wall 7 made of shape memory material does not adversely affect each member forming the cell module or the cell module assembly.
In the case where the partition wall 7 is made of a shape memory alloy, the partition wall 7 has conductivity, so that it is insulated from other contacting members as necessary.

第三のセルモジュール集合体においても、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁７にはセルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましく、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造として、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、セルモジュールの内部側電極及び外部側電極の集電を行うための集電材の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。   Also in the third cell module assembly, it is preferable to add a structure for positioning the cell module 6 in the axial direction to the partition wall 7 as in the first cell module assembly. As a structure for positioning, a structure for locking the end face of the cell module 6 inserted into the through hole 8 can be provided. The alignment in the axial direction of the cell module by the locking structure makes it possible to more easily and accurately connect the current collector for collecting the current on the inner side electrode and the outer side electrode of the cell module.

係止構造は特に限定されず、例えば、上記第一のセルモジュールの説明において例示したものを適用することができる。特に、作製が容易であり、生産性が高いことから、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、当該貫通孔８ｂの中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７が好ましい。このような隔壁７を用いる場合、第一の隔壁部７ａが形状記憶材料で形成されていれば、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定することができるので、第二の隔壁部７ｂは、形状記憶材料以外の材料から形成されていてもよい。   The locking structure is not particularly limited, and, for example, the one exemplified in the description of the first cell module can be applied. In particular, since the fabrication is easy and the productivity is high, the first partition wall portion 7a having the first through holes 8a having an inner diameter into which the cell module can be inserted is provided at a predetermined interval is arranged on the outer surface gas channel side. The second through-hole 8b having an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell module is provided with a second distance between the centers of the through-holes 8b at the same distance as the distance between the centers of the first through-holes 8a. The partition wall 7 having a structure in which the partition wall portion 7b is disposed on the gas channel for the inner surface and the first through hole 8a and the second through hole 8b are coaxially aligned and overlapped is preferable. When such a partition wall 7 is used, the cell module 6 can be fixed to the through hole 8 of the partition wall 7 if the first partition wall portion 7a is formed of a shape memory material. The part 7b may be formed of a material other than the shape memory material.

第一のセルモジュール集合体同様、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７に設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、セルモジュールの外面に配置された外部集電材５を一緒に挿入しても良いし、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５のための貫通孔８０を隔壁７に設けても良い。セルモジュールの外面に配置される外部集電材５の構造によっては、外部集電材５をセルモジュールと別けて貫通孔８０に挿入することで、セルモジュール６と形状記憶材料からなる隔壁７との密着性が向上し、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とをより確実にガスシールすることができる。   Similar to the first cell module assembly, in the inner surface gas flow path 9B provided with the current collector 14 for the external current collector, the outer surface of the cell module is inserted into the through hole 8 for inserting the cell module provided in the partition wall 7. The external current collector 5 disposed on the wall 7 may be inserted together, or a through hole 80 for the external current collector 5 may be provided in the partition wall 7 separately from the cell module through hole 8. Depending on the structure of the external current collector 5 disposed on the outer surface of the cell module, the external current collector 5 is inserted into the through-hole 80 separately from the cell module, so that the cell module 6 and the partition wall 7 made of shape memory material are in close contact with each other. Thus, the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 can be more reliably gas-sealed.

外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂのための貫通孔８０を設ける場合には、形状を記憶させることが可能な所定の条件の下、上記した貫通孔８ｄの他、棒状集電材５ｂ用の貫通孔（図示せず）を隔壁７に設ける。この貫通孔は、挿入された棒状集電材５ｂを貫通孔に対して固定し、且つ、貫通孔の内面と当該貫通孔に挿入された棒状集電材５ｂの外面とが密着する内径を有している。そして、この棒状集電材５ｂ用の貫通孔の内径を拡げ、棒状集電材５ｂを挿入可能な内径を有する貫通孔（縮径前貫通孔）にする。この縮径前貫通孔に棒状集電材５ｂを挿入した状態で、隔壁７に所定の外的作用を加えると、当該貫通孔は形状が記憶されている貫通孔に戻り、その内径を縮小させ、棒状集電材５ｂが貫通孔に対して固定され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間のガスシール性も確保される。
隔壁７を形成する形状記憶材料が形状記憶合金である場合、隔壁７は導電性を有することになるので、必要に応じて、隔壁７の貫通孔に挿入されるセルモジュールの内面側電極２及び内部集電材４と外面側電極３及び外部集電材４とを絶縁する。 When the through-hole 80 for the rod-shaped current collector 5b which is a part of the external current collector 5 is provided, the rod-shaped current collector other than the above-described through-hole 8d under the predetermined condition capable of storing the shape. A through hole (not shown) for 5b is provided in the partition wall 7. This through-hole has an inner diameter that fixes the inserted rod-shaped current collector 5b to the through-hole, and that the inner surface of the through-hole and the outer surface of the rod-shaped current collector 5b inserted into the through-hole are in close contact with each other. Yes. Then, the inner diameter of the through hole for the rod-shaped current collector 5b is expanded to form a through hole (through-diameter reduced through hole) having an inner diameter into which the rod-shaped current collector 5b can be inserted. When a predetermined external action is applied to the partition wall 7 with the rod-shaped current collector 5b inserted into the through-hole before diameter reduction, the through-hole returns to the through-hole in which the shape is stored, and the inner diameter is reduced, The rod-shaped current collector 5b is fixed to the through-hole, and the gas sealing property between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 is also ensured.
When the shape memory material forming the partition wall 7 is a shape memory alloy, the partition wall 7 has conductivity. Therefore, if necessary, the inner surface side electrode 2 of the cell module inserted into the through hole of the partition wall 7 and The internal current collector 4 is insulated from the outer surface side electrode 3 and the external current collector 4.

尚、第三のセルモジュール集合体においては、貫通孔に挿入されるセルモジュールの外面形状によって、貫通孔８の縮径による内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０の間のガスシールが不十分である場合には、さらに、その他の手段、例えば、第一又は第二のセルモジュール集合体に用いられる手段によって貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール間の隙間を埋める等して、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間のガスシール性を高めてもよい。
その他、部材の構成、セルモジュールの集電、反応ガスの供給等を可能とする構造等については、第一のセルモジュール集合体と同様にすることができる。 In the third cell module assembly, the gas seal between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 due to the reduced diameter of the through hole 8 depends on the outer surface shape of the cell module inserted into the through hole. Is insufficient, the gap between the through-hole 8 and the cell module inserted into the through-hole 8 is further reduced by other means, for example, the means used for the first or second cell module assembly. The gas sealing property between the inner surface gas flow path 9 and the outer surface gas flow path 10 may be enhanced by filling the surface.
In addition, the structure of the members, the current collection of the cell module, the structure enabling the supply of the reaction gas, and the like can be the same as those of the first cell module assembly.

第３のセルモジュール集合体において、隔壁７を形成する形状記憶材料として例示した形状記憶合金は、各セルモジュールの内部集電材４と接続する内部集電材用集電体１３及び／又は外面集電材５と接続する外面集電材用集電体１４を形成する材料としても用いることができる。例えば、図５に示すセルモジュール集合体において、内部集電材用集電体１３又は外面集電材用集電体１４を兼ねている２つの内面用ガス流路壁１５を形状記憶合金にて形成し、これらの内面用ガス流路壁１５に設けられた貫通孔１３ａ又は１４ａの内径を、所定の外的作用によって縮小できるようにすることができる。
このような縮径が可能な貫通孔１３ａ又は貫通孔１４ａに、内面用ガス流路９（９Ａ又は９Ｂ）内に延長した内部集電材４又は外部集電材５をそれぞれ挿入した状態で、所定の外的作用を加えて貫通孔１３ａ、１４ａを縮径させることによって、内部集電材４は内部集電材用集電体１３に、外部集電材５は外部集電材用集電体１４にそれぞれ電気的に接続されることになる。この方法によれば、フローはんだ等による内部集電材４又は外部集電材５と各集電体との電気的接続作業を要しないが、ガスシール性を確保するために、フローはんだ等による貫通孔１３ａ、１４ａの周囲の封止を行うことが好ましい。 In the third cell module assembly, the shape memory alloy exemplified as the shape memory material forming the partition wall 7 is the current collector 13 for the internal current collector and / or the external current collector connected to the internal current collector 4 of each cell module. 5 can also be used as a material for forming the current collector 14 for the outer surface current collector connected to 5. For example, in the cell module assembly shown in FIG. 5, two inner surface gas flow channel walls 15 that also serve as the inner current collector 13 or the outer current collector 14 are formed of a shape memory alloy. The inner diameters of the through holes 13a or 14a provided in the inner gas flow path wall 15 can be reduced by a predetermined external action.
In a state where the internal current collector 4 or the external current collector 5 extended into the inner surface gas flow path 9 (9A or 9B) is inserted into the through-hole 13a or the through-hole 14a capable of such a reduction in diameter, respectively. By applying an external action to reduce the diameters of the through holes 13a and 14a, the internal current collector 4 is electrically connected to the internal current collector 13 and the external current collector 5 is electrically connected to the external current collector 14 respectively. Will be connected to. According to this method, it is not necessary to electrically connect the internal current collector 4 or the external current collector 5 and each current collector with flow solder or the like, but in order to ensure gas sealability, through holes made with flow solder or the like are used. It is preferable to perform sealing around 13a and 14a.

形状記憶合金よりなる内部集電材用集電体１３及び／外部集電材用集電体１４の構造は特に限定されず、形状記憶合金以外の導電性材料からなる集電体１３及び１４同様、内面用ガス流路９を形成する内面用ガス流路壁１５が集電材１３又は１４を兼ねる構造の他、例えば、内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４が、内面用ガス流路の内面又は外面の一部を構成していてもよいし、或いは、内面ガス流路９内又は内面用ガス流路壁１５の外面に設置されていてもよい。また、内部集電材用集電体１３、外部集電材用集電体１４に設ける孔は、貫通孔でなくてもよい。   The structure of the current collector 13 for the internal current collector and / or the current collector 14 for the external current collector made of a shape memory alloy is not particularly limited, and the inner surface is similar to the current collectors 13 and 14 made of a conductive material other than the shape memory alloy. In addition to the structure in which the inner gas flow channel wall 15 forming the gas flow channel 9 also serves as the current collector 13 or 14, for example, an internal current collector 13 and / or an external current collector 14 A part of the inner surface or the outer surface of the gas flow path for the inner surface may be configured, or the gas flow path for the inner surface may be provided inside the gas flow path 9 or the outer surface of the gas flow path wall 15 for the inner surface. Further, the holes provided in the current collector for internal current collector 13 and the current collector for external current collector 14 may not be through holes.

形状記憶合金からなる内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４は、第３のセルモジュール集合体に限らず、第一及び第二のセルモジュール集合体にも用いることができる。第３のセルモジュール集合体に用いる場合に、隔壁７と内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４とを、同じ外的作用によってその貫通孔の内径を縮小させることができる形状記憶合金から形成する場合、特に同じ材料を用いる場合には、隔壁７へのセルモジュールの一体固定と、内部集電材４の内部集電材用集電体１３への接続と、外部集電材５の外部集電材用集電体１４への接続とを同時に行うことができるという利点がある。   The current collector 13 for the internal current collector and / or the current collector 14 for the external current collector made of shape memory alloy is not limited to the third cell module assembly, but is also used for the first and second cell module assemblies. be able to. When used in the third cell module assembly, the inner diameter of the through hole can be reduced by the same external action of the partition wall 7, the current collector for internal current collector 13, and the current collector for external current collector 14. When formed from a shape memory alloy that can be used, particularly when the same material is used, the cell module is integrally fixed to the partition wall 7, the internal current collector 4 is connected to the current collector 13 for the internal current collector, and the external current collector. There is an advantage that connection to the current collector 14 for external current collector 5 can be performed simultaneously.

本発明のセルモジュール集合体は、単独で、又は、複数のセルモジュール集合体を電気的に接続（並列及び／又は直列）して燃料電池に組み込まれる。本発明のセルモジュール集合体は、上述したように、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列させることができ、また、ガスシール性が確保されているため、本発明のセルモジュール集合体を組み込む燃料電池は、生産性に優れると同時に発電効率が高い。さらに、隔壁の構造によっては、集電材の接続を正確に行うことができることから優れた集電効率をも示すものである。   The cell module assembly of the present invention is incorporated into a fuel cell alone or by electrically connecting (parallel and / or in series) a plurality of cell module assemblies. As described above, the cell module assembly of the present invention can efficiently and accurately align the cell modules, and the gas sealing property is ensured. Therefore, the fuel incorporating the cell module assembly of the present invention is provided. Batteries have excellent productivity and high power generation efficiency. Furthermore, depending on the structure of the partition wall, the current collector can be accurately connected, so that excellent current collection efficiency is also exhibited.

本発明に用いられるチューブ状セルモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the tubular cell module used for this invention. 図１のチューブ状セルモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the tubular cell module of FIG. 本発明の第一のセルモジュールの一形態例を示す概略図であり、一部を切断した図である。It is the schematic which shows one example of a form of the 1st cell module of this invention, and is the figure which cut | disconnected a part. 本発明の第一のセルモジュール集合体の一形態における、隔壁によって隔たれた外面用ガス流路と内面用ガス流路を示す概略図（４Ａ）、隔壁によって整列され、且つその開放端を内面用ガス流路に接続したセルモジュールを示す概略図（４Ｂ）である。FIG. 4A is a schematic diagram (4A) showing an outer surface gas channel and an inner surface gas channel separated by a partition wall in an embodiment of the first cell module assembly of the present invention; It is the schematic (4B) which shows the cell module connected to the gas flow path. 図３のセルモジュール集合体の一部を、セルモジュールの長手方向に切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected a part of cell module aggregate | assembly of FIG. 3 in the longitudinal direction of the cell module. 隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。It is the schematic about one form of the latching structure provided in the partition. 隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。It is the schematic about one form of the latching structure provided in the partition. 隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。It is the schematic about one form of the latching structure provided in the partition. 隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。It is the schematic about one form of the latching structure provided in the partition. 本発明の第二のセルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６）を示す概略図である。It is the schematic which shows a part (partition wall 7 and cell module 6) of the 2nd cell module aggregate | assembly of this invention. 本発明の第三のセルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６）を示す概略図である。It is the schematic which shows a part (partition wall 7 and cell module 6) of the 3rd cell module aggregate | assembly of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…中空電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）
２…内面側電極（アノード）
３…外面側電極（カソード）
４…内部集電材（負極側集電材）
５…外部集電材（正極側集電材）
６…セルモジュール
７…隔壁
８…貫通孔
９…内面用ガス流路
１０…外面用ガス流路
１１…ポッティング材
１２…筐体
１３…内部集電材用集電体
１４…外部集電材用集電体
１５…内面用ガス流路壁
１６…拡径材料層
１７…ガスシール材
１８…出力部
１９…出力部 1 ... Hollow electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid membrane)
2 ... Inner electrode (anode)
3. External electrode (cathode)
4 ... Internal current collector (Negative current collector)
5 ... External current collector (positive current collector)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Cell module 7 ... Partition 8 ... Through-hole 9 ... Gas channel for inner surface 10 ... Gas channel for outer surface 11 ... Potting material 12 ... Housing 13 ... Current collector for internal current collector 14 ... Current collector for external current collector Body 15 ... Gas flow path wall for inner surface 16 ... Diameter expansion material layer 17 ... Gas seal material 18 ... Output unit 19 ... Output unit

Claims (14)

中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが、該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、該隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするセルモジュール集合体。   A cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are assembled, and the cell module assembly includes at least one end portion opened. The cell module is provided with the above-described cell module, an inner surface gas flow path for flowing a reaction gas on the inner surface side of each cell module, and an outer surface gas flow path for flowing a reaction gas on the outer surface side of each cell module. A partition wall provided with possible through holes at a predetermined interval is disposed between the inner surface gas channel and the outer surface gas channel, and each cell module is inserted into the partition wall through the cell module. The open end is connected to the inner surface gas flow path, the potting material is poured into the outer surface gas flow path side of the partition wall, and the region including the periphery of the through hole is potted. Le module assembly. 前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項１に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 1, wherein the partition wall is provided with a structure for locking an end face of the cell module inserted into the through hole. 前記隔壁は、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔を所定間隔で設けた第一の隔壁部を外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔を、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔の中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部を内面用ガス流路側に配置し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔を位置合わせして重ね合わせた構造を有する請求項２に記載のセルモジュール集合体。   The partition wall has an inner diameter smaller than the outer diameter of the cell module, with the first partition wall portion provided with first through holes having an inner diameter into which the cell module can be inserted provided at a predetermined interval on the outer surface gas flow path side. A second partition wall provided with a second partition wall provided at the same distance as the distance between the centers of the first through holes on the inner surface gas flow path side; The cell module assembly according to claim 2, having a structure in which the first through hole and the second through hole are aligned and overlapped. 前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための貫通孔をさらに有しており、各セルモジュール及び各セルモジュールの外部集電材がそれぞれのための貫通孔に挿入され、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されている請求項１乃至３のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   Each cell module has an external current collector in contact with the outer surface side electrode, and the partition further has a through hole for inserting the external current collector, and each cell module and the outside of each cell module The cell module assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein a current collector is inserted into each through hole, and a region including the periphery of the through hole is potted. 中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が、該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層が設けられ、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするセルモジュール集合体。   A cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are assembled, and the cell module assembly includes at least one end portion opened. The cell module is provided with the above-described cell module, an inner surface gas flow path for flowing a reaction gas on the inner surface side of each cell module, and an outer surface gas flow path for flowing a reaction gas on the outer surface side of each cell module. A partition wall provided with possible through holes at a predetermined interval is disposed between the inner surface gas flow path and the outer surface gas flow path, and is located at or near the tip of the cell module serving as an open end of each cell module. A diameter expansion material layer made of a material capable of increasing the dimension in the diameter expansion direction of the cell module by a predetermined external action is provided on the outer periphery, and each cell module penetrates the partition wall. Inserted into the gas module, the open end of the cell module is connected to the gas passage for the inner surface, and the diameter-expanding material layer is subjected to the predetermined external action at the position of the through-hole to expand the diameter, A cell module assembly, wherein the cell module is fixed to the through hole. 前記拡径材料層は、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮性材料層である請求項５に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 5, wherein the diameter-expanding material layer is a heat-shrinkable material layer that contracts in the axial direction of the cell module. 前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項５又は６に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 5 or 6, wherein the partition wall is provided with a structure for locking an end face of the cell module inserted into the through hole. 前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための貫通孔をさらに有しており、各セルモジュールの外部集電材の先端又は先端近傍の外周部にも前記拡径材料層が設けられ、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュール及び外部集電材が貫通孔に対して固定されている請求項５乃至７のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   Each cell module has an external current collector in contact with the outer electrode, and the partition wall further has a through-hole for inserting the external current collector, and the tip of the external current collector of each cell module Alternatively, the diameter-enlarging material layer is also provided in the outer peripheral portion near the tip, and each cell module and its external current collector are inserted into through holes for each, and the diameter-enlarging material layer is located at the position of the through-hole. The cell module assembly according to any one of claims 5 to 7, wherein the cell module and the external current collector are fixed to the through-hole by expanding the diameter by applying the external action. 中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、
該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔が所定間隔で設けられ、且つ、所定の外的作用によって貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするセルモジュール集合体。 A cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are assembled,
The cell module assembly includes two or more cell modules having at least one end opened, an inner gas flow path for allowing a reaction gas to flow on the inner surface side of each cell module, and an outer surface side of each cell module. A shape memory that includes a gas channel for an outer surface through which a reaction gas flows and has through holes into which cell modules can be inserted at predetermined intervals, and can reduce the inner diameter of the through holes by a predetermined external action. A partition wall made of a material is disposed between the inner surface gas flow path and the outer surface gas flow path, each cell module is inserted into a through hole of the partition wall, and an open end of the cell module is an inner surface gas flow path The cell module assembly is characterized in that the cell module is fixed to the through hole by connecting to the partition wall and applying the predetermined external action to the partition wall to reduce the diameter of the through hole. 前記形状記憶材料が形状記憶合金である請求項９に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 9, wherein the shape memory material is a shape memory alloy. 前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項９又は１０に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 9 or 10, wherein the partition wall is provided with a structure for locking an end face of a cell module inserted into a through hole. 前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための、所定の外的作用によって内径を縮小させることが可能な貫通孔をさらに有しており、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュール及び外部集電材が貫通孔に対して固定されている請求項９乃至１１のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   Each of the cell modules has an external current collector in contact with the outer surface side electrode, and the partition wall has a through-hole for reducing the inner diameter by a predetermined external action for inserting the external current collector. Furthermore, each cell module and its external current collector are inserted into through holes for the respective cell modules, and the predetermined external action is applied to the partition walls to reduce the diameter of the through holes. The cell module assembly according to claim 9, wherein the current collector is fixed to the through hole. 前記各セルモジュールは、内面側電極に接触する内部集電材及び外面側電極に接触する外部集電材を有しており、２つの内面用ガス流路のうち一方は、各セルモジュールの内部集電材と接続する内部集電材用集電体を備え、他方は各セルモジュールの外部集電材と接続する外部集電材用集電体を備えており、前記内部集電材用集電体及び外部集電材用集電体のうち、少なくとも一方は、前記内部集電材又は外部集電材を挿入可能な、ガス流路内に開口する孔部を有し、且つ、所定の外的作用によって該孔部の内径を縮小させることが可能な形状記憶合金からなり、前記セルモジュールの内部集電材及び／又は外部集電材を内面用ガス流路内に延長して前記集電体の孔部に挿入し、該集電体に前記所定の外的作用を加えて孔部を縮径させることによって、内部集電材及び／又は外部集電材が集電体に電気的に接続されている請求項１乃至１２のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   Each cell module has an internal current collector in contact with the inner surface side electrode and an external current collector in contact with the outer surface side electrode, and one of the two inner surface gas channels is an internal current collector of each cell module. A current collector for the internal current collector connected to the external current collector, and the other current collector for the external current collector connected to the external current collector of each cell module. At least one of the current collectors has a hole portion that can be inserted into the internal current collector material or the external current collector material and opens into the gas flow path, and the inner diameter of the hole portion is increased by a predetermined external action. It is made of a shape memory alloy that can be reduced, and the internal current collector and / or external current collector of the cell module is extended into the gas passage for the inner surface and inserted into the hole of the current collector, and the current collector Applying the prescribed external action to the body to reduce the diameter of the hole Thus, the cell module assembly according to any one of claims 1 to 12 internal current collector and / or external current collector is electrically connected to the current collector. 前記請求項１乃至１３のいずれかに記載のセルモジュール集合体を含む燃料電池。
A fuel cell comprising the cell module assembly according to any one of claims 1 to 13.
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