JP2007095320A - スペーサを兼ねた集電電極を備えた燃料電池セルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサを兼ねた集電電極を備えた燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】チューブ型燃料電池セルモジュール１００は、導電性を有する筒形状の内部電極と、内部電極の外周面に順に積層された第１の触媒層、電解質層及び第２の触媒層と、第２の触媒層の外周面に、捲回ピッチの疎な第１コイル部を、捲回ピッチの密な第２コイル部で挟むように巻き付けられた導電性を有する外部コイル２８と、を有する複数のチューブ型燃料電池セル５０と、チューブ型燃料電池セル５０を挿入可能な開口部が複数設けられた導電性を有する集電部材２２，２４と、を備え、第１コイル部と、開口部とを嵌着させてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チューブ型燃料電池セルモジュールに関し、特に、燃料電池セルの集電電極が燃料電池セル間のスペーサを兼ねているチューブ型燃料電池セルモジュールに関する。

従来のチューブ型燃料電池セルは、図１２のチューブ延伸方向に沿った断面図に示すように、内部電極１０、第１の触媒層１２、電解質層１４、第２の触媒層１６及び樹脂シール２０を含んで構成される。図１３に、図１２のA−Aラインに沿った断面図を示す。図１３に示すように、内部電極１０、第１の触媒層１２、電解質層１４及び第２の触媒層１６は、内側から順に略同軸円筒状に積層されている。

このようなチューブ型燃料電池セルは、図１２および図１３に示すように、一般に第２の触媒層１６の外周側には導電性を有する外部コイル１８をほぼ隙間なく巻きつけて、内部電極１０と、外部コイル１８を介して外部回路と電気的に接続される。例えば、特許文献１には、外側電極の外周側に螺旋状ワイヤを備えたチューブ型燃料電池において、該ワイヤを任意の外部回路と電気的に接続することが記載されている。

従来、チューブ型燃料電池セルを複数集めてモジュール化する場合には、各セルに燃料ガス又は酸化剤ガスをできるだけ均等に供給し、反応に伴う熱をうまく冷却するために所定の間隔をもって各セルを配置することが好ましく、また同時に、モジュール化された複数のセルの内部電極及び外部コイルをそれぞれ並列に接続するための集電用の配線を接続する必要があった。

集電用の配線を接続する手間を省く技術として、特許文献２には、金属製の排出側管板にセルチューブの直径よりもやや小さい穴を開け、セルチューブを通したときに穴の内周部分を変形させて固定させることが記載されている。また、特許文献３には、単セルの端部（内部電極）を溶接や嵌合により単一の金属板に複数接続させて集電するとともに、外部電極は、集電管に接触させて集電し、モジュール化する方法について記載されている。

特表平８−５０７８９６号公報 特開２００２−３１３３７４号公報 特開２００４−３５６０１４号公報

しかしながら、従来技術では、チューブ型燃料電池単セルと集電体とを接続させる際に、溶接などの接続の手間を削減する替わりに部品点数の増加や接続や加工の手間を必要としていたため、全体としてのコスト低減には必ずしも繋がらず、燃料電池モジュールを安価に製造する妨げとなっていた。

一方、集電用の配線等の手間を省くために集電管等を使用した場合には、装置が大掛かりとなってしまうおそれがあった。

特に、直径が数ｍｍ程度の極細のチューブ型燃料電池セルを数千〜数万本集めて数ｍｍ間隔のスペースを持たせてモジュール化する場合、モジュール化されたセル間を集電用の配線等によって電気的に接続するには極めて高い精度の加工技術及び手間が必要とされる。その結果、燃料電池モジュールの製造工程を複雑かつ困難なものとし、製造コストを高める原因となっていた。

本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも１つを解決することができる、スペーサを兼ねた集電電極を備えた燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明のチューブ型燃料電池セルモジュールは、筒形状の内部電極の外周面に触媒層及び電解質層が積層された複数のチューブ型燃料電池セルと、チューブ型燃料電池セルのスペーサを兼ねた導電性の集電部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のチューブ型燃料電池セルモジュールは、導電性を有する筒形状の内部電極と、内部電極の外周面に順に積層された第１の触媒層、電解質層及び第２の触媒層と、第２の触媒層の外周面に、捲回ピッチの疎な第１コイル部を、捲回ピッチの密な第２コイル部で挟むように巻き付けられた導電性を有する外部コイルと、を有する複数のチューブ型燃料電池セルと、チューブ型燃料電池セルを挿入可能な開口部が複数設けられた導電性を有する集電部材と、を備え、第１コイル部と、開口部とを嵌着させてなることを特徴とする。

また、本発明のチューブ型燃料電池セルモジュールは、導電性を有する筒形状の内部電極と、内部電極の外周面に順に積層された第１の触媒層、電解質層及び第２の触媒層と、第２の触媒層の外周面に、第１の外周径を有する第１コイル部を、第１の外周径よりも大きな第２の外周径を有する第２コイル部で挟むように巻き付けられた導電性を有する外部コイルと、を有する複数のチューブ型燃料電池セルと、チューブ型燃料電池セルを挿入可能な開口部が複数設けられた導電性を有する集電部材と、を備え、第１コイル部と、開口部とを嵌着させてなることを特徴とする。

上記チューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、開口部に前記チューブ型燃料電池セルを嵌着させたときの前記開口部の内周径は、前記第２の触媒層の外周径よりも大きく、前記第２コイル部の外周径よりも小さいことが好適である。

また、上記チューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、集電部材は、中心部から面方向に放射状に設けられた複数の切れ込みを有する挿入部を備え、チューブ型燃料電池セルを、挿入部の複数の切れ込みを湾曲または屈曲させるよう挿入させて、チューブ型燃料電池セルを集電部材に固定させることが好適である。

上記チューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、集電部材は、挿入部が複数設けられた、可とう性を有する部材であり、内部電極の先端部を挿入部に挿入し、固定させてなることが好適である。

また、本発明のチューブ型燃料電池セルモジュールは、チューブ型燃料電池セルの挿入により、挿入部に設けられた複数の切れ込みが変形し、開口部が形成されることが好適である。

また、上記チューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、挿入部は、少なくとも複数のチューブ型燃料電池セルの第２の触媒層同士が接触しないように設けられたことが好適である。

本発明によれば、チューブ型燃料電池セルを複数用いたチューブ型燃料電池セルモジュールを容易に形成させることが可能となる。

本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。

複数のチューブ型燃料電池セルを集積化してチューブ型燃料電池セルモジュールを形成させるには、外部コイルおよび内部電極を別々に電気的に接続して集電を行う必要がある。以下、外部コイルの集電と内部電極の集電とに分けて説明する。

図１は、本発明の実施の形態において、複数のチューブ型燃料電池セル５０と集電部材２２，２４とを備え形成されたチューブ型燃料電池セルモジュール１００の構成の概略を示す側面図である。

図２は、図１に示したチューブ型燃料電池セル５０の構成の概略を示す図である。また、図３は、図２に示すチューブ型燃料電池セル５０において、チューブ延伸方向に沿った断面を示す図である。外部コイル１８に替えて、外部コイル２８を備えていることを除いて、あとは図１２，１３に示した従来のチューブ型燃料電池セルの構成とほぼ同一である。

外部コイル２８は、捲回ピッチの密な部分２８０，２８２と、捲回ピッチの疎な部分２８４を有しており、捲回ピッチの疎な部分２８４は、捲回ピッチの密な部分２８０，２８２に挟まれた形状となっている。図４に、図３の捲回ピッチの密な部分２８０内の、B−Bラインに沿った断面図、図５に、図３の捲回ピッチの疎な部分２８４内の、C−Cラインに沿った断面図をそれぞれ示す。

図４、図５に示すように、内部電極１０、第１の触媒層１２、電解質層１４及び第２の触媒層１６は、内側から順に略同軸円筒状に積層されており、第２の触媒層１６の外周面には、外部コイル２８が巻かれている。図５に示すように、少なくとも捲回ピッチの疎な部分２８４の一部では、第２の触媒層１６の外周面上に外部コイル２８が存在せず、第２の触媒層１６の一部が外部に露出した構造となっている。このため、捲回ピッチの密な部分２８０，２８２における外径と比較すると、捲回ピッチの疎な部分２８４における第２の触媒層１６の一部が露出した部分の外径は小さくなっている。すなわち、図２、図３に示すように、捲回ピッチの疎な部分２８４の少なくとも一部は、捲回ピッチの密な部分２８０，２８２に対して凹になっている。

本発明の実施の形態において、外部コイル２８は、例えば、金、白金、銅、ステンレス、チタン等またはそれらを含む合金を材料とすることが好ましい。接触抵抗を低減させるために、適宜金メッキ等を施してもよい。外部コイル２８は、チューブ型燃料電池セルに巻きつけ可能な太さを有する。例えば、第２の触媒層１６の外径に対して１０％〜３０％程度の直径を有する外部コイル２８が好適に使用される。より具体的には、外部コイル２８の太さは、好ましくは直径０．５ｍｍ〜５ｍｍ、より好ましくは直径１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。

集電部材２２，２４は、主に導電性を有する材料で構成される。例えば、金、白金、銅、ステンレス、チタン等またはそれらを含む合金を用いることができる。また、集電部材２２，２４の表面に金メッキ等のメッキ加工を施し、導電性をさらに向上させることも好適である。また、集電部材２２，２４は、同じものでも、また異なるものでも良いが、部品点数削減のため、同一部材であることが好ましい。

集電部材２２，２４は、図１において紙面に対して垂直に広がる可とう性を有するプレート状の形状を有する。また、集電部材２２，２４は、チューブ型燃料電池セル５０をそれぞれ挿入可能な複数の開口部２６を備える。

集電部材２２，２４は、チューブ型燃料電池セルモジュール１００を構成するために必要となる所望の剛性をさらに有する。具体的には、保持させるチューブ型燃料電池セルのサイズや個数、重量により、集電部材２２，２４の厚みは適宜調整することが好ましい。特に平面部分に必要とされる剛性と、湾曲または屈曲させる部分に必要とされる可とう性とのバランスを考慮して集電部材２２，２４の厚みを調整することが好ましい。

例えば、集電部材２２，２４の厚みは、外部コイル２８の外周径Ｄ_２の０．１倍〜２．０倍とすることが好ましい。より具体的には、外部コイル２８の外周径Ｄ_２が数ｍｍ〜数ｃｍ程度で、一つのセルモジュールとして用いられるチューブ型燃料電池セルが１０〜５０個程度のチューブ型燃料電池セルでは、集電部材２２，２４の厚みは外部コイル２８の外周径Ｄ_２の０．１倍〜２．０倍とすることが好ましい。例えば、外部コイル２８の外周径Ｄ_２が１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度であれば、集電部材２２，２４の厚みは０．１ｍｍ〜６．０ｍｍとすることが好適である。

集電部材２２，２４は、図１の紙面に対して垂直に互いに平行になるように配置される。集電部材２２，２４の開口部２６は、集電部材２２，２４を向き合わせて配置した際に互いに対向する位置に設けられる。集電部材２２，２４の面に対し略垂直となるように、集電部材２２，２４のそれぞれに設けられた開口部２６にチューブ型燃料電池セル５０を挿入することにより、外部コイル２８と、開口部２６の縁部３０とが電気的に接触するよう保持される。これによって、それぞれのチューブ型燃料電池セル５０により発生した電気を集電することができる。

図１に示すように、チューブ型燃料電池セル５０を集電部材２２，２４の開口部２６に嵌着させた状態において、開口部２６の内周径ｄ_１は、第２の触媒層１６の外周径Ｄ_１よりもわずかに大きい。好ましくは、内周径ｄ_１は、第２の触媒層１６の外周径Ｄ_１よりも大きく、外部コイル２８の外周径Ｄ_２よりも小さい。このため、チューブ型燃料電池セル５０は、集電部材２２，２４に対し、安定に保持される。ここで、「外部コイル２８の外周径Ｄ_２」とは、図３に示したチューブ型燃料電池セル５０の断面の形状において、外部コイル２８を巻きつけた状態における最大の寸法のことを指しており、特に円筒状のチューブ型燃料電池セルにおいては、外部コイル２８の太さを含めたチューブ型燃料電池セル１００断面の直径を指す。

図１に示すように、開口部２６の縁部３０を湾曲または屈曲させると、外部コイル２８と集電部材２２，２４との接触面積を大きくすることができ、集電性能が向上するとともに、チューブ型燃料電池セル５０を安定に保持させることができるので好ましい。また、チューブ型燃料電池セル５０と縁部３０とを嵌着させるために、集電部材２２，２４のうち少なくとも縁部３０は、可とう性を備えることが好ましい。

例えば、図６に示す形状を有する挿入部４６をプレート状の集電部材２２，２４に予め形成しておくことによって、可とう性を備える縁部３０を有する開口部２６を得ることができる。図６は、プレート状の集電部材２２，２４の、プレートの面に対して略垂直方向、つまりプレート表面または裏面方向からみた挿入部４６ａの形状をそれぞれ示した図である。

図６（ａ）に示す挿入部４６ａは、中心部５２ａから集電部材２２，２４の面方向に放射状に設けられた集電部材２２，２４の表面から裏面まで貫通する複数の切れ込み５４ａを有する。集電部材２２，２４の挿入部４６ａに、チューブ型燃料電池セル５０を挿入することにより、複数の切れ込み５４ａが湾曲または屈曲し、開口部２６ａが形成される。さらにチューブ型燃料電池セル５０の挿入を続けると、図６（ｂ）に示すように、チューブ型燃料電池セル５０に設けられた外部コイルのうち、捲回ピッチの疎な部分２８４ａと、開口部２６ａの縁部３０ａとが嵌着する。これによって複数のチューブ型燃料電池セル５０が集電部材２２，２４に固定される。

挿入部４６ａは、中心部５２ａから面方向に放射状に設けられた複数の切れ込み５４ａを有する部分がチューブ型燃料電池セル５０を挿入可能な大きさであればよい。すなわち、少なくとも、切れ込み５４ａを有する部分の径が、図１に示す外部コイル２８の外周径Ｄ_２よりも大きいことが好ましい。チューブ型燃料電池セル５０の装着時には、切れ込み５４ａの可とう性により開口部２６ａの縁部３０ａの内周径ｄ_１が第２の触媒層１６の外周径Ｄ_１よりも大きく、外部コイル２８の外周径Ｄ_２よりも小さくなる。また、隣り合う挿入部４６ａは、少なくとも隣り合って固定されるチューブ型燃料電池セル５０が互いに接触しない距離だけ離して設けられる。

本実施の形態においては、切れ込み５４ａはいずれも４５度の角度で８等分しているが、これに限らず、少なくとも３分割すればよい。また、等しい角度を隔てて形成させなくてもよいが、チューブ型燃料電池セル５０に加わる力を均等にするためにおおむね等しい角度で設けることが好ましい。さらに、チューブ型燃料電池セル５０の外形に応じて切れ込み５４ａの長さを適宜調節してもよい。例えば、チューブ型燃料電池セル５０の第２の触媒層１６が断面楕円形の場合には、切れ込み５４の長さを同じにする必要はなく、適宜設定することが好ましい。

また、図７及び図８に挿入部の変形例を示す。図６と同様に、図７及び図８は、プレート状の集電部材２２，２４の、プレートの面に対して略垂直方向、つまりプレート表面または裏面方向からみた挿入部４６ｂ，４６ｃの形状をそれぞれ示した図である。

図７（ａ）に示す挿入部４６ｂは、図６（ａ）に示す挿入部４６ａと同様に中心部５２ｂから放射状に広がる複数の切れ込み５４ｂを有するが、挿入部４６ｂを形成する際に、集電部材２２，２４の表面及び裏面の少なくとも一方に屈曲を補助する溝５６ｂが設けられている。溝５６ｂは、図７（ａ）に示すように、中心部５２ｂに対して同心に複数設けることが好ましい。このように、溝５６を設けることによって、集電部材２２，２４の挿入部４６ｂを容易に屈曲させることができる。したがって、挿入部４６ｂにチューブ型燃料電池セル５０を容易に挿入させることができる。

図８（ａ）に示す挿入部４６ｃは、図６（ａ）に示す挿入部４６ａと同様に中心部５２ｃから放射状に広がる複数の切れ込み５４ｃを有するが、切れ込みが交差する中心部５２ｃに穴５８が設けられている点で相違する。縁部３０ｃのチューブ型燃料電池セル５０挿入方向の高さＬを、捲回ピッチの疎な部分２８４ｃの凹部の幅と略同じになるようにすると、切れ込み５４ｃがチューブ型燃料電池セル５０の周面に沿って屈曲し、集電部材２２とチューブ型燃料電池セル５０との密着性が向上して嵌着がより強固となる。なお、穴５８の形状は、必ずしも正八角形等の正多角形の形状でなくてもよく、例えば、円形でもよい。

図９は、本発明の他の実施の形態において、複数のチューブ型燃料電池セル１５０と集電部材３２，３４とを備え形成されたチューブ型燃料電池セルモジュール２００の構成の概略を示す側面図である。複数のチューブ型燃料電池セル５０、集電部材２２，２４に替えて、複数のチューブ型燃料電池セル１５０、集電部材３２，３４をそれぞれ備えていることを除いて、あとは図１に示したチューブ型燃料電池セルモジュール１００の構成とほぼ同一である。

図１０は、図９に示したチューブ型燃料電池セル１５０の構成の概略を示す図であり、同図左側は、チューブ型燃料電池セル１５０において、チューブ延伸方向に沿った断面を示す図である。チューブ型燃料電池セル１５０の構造は、外部コイル２８に替えて、外部コイル３８を備えていることを除いて、あとは図２，３に示したチューブ型燃料電池セル５０の構成とほぼ同一である。

図１０に示すように、チューブ型燃料電池セル１５０には、第１コイル部３８０と、第２コイル部３８２，３８４とを有するよう外部コイル３８が密に巻きつけられており、第２コイル部３８２，３８４は、第１コイル部３８０を挟むように設けられている。第１コイル部３８０と第２コイル部３８２，３８４とは、外部コイル３８の巻きつけ回数を異にすることにより、第１の外周径Ｄ_３を有する第１コイル部３８０と、第１の外周径よりも大きな第２の外周径Ｄ_４を有する第２コイル部３８２，３８４とが形成されている。チューブ型燃料電池セル１５０の第１コイル部３８０と、集電部材３２，３４に所定の間隔で設けられた開口部３６とを嵌着させることにより、チューブ型燃料電池セルモジュール２００を形成させることができる。このとき、縁部４０のほぼ全周にわたり外部コイル３８と接触することが可能となるため、有利である。

集電部材３２，３４は、上記実施の形態における集電部材２２，２４と同様の構造を有する。図９に示した、チューブ型燃料電池セル１５０を集電部材３２，３４の開口部３６に嵌着させた状態において、開口部３６の内周径ｄ_２は、第１コイル部３８０の外周径Ｄ_３よりもわずかに大きい。好ましくは、内周径ｄ_２は、第１コイル部３８０の外周径Ｄ_３よりも大きく、第２コイル部３８２，３８４の外周径Ｄ_４よりも小さい。このため、チューブ型燃料電池セル１５０は、集電部材３２，３４に対し、安定に保持される。

なお、本実施の形態において、第１コイル部３８０では外部コイル３８を１回、第２コイル部３８２，３８４では外部コイル３８を２回、それぞれ巻きつけているが、これに限らず、集電部材３２，３４とチューブ型燃料電池セルとの嵌着をより強固にするために、例えば、第２コイル部３８２，３８４の一部にさらに外部コイル３８を巻きつけたりしてもよい。

本発明の実施の形態において、好適に使用される集電部材３２，３４および外部コイル３８の材料としては、図１に示す集電部材２２，２４および外部コイル２８と同様のものを使用してよい。また、集電部材３２，３４の厚みについても、集電部材２２，２４の厚みと同様に適宜調整してもよい。また、集電部材３２，３４は、同じものでも、また異なるものでも良いが、部品点数削減のため、同一材料、同一形状の部材であることが好ましい。

このように、所定の間隔で設けられた複数の開口部を有する集電部材に、複数のチューブ型燃料電池セルを挿入し、外部コイルと集電部材の開口部とを嵌着させることにより、集電部材に対し、所定の位置関係で、かつ容易に複数のチューブ型燃料電池セルを固定させ、モジュール化することが可能となる。

次に、本発明の他の実施の形態を示す。図１１は、本発明の他の実施の形態において、複数のチューブ型燃料電池セル２５０と集電部材２２，２４，４２，４４とを備え形成されたチューブ型燃料電池セルモジュール３００の構成の概略を示す側面図である。集電部材４２，４４をさらに備えていることを除いて、あとは図１に示したチューブ型燃料電池セルモジュール１００の構成とほぼ同一である。

図１１に示すように、チューブ型燃料電池セル２５０の内部電極１０は、外部に露出した先端部４８，４９を有しており、集電部材４２，４４に所定の間隔で設けられた開口部６６，７６に先端部４８が挿入され、固定されている。

先端部４８，４９を含む内部電極１０は、例えば、金、白金、銅、ステンレス、チタン等またはそれらを含む合金を材料として好適に使用される。接触抵抗を低減させるために、適宜金メッキ等を施してもよい。内部電極１０の太さは、チューブ型燃料電池セル２５０の大きさにより適宜調整することが好ましい。例えば、内部電極１０の外周径Ｄ_５は、チューブ型燃料電池セル２５０の外部コイル２８の外周径の０．５倍〜０．９５倍とすることが好適である。また、例えば、外部コイル２８の外周径が数ｍｍ〜数ｃｍ程度である場合、内部電極１０の外周径Ｄ_５を０．５ｍｍ〜５．０ｍｍに設定する。

集電部材４２，４４は、主に導電性を有する材料で構成される。例えば、金、白金、銅、ステンレス、チタン等またはそれらを含む合金を用いることができる。また、集電部材４２，４４の表面に金メッキ等のメッキ加工を施し、導電性をさらに向上させることも好適である。また、集電部材４２，４４は、同じものでも、また異なるものでも良いが、部品点数削減のため、同一部材であることが好ましく、さらに好ましくは、集電部材２２，２４と同一部材のものである。

集電部材４２，４４は、チューブ型燃料電池セルモジュール３００を構成するために必要となる所望の剛性をさらに有する。具体的には、保持させるチューブ型燃料電池セルのサイズや個数、重量により、集電部材４２，４４の厚みは適宜調整することが好ましい。特に平面部分に必要とされる剛性と、湾曲または屈曲させる部分に必要とされる可とう性とのバランスを考慮して集電部材４２，４４の厚みを調整することが好ましい。

例えば、先端部４８，４９を含む内部電極１０の外周径が１．０ｍｍ程度で、一つのセルモジュールとして用いられるチューブ型燃料電池セルが１０〜５０個程度であれば、集電部材４２，４４の厚みは、内部電極１０の外周径Ｄ_５の０．１倍〜２倍とすることが好ましい。例えば、内部電極１０の外周径Ｄ_５が１．０ｍｍ〜３．０ｍｍである場合、集電部材４２，４４の厚みを０．１ｍｍ〜６ｍｍ程度とするのが好ましい。

集電部材４２，４４は、図１１の紙面に対して垂直に互いに平行になるように配置される。集電部材４２，４４の開口部６６，７６は、集電部材４２，４４を向き合わせて配置した際に互いに対向する位置に設けられる。集電部材４２，４４の面に対し略垂直となるように、集電部材４２，４４のそれぞれに設けられた開口部６６，７６にチューブ型燃料電池セル２５０を挿入させることにより、先端部４８，４９と、開口部６６，７６の縁部４５，４７とが電気的に接触し、保持される。これによって、それぞれのチューブ型燃料電池セル２５０により発生した電気を集電することができる。なお、図１１に示した形状を有する集電部材４２，４４については、集電部材４２，４４同士の位置を先に決めてしまうと、開口部６６，７６に対してチューブ型燃料電池セル２５０を挿入するのは困難であるため、集電部材４２，４４を、先端部４８，４９側からそれぞれ挿入させるようにするとよい。

図１１に示すように、チューブ型燃料電池セル２５０を集電部材４２，４４の開口部６６，７６に挿入させた状態において、集電部材４２，４４の可とう性によって開口部６６，７６の縁部４５，４７は内部電極１０の外周を締め付けるように嵌着される。このため、チューブ型燃料電池セル２５０は、集電部材４２，４４に対し、縁部４５，４７を介して物理的、電気的に安定に保持される。集電部材４２，４４として、集電部材２２，２４と同一部材のものを使用してもよく、また集電部材４２，４４の面上に図６（ａ）に示した形状を有する挿入部４６を予め所望の間隔、つまり少なくとも隣り合うチューブ型燃料電池セル２５０の外側の触媒層同士が接触しないように設けてもよい。

本実施の形態において、集電部材４２，４４を電気的に接続して集電してもよいが、少なくとも集電部材２２，２４（３２，３４）に対しては接触し、短絡しないようにする。また、本実施の形態において４枚の集電部材２２，２４，４２，４４によりチューブ型燃料電池セル２５０の固定または位置決めをし、チューブ型燃料電池セルモジュール３００を形成しているが、チューブ型燃料電池セル２５０の固定または位置決めのためには、これらの集電部材のうち少なくとも２枚あればよく、例えば、集電部材４２，４４だけでもよい。好適には、４枚の集電部材２２，２４（３２，３４），４２，４４が使用される。

図１１において、集電部材４２，４４はチューブ型燃料電池セル２５０の樹脂シール２０に近接しているが、必ずしも近接させる必要はない。また、集電部材４２，４４は、開口部６６，７６の縁部４５，４７と先端部４８，４９との界面を介して燃料ガス又は酸化剤ガスがリークしないように取り付けることが好ましい。なお、縁部４５，４７の端部は尖っている場合が多く、近接する、図示しない部材に接触し、破損させたり傷つけたりしないよう、先端部４８，４９の末端からはみ出さないように備えることが好ましい。

このように、所定の間隔で設けられた複数の開口部を有する集電部材に、複数のチューブ型燃料電池セルを挿入させることにより、集電部材に対し、所定の位置関係で、かつ容易に複数のチューブ型燃料電池セルを固定させ、複セル化することが可能となる。

本発明は、複数のチューブ型燃料電池セルを用いたチューブ型燃料電池セルモジュールを形成させる場合に好適に使用することができる。なお、一般にチューブ型とは、円筒形状のものであって、かつ中空状のものを指すが、本明細書においては筒形状であればよく、例えば三角筒、四角筒、五角筒、六角筒等の多角筒状；楕円筒状等いずれの形状であってもよいが、通常は円筒状である。

本発明の実施の形態におけるチューブ型燃料電池セルモジュール１００の構成の概略を示す側面図である。 図１に示したチューブ型燃料電池セルの構成の概略を示す図である。 図２に示したチューブ型燃料電池セルにおいて、チューブ延伸方向に沿った断面を示す図である。 図３に示したチューブ型燃料電池セルにおいて、B−Bラインに沿った断面図である。 図３に示したチューブ型燃料電池セルにおいて、C−Cラインに沿った断面図である。 挿入部４６ａが設けられたプレート状の集電部材２２の、プレートの面方向からみた概略図（ａ）および挿入部にチューブ型燃料電池セル５０が挿入された状態における断面図（ｂ）である。 挿入部４６ｂが設けられたプレート状の集電部材２２の、プレートの面方向からみた概略図（ａ）および挿入部にチューブ型燃料電池セル５０が挿入された状態における断面図（ｂ）である。 挿入部４６ｃが設けられたプレート状の集電部材２２の、プレートの面方向からみた概略図（ａ）および挿入部にチューブ型燃料電池セル５０が挿入された状態における断面図（ｂ）である。 本発明の他の実施の形態におけるチューブ型燃料電池セルモジュール２００の構成の概略を示す図である。 図９に示したチューブ型燃料電池セルの構成の概略を示す図である。 本発明の他の実施の形態におけるチューブ型燃料電池セルモジュール３００の構成の概略を示す図である。 従来のチューブ型燃料電池セルの、チューブ延伸方向に沿った断面図である。 図１２のチューブ型燃料電池セルにおいて、A−Aラインに沿った断面図である。

符号の説明

１０ 内部電極、１２ 第１の触媒層、１４ 電解質層、１６ 第２の触媒層、１８，２８，３８ 外部コイル、２０ 樹脂シール、２２，２４，３２，３４，４２，４４ 集電部材、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３６，６６，７６ 開口部、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，４０，４５，４７ 縁部、４６，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 挿入部、４８，４９ 先端部、５０，１５０，２５０ チューブ型燃料電池セル、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ 中心部、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 切れ込み、５６ｂ，５６ｃ 溝、５８ 穴、１００，２００，３００ チューブ型燃料電池セルモジュール、２８０，２８２ 捲回ピッチの密な部分、２８４，２８４ａ，２８４ｂ，２８４ｃ 捲回ピッチの疎な部分、３８０ 第１コイル部、３８２，３８４ 第２コイル部。

Claims (8)

1. 筒形状の内部電極の外周面に触媒層及び電解質層が積層された複数のチューブ型燃料電池セルと、
   前記チューブ型燃料電池セルのスペーサを兼ねた導電性の集電部材と、
   を備えることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
2. 導電性を有する筒形状の内部電極と、
   前記内部電極の外周面に順に積層された第１の触媒層、電解質層及び第２の触媒層と、
   前記第２の触媒層の外周面に、捲回ピッチの疎な第１コイル部を、捲回ピッチの密な第２コイル部で挟むように巻き付けられた導電性を有する外部コイルと、
   を有する複数のチューブ型燃料電池セルと、
   前記チューブ型燃料電池セルを挿入可能な開口部が複数設けられた導電性を有する集電部材と、
   を備え、
   前記第１コイル部と、前記開口部とを嵌着させてなることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
3. 導電性を有する筒形状の内部電極と、
   前記内部電極の外周面に順に積層された第１の触媒層、電解質層及び第２の触媒層と、
   前記第２の触媒層の外周面に、第１の外周径を有する第１コイル部を、第１の外周径よりも大きな第２の外周径を有する第２コイル部で挟むように巻き付けられた導電性を有する外部コイルと、
   を有する複数のチューブ型燃料電池セルと、
   前記チューブ型燃料電池セルを挿入可能な開口部が複数設けられた導電性を有する集電部材と、
   を備え、
   前記第１コイル部と、前記開口部とを嵌着させてなることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
4. 請求項２または３に記載のチューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、
   前記開口部に前記チューブ型燃料電池セルを嵌着させたときの前記開口部の内周径は、前記第２の触媒層の外周径よりも大きく、前記第２コイル部の外周径よりも小さいことを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のチューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、
   前記集電部材は、中心部から面方向に放射状に設けられた複数の切れ込みを有する挿入部を備え、
   前記チューブ型燃料電池セルを、前記挿入部の複数の切れ込みを湾曲または屈曲させるよう挿入させて、前記チューブ型燃料電池セルを前記集電部材に固定させることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
6. 請求項１に記載のチューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、
   前記集電部材は、挿入部が複数設けられた、可とう性を有する部材であり、
   前記内部電極の先端部を前記挿入部に挿入し、固定させてなることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
7. 請求項５または６に記載のチューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、
   前記チューブ型燃料電池セルの挿入により、前記挿入部に設けられた複数の切れ込みが変形し、前記開口部が形成されることを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載のチューブ型燃料電池セルモジュールにおいて、
   前記挿入部は、少なくとも複数のチューブ型燃料電池セルの第２の触媒層同士が接触しないように設けられたことを特徴とするチューブ型燃料電池セルモジュール。

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