JP2009087805A - Fuel cell module, its manufacturing method, and fuel cell - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of improving current collection efficiency while reducing the number of components, its manufacturing method, and a fuel cell having the fuel cell module. <P>SOLUTION: The fuel cell module is provided with an assembly which has a plurality of tube-type fuel battery cells arranged at the top-most vertices of a polygonal and conductors which are arranged so as to contact the plurality of tube-type fuel battery cells in the space surrounded by the plurality of tube-type fuel battery cells, and a current collector member to contact the assembly, and a case member which houses at least the current collector member and a plurality of assemblies. Contact of the plurality of the tube-type fuel battery cells with the conductors, and/or the contact of the assembly with the current collector are maintained by an elastic force that is given from the case member to the current collector member and the plurality of assemblies. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、中空形状の膜電極構造体を備えるチューブ型燃料電池セルを具備する燃料電池モジュール及びその製造方法、並びに、該燃料電池モジュールを備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell module including a tubular fuel cell including a hollow membrane electrode structure, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the fuel cell module.

燃料電池は、電解質層(以下、「電解質膜」という。)と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極(アノード及びカソード)とを備える膜電極接合体(以下、「MEA」という。)で電気化学反応を起こし、当該電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下、「PEFC」という。)は、低温領域での運転が可能という特徴を有している。このPEFCは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。   A fuel cell has a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) including an electrolyte layer (hereinafter referred to as “electrolyte membrane”) and electrodes (anode and cathode) respectively disposed on both sides of the electrolyte membrane. ), And an electric energy generated by the electrochemical reaction is taken out to the outside through current collectors arranged on both sides of the MEA. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) used in a home cogeneration system or an automobile has a feature that it can be operated in a low temperature region. This PEFC has been attracting attention as a power source and portable power source for electric vehicles because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and light system.

単位体積当たりの発電量を増大させること等を目的として、近年、単セルが柱状のPEFC(以下、「チューブ型PEFC」という。)に関する研究が進められている。チューブ型PEFCのユニットセル(以下、「チューブ型燃料電池セル」又は「チューブ型セル」ということがある。)は、一般に、中空形状の電解質膜と当該電解質膜の内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される中空形状の触媒層とを備える中空形状のMEA、を具備する。そして、例えば、当該MEAの内周面側に水素含有ガスを、外周面側に酸素含有ガスをそれぞれ供給することにより電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを、当該MEAの内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出す。このように、チューブ型PEFCでは、各チューブ型セルに備えられる中空形状のMEAの内周面側に一方の反応ガス(例えば、水素含有ガス)を、外周面側に他方の反応ガス(例えば、酸素含有ガス)を供給することにより電気エネルギーを取り出すので、隣り合う2つのチューブ型セルの外周面側に供給される反応ガスを同一とすることができる。したがって、チューブ型PEFCによれば、従来の平板型PEFCではガス遮蔽性能をも併せ持っていたセパレータが不要となるため、単位体積当たりの発電量を増大させることが容易になる。   Recently, for the purpose of increasing the amount of power generation per unit volume, etc., research on a PEFC having a single cell columnar shape (hereinafter referred to as “tube type PEFC”) has been advanced. A unit cell of a tube-type PEFC (hereinafter sometimes referred to as “tube-type fuel cell” or “tube-type cell”) generally has a hollow electrolyte membrane, and an inner peripheral surface side and an outer peripheral surface side of the electrolyte membrane. And a hollow MEA having a hollow catalyst layer disposed on each of the two. For example, an electrochemical reaction is caused by supplying a hydrogen-containing gas to the inner peripheral surface side of the MEA and an oxygen-containing gas to the outer peripheral surface side, and the electric energy generated by the electrochemical reaction is It takes out outside through the electrical power collector currently arrange | positioned at the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side, respectively. Thus, in the tube type PEFC, one reaction gas (for example, hydrogen-containing gas) is provided on the inner peripheral surface side of the hollow MEA provided in each tube type cell, and the other reaction gas (for example, for example, the outer peripheral surface side). Since electric energy is taken out by supplying (oxygen-containing gas), the reaction gas supplied to the outer peripheral surface side of two adjacent tube-type cells can be made the same. Therefore, according to the tube-type PEFC, a separator having gas shielding performance in the conventional flat plate-type PEFC is not required, so that it is easy to increase the power generation amount per unit volume.

チューブ型PEFCと類似した形状を有する、単セルが柱状の固体酸化物型燃料電池(SOFC)に関する技術として、例えば、特許文献1には、固体酸化物燃料電池を少なくとも一部を接続した状態で内部に保持する略直方体からなり、燃料電池の開口端に相対する前記略直方体の一平面と長手方向の一平面とが開口されており、燃料電池の封止端に相対する面に燃料供給孔を設けた導電性の外殻部材と、外殻部材の長手方向の開口面に設け、開口部を有した絶縁性の絶縁部材と、前記開口部を介して燃料電池と接続する導電性の外蓋とからなり、外殻部材と外蓋とが絶縁性の固定手段によって固定される固体酸化物型燃料電池のカートリッジ構造が開示されている。また、特許文献2には、筒状固体酸化物型燃料電池に関する技術が開示されている。   As a technology related to a solid oxide fuel cell (SOFC) having a single cell columnar shape having a shape similar to a tube type PEFC, for example, Patent Document 1 discloses that a solid oxide fuel cell is at least partially connected. A substantially rectangular parallelepiped held inside, one plane of the substantially rectangular parallelepiped facing the opening end of the fuel cell and one plane in the longitudinal direction are opened, and a fuel supply hole is formed on the surface facing the sealing end of the fuel cell. A conductive outer shell member provided on the longitudinal opening surface of the outer shell member, an insulating insulating member having an opening, and a conductive outer member connected to the fuel cell through the opening. There is disclosed a cartridge structure for a solid oxide fuel cell comprising a lid, in which the outer shell member and the outer lid are fixed by an insulating fixing means. Patent Document 2 discloses a technique related to a cylindrical solid oxide fuel cell.

特開2003−288913号公報JP 2003-288913 A 特開2004−152723号公報JP 2004-152723 A

しかし、特許文献1に開示されている技術をチューブ型PEFCに適用すると、チューブ型セルとケース部材とを拘束するための拘束部材が必要になる。そのため、部品点数が増大して生産性が低下しやすく、製造コストも増大しやすいという問題があった。また、特許文献2では、集電構造に関する内容が開示されていないため、特許文献2に開示されている技術をチューブ型PEFCに適用しても、集電部材を含む全体の構造を最適化することが困難であるという問題があった。   However, when the technique disclosed in Patent Document 1 is applied to the tube-type PEFC, a restraining member for restraining the tube-type cell and the case member is required. For this reason, there is a problem that the number of parts increases, productivity is likely to decrease, and manufacturing cost is likely to increase. Moreover, since the content regarding a current collection structure is not disclosed by patent document 2, even if the technique currently disclosed by patent document 2 is applied to tube type PEFC, the whole structure including a current collection member is optimized. There was a problem that it was difficult.

そこで本発明は、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な、燃料電池モジュール及びその製造方法、並びに、当該燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the fuel cell module, which can improve current collection efficiency while reducing the number of parts.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第1の本発明は、多角形の頂点位置に配置される複数のチューブ型燃料電池セル、及び、複数のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間へ複数のチューブ型燃料電池セルと接触するように配置される導電体、を有する集合体と、集合体と接触する集電部材と、少なくとも集電部材及び複数の集合体を収容するケース部材と、を備え、複数のチューブ型燃料電池セルと導電体との接触、及び/又は、集合体と集電部材との接触が、ケース部材から集電部材及び複数の集合体へと付与される弾性力によって維持されていることを特徴とする、燃料電池モジュールである。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
In the first aspect of the present invention, a plurality of tube-type fuel cells arranged at the vertex positions of the polygon and a space surrounded by the plurality of tube-type fuel cells so as to come into contact with the plurality of tube-type fuel cells. An assembly having a conductor disposed thereon, a current collecting member in contact with the aggregate, and a case member containing at least the current collecting member and the plurality of aggregates, and electrically conductive with the plurality of tube-type fuel cells. The fuel is characterized in that the contact with the body and / or the contact between the assembly and the current collecting member is maintained by the elastic force applied from the case member to the current collecting member and the plurality of assemblies. It is a battery module.

第1の本発明、及び、以下に示す本発明(以下これらをまとめて単に「本発明」という。)において、「チューブ型燃料電池セル」は、中空形状のイオン伝導体、イオン伝導体の内周面側に配設される中空形状の第1電極、及び、イオン伝導体の外周面側に配設される中空形状の第2電極を備える中空形状の構造体と、第1電極の内周面側に配設される第1集電体、及び、第2電極の外周面側に配設される第2集電体と、を具備する単セルを意味する。チューブ型燃料電池セルとしては、チューブ型PEFCの単セル等を例示することができる。また、本発明において、複数のチューブ型燃料電池セルと接触する「導電体」は、当該導電体の周囲に配置された複数のチューブ型燃料電池セルのそれぞれに備えられる外部集電体と電気的に接触する。本発明において、導電体の形態は特に限定されるものではないが、本発明の燃料電池モジュールにチューブ型PEFCの単セルが収容される場合には、部品点数を削減して単位体積当たりの発電量を増大させやすい形態の燃料電池モジュールとする等の観点から、当該導電体の内部に熱媒体流通用の空間が備えられることが好ましい。導電体の内部に熱媒体流通用の空間が備えられる場合、当該導電体は管状の部材とすることができる。さらに、本発明において、「集合体」は、例えば、正六角形の各頂点の位置に6個のチューブ型燃料電池セルをそれぞれ配置し、当該6個のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる正六角形の中心位置に導電体を配置した後、さらに、6個のチューブ型燃料電池セルの外側に拘束部材を配置し、当該拘束部材によって、6個のチューブ型燃料電池セルの外周面と導電体の外周面とが接触するように固定される形態、とすることができる。すなわち、本発明において、一の集合体には、1本の導電体と拘束部材と複数のチューブ型燃料電池セルとが備えられる。それゆえ、一の集合体にn個(nは3以上の自然数)のチューブ型燃料電池セルが備えられる場合には、例えば、正n角形の各頂点の位置にn個のチューブ型燃料電池セルをそれぞれ配置し、当該n個のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる正n角形の中心位置に導電体を配置した後、さらに、n個のチューブ型燃料電池セルの外側に拘束部材を配置し、当該拘束部材によって、n個のチューブ型燃料電池セルの外周面と導電体の外周面とが接触するように固定される形態、とすることができる。さらに、本発明において、「集合体と接触する集電部材」とは、集合体を構成する複数の第1集電体又は複数の第2集電体と接触することにより、集合体と集電部材とが通電可能な形態で接触することを意味する。さらに、本発明において、「少なくとも集電部材及び複数の集合体を収容するケース部材」とは、少なくとも集電部材及び複数の集合体が、ケース部材に収容されることを意味し、これら以外の部材もケース部材に収容され得ることを意味する。   In the first invention and the invention shown below (hereinafter collectively referred to as “the present invention”), the “tube-type fuel cell” includes a hollow ion conductor, an ion conductor. A hollow-shaped structure including a hollow-shaped first electrode disposed on the peripheral surface side and a hollow-shaped second electrode disposed on the outer peripheral surface side of the ion conductor, and an inner periphery of the first electrode It means a single cell comprising a first current collector disposed on the surface side and a second current collector disposed on the outer peripheral surface side of the second electrode. As the tube type fuel cell, a single cell of tube type PEFC can be exemplified. In the present invention, the “conductor” in contact with the plurality of tube-type fuel cells is electrically connected to an external current collector provided in each of the plurality of tube-type fuel cells arranged around the conductor. To touch. In the present invention, the form of the conductor is not particularly limited. However, when a single cell of a tube type PEFC is accommodated in the fuel cell module of the present invention, the number of parts is reduced to generate power per unit volume. From the viewpoint of making the fuel cell module in a form that easily increases the amount, it is preferable that a space for circulating a heat medium is provided inside the conductor. In the case where a space for circulating a heat medium is provided inside the conductor, the conductor can be a tubular member. Furthermore, in the present invention, the “aggregate” is, for example, a regular hexagonal shape in which six tubular fuel cells are arranged at the positions of the respective apexes of the regular hexagon and are surrounded by the six tubular fuel cells. After the conductor is arranged at the center position, a restraining member is further arranged outside the six tube-type fuel cells, and by the restraint member, the outer peripheral surface of the six tube-type fuel cells and the outer circumference of the conductor are arranged. It can be set as the form fixed so that a surface may contact. That is, in the present invention, one assembly is provided with one conductor, a restraining member, and a plurality of tubular fuel cells. Therefore, when n tube fuel cells are provided in one assembly (n is a natural number of 3 or more), for example, n tube fuel cells at each apex of a regular n-gon. Are arranged, and a conductor is arranged at the center position of a regular n-gonal shape surrounded by the n tube-type fuel cells, and further, a restraining member is arranged outside the n tube-type fuel cells, By the said restraining member, it can be set as the form fixed so that the outer peripheral surface of n tube type fuel cells and the outer peripheral surface of a conductor may contact. Further, in the present invention, the “current collecting member in contact with the aggregate” means that the aggregate and the current collector are brought into contact with a plurality of first current collectors or a plurality of second current collectors constituting the aggregate. It means that the member comes into contact in a form that allows energization. Furthermore, in the present invention, the “case member that accommodates at least the current collecting member and the plurality of aggregates” means that at least the current collecting member and the plurality of aggregates are accommodated in the case member. It means that the member can also be accommodated in the case member.

上記第1の本発明において、少なくとも複数の集合体の長手方向一端側と集電部材の少なくとも一部とを収容する第1ケース部材、及び、複数の集合体の、第1ケース部材に収容されていない長手方向他端側の少なくとも一部を収容し、かつ、第1ケース部材と接触する第2ケース部材が、ケース部材に備えられ、第1ケース部材と第2ケース部材との間隔が固定されていないことが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the first case member that houses at least one longitudinal end of the plurality of aggregates and at least a part of the current collecting member, and the first case member of the plurality of aggregates are accommodated in the first case member. A second case member that accommodates at least a part of the other end in the longitudinal direction and that contacts the first case member is provided in the case member, and a distance between the first case member and the second case member is fixed. Preferably not.

ここで、複数の集合体の長手方向中央から長手方向一端面(複数の集合体の長手方向半分)を収容する第1のケース部材、及び、複数の集合体の長手方向中央から長手方向他端面(複数の集合体の長手方向残りの半分)を収容する第2のケース部材が、本発明の燃料電池モジュールのケース部材に備えられる場合(以下「第1形態」という。)には、当該第1のケース部材を本発明における第1ケース部材とし、当該第2のケース部材を本発明における第2ケース部材とすることができる。これに対し、複数の集合体の長手方向一端を収容する第1のケース部材、複数の集合体の長手方向中央部を収容する第2のケース部材、及び、複数の集合体の長手方向他端を収容する第3のケース部材が、本発明の燃料電池モジュールのケース部材に備えられる場合(以下「第2形態」という。)には、当該第1のケース部材及び/又は当該第3のケース部材を本発明における第1ケース部材とし、当該第2のケース部材を本発明における第2ケース部材とすることができる。   Here, the first case member that accommodates one end surface in the longitudinal direction (half the longitudinal direction of the plurality of assemblies) from the longitudinal center of the plurality of assemblies, and the other end surface in the longitudinal direction from the center in the longitudinal direction of the plurality of assemblies When the case member of the fuel cell module of the present invention is provided with the second case member that accommodates (the remaining half of the plurality of assemblies in the longitudinal direction) (hereinafter referred to as “first form”). One case member can be used as the first case member in the present invention, and the second case member can be used as the second case member in the present invention. On the other hand, a first case member that accommodates one end in the longitudinal direction of the plurality of assemblies, a second case member that accommodates a central portion in the longitudinal direction of the plurality of assemblies, and the other longitudinal end of the plurality of assemblies When the case member of the fuel cell module of the present invention is provided (hereinafter referred to as “second embodiment”), the first case member and / or the third case is provided. The member may be the first case member in the present invention, and the second case member may be the second case member in the present invention.

第2の本発明は、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられる上記第1の本発明にかかる燃料電池モジュールを製造する方法であって、複数の集合体を作製する第1工程と、複数の集合体と集電部材とを接触させて固定する第2工程と、少なくとも、複数の集合体の長手方向一端と集電部材の少なくとも一部とを第1ケース部材に収容する第3工程と、複数の集合体の少なくとも一部を第2ケース部材に収容する第4工程と、を備え、上記第3工程において、弾性変形させた第1ケース部材の内側へ複数の集合体の長手方向端部と集電部材の少なくとも一部とを収容した後に、弾性変形から回復した第1ケース部材から付与される弾性力によって、複数のチューブ型燃料電池セルと導電体との接触、及び/又は、集合体と集電部材との接触が維持されることを特徴とする、燃料電池モジュールの製造方法である。   The second aspect of the present invention is a method of manufacturing the fuel cell module according to the first aspect of the present invention, wherein the first case member and the second case member are provided, and a first step of manufacturing a plurality of assemblies, A second step of fixing the plurality of aggregates and the current collecting member in contact with each other; and a third step of accommodating at least one end of the plurality of aggregates in the longitudinal direction and at least a part of the current collecting member in the first case member. And a fourth step of accommodating at least a part of the plurality of assemblies in the second case member, and the longitudinal direction of the plurality of assemblies to the inside of the first case member elastically deformed in the third step. After accommodating the end portion and at least a part of the current collecting member, contact between the plurality of tubular fuel cells and the conductor and / or by elastic force applied from the first case member recovered from elastic deformation, and / or , Contact between the assembly and the current collector Wherein the but maintained, it is a manufacturing method of a fuel cell module.

ここに、「少なくとも、複数の集合体の長手方向一端と集電部材の少なくとも一部とを第1ケース部材に収容する第3工程」とは、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられる上記第1の本発明にかかる燃料電池モジュールの、第1ケース部材に収容される全ての部材を第1ケース部材に収容する工程が、第2の本発明における第3工程であることを意味する。さらに、「集電部材の少なくとも一部」とは、集合体の長手方向一端側に備えられる集電部材を意味する。すなわち、集電部材が複数の集合体の長手方向一端側にのみ備えられる場合、「集電部材の少なくとも一部」とは、集電部材の全部を意味する。これに対し、集電部材が複数の集合体の長手方向一端側及び他端側に備えられる場合、「集電部材の少なくとも一部」とは、集電部材の一部を意味する。さらに、「複数の集合体の少なくとも一部を第2ケース部材に収容する第4工程」とは、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられる上記第1の本発明にかかる燃料電池モジュールの、第2ケース部材に収容される全ての部材を第2ケース部材に収容する工程が、第2の本発明における第4工程であることを意味する。すなわち、上記第1形態の場合であって、かつ、集電部材が複数の集合体の長手方向一端側にのみ備えられる場合、及び、上記第2形態の場合には、複数の集合体の一部を第2ケース部材に収容する工程が、第2の本発明における第4工程である。これに対し、上記第1形態の場合であって集電部材が複数の集合体の長手方向一端側及び他端側に備えられる場合には、複数の集合体の一部と集電部材の一部とを第2ケース部材に収容する工程が、第2の本発明における第4工程である。   Here, the “third step of accommodating at least one longitudinal end of the plurality of aggregates and at least a part of the current collecting member in the first case member” includes the first case member and the second case member. It means that the step of housing all the members housed in the first case member of the fuel cell module according to the first invention in the first case member is the third step in the second invention. . Further, “at least a part of the current collecting member” means a current collecting member provided on one end side in the longitudinal direction of the aggregate. That is, when the current collecting member is provided only on one end side in the longitudinal direction of the plurality of aggregates, “at least a part of the current collecting member” means the whole current collecting member. On the other hand, when the current collecting member is provided on one end side and the other end side in the longitudinal direction of the plurality of aggregates, “at least a part of the current collecting member” means a part of the current collecting member. Further, the “fourth step of accommodating at least a part of the plurality of assemblies in the second case member” means that the fuel cell module according to the first aspect of the present invention including the first case member and the second case member is provided. This means that the step of accommodating all the members accommodated in the second case member in the second case member is the fourth step in the second aspect of the present invention. That is, in the case of the first embodiment and when the current collecting member is provided only on one end side in the longitudinal direction of the plurality of assemblies, and in the case of the second embodiment, one of the plurality of assemblies is provided. The step of housing the part in the second case member is the fourth step in the second aspect of the present invention. On the other hand, in the case of the first embodiment, when the current collecting members are provided on one end side and the other end side in the longitudinal direction of the plurality of assemblies, a part of the plurality of assemblies and one of the current collector members The step of housing the portion in the second case member is the fourth step in the second aspect of the present invention.

第3の本発明は、上記第1の本発明にかかる燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体と、少なくとも該積層体を収容する外部ケース部材とを備えることを特徴とする、燃料電池である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel, comprising: a laminated body configured by laminating a plurality of fuel cell modules according to the first aspect of the present invention; and an outer case member that accommodates at least the laminated body. It is a battery.

第1の本発明によれば、ケース部材から集電部材及び複数の集合体へと付与される弾性力によって、複数のチューブ型燃料電池セルと導電体との接触、及び/又は、集合体と集電部材との接触が維持される。かかる形態とすることにより、拘束部材を用いることなく、チューブ型燃料電池セルとケース部材とを固定することが可能になるほか、異なる部材間の接触抵抗を低減することが可能になるので集電効率を向上させることが可能になる。したがって、第1の本発明によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な、燃料電池モジュールを提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, the elastic force applied from the case member to the current collecting member and the plurality of assemblies makes contact between the plurality of tube-type fuel cells and the conductor and / or the assembly. Contact with the current collecting member is maintained. By adopting such a configuration, it becomes possible to fix the tube-type fuel cell and the case member without using a restraining member, and it is possible to reduce the contact resistance between different members, so that current collection is possible. Efficiency can be improved. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell module capable of improving the current collection efficiency while reducing the number of components.

第1の本発明において、第1ケース部材と第2ケース部材との間隔が固定されない形態とすることにより、ケース部材に収容された構成部材が、燃料電池モジュールの運転時に発生する熱によって膨張し、燃料電池モジュールの停止時に温度が低下して収縮した場合であっても、当該熱膨張・熱収縮によって生じる寸法差を吸収することが可能になる。   In the first aspect of the present invention, since the distance between the first case member and the second case member is not fixed, the constituent members accommodated in the case member expand due to heat generated during operation of the fuel cell module. Even when the fuel cell module stops and contracts due to a decrease in temperature, it is possible to absorb the dimensional difference caused by the thermal expansion and thermal contraction.

第2の本発明によれば、弾性変形させた第1ケース部材の内側へ複数の集合体と集電部材とを収容した後に、変形から回復した第1ケース部材より付与される弾性力によって、複数の集合体と集電部材とが拘束される形態の第3工程が備えられる。かかる形態とすることにより、拘束部材を用いることなく、ケース部材に収容される複数の集合体及び集電部材の位置を特定することが可能になるほか、異なる部材間の接触抵抗を低減することが可能になるので集電効率を向上させることが可能になる。したがって、第2の本発明によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させ得る燃料電池モジュールを製造することが可能な、燃料電池モジュールの製造方法を提供することができる。   According to the second aspect of the present invention, after accommodating the plurality of aggregates and the current collecting member inside the elastically deformed first case member, by the elastic force applied from the first case member recovered from the deformation, A third step in which the plurality of aggregates and the current collecting member are constrained is provided. By adopting such a form, it becomes possible to specify the positions of a plurality of assemblies and current collecting members accommodated in the case member without using a restraining member, and to reduce the contact resistance between different members. It becomes possible to improve the current collection efficiency. Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a fuel cell module capable of manufacturing a fuel cell module capable of improving the current collection efficiency while reducing the number of parts.

第3の本発明によれば、燃料電池に、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な燃料電池モジュールが複数備えられるので、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な燃料電池を提供することができる。   According to the third aspect of the present invention, since the fuel cell is provided with a plurality of fuel cell modules capable of improving the current collection efficiency while reducing the number of parts, the current collection efficiency is improved while reducing the number of parts. The fuel cell which can be provided can be provided.

図面を参照しつつ、本発明について説明する。以下に図示する形態は、あくまでも本発明の形態例であり、本発明は図示の形態に限定されるものではない。図面に示す構造体に複数の同種部材が備えられる場合、本発明の理解を容易にするため、複数の同種部材の一部にのみ符号を付すことがある。また、以下の説明では、チューブ型燃料電池セルに備えられる中空形状のMEAの外周面側へ酸素含有ガス(以下、「空気」という。)が供給されるとともに、同MEAの内周面側へ水素含有ガス(以下、「水素」という。)が供給され、導電体に冷媒が供給される形態を例示するが、本発明は当該形態に限定されるものではない。チューブ型燃料電池セルには、中空形状のMEAの外周面側へ水素を供給し、同MEAの内周面側へ空気を供給することも可能であり、寒冷地等で使用される場合には、例えば始動時に、冷媒に代えて温水等の温熱媒体を導電体へ供給することもできる。   The present invention will be described with reference to the drawings. The forms illustrated below are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated forms. In the case where a plurality of similar members are provided in the structure shown in the drawings, only a part of the plurality of similar members may be provided with a symbol in order to facilitate understanding of the present invention. In the following description, an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “air”) is supplied to the outer peripheral surface side of the hollow MEA provided in the tubular fuel cell, and to the inner peripheral surface side of the MEA. A mode in which a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied and a refrigerant is supplied to the conductor is exemplified, but the present invention is not limited to this mode. It is also possible to supply hydrogen to the outer peripheral surface side of the hollow MEA and supply air to the inner peripheral surface side of the MEA in the tubular fuel cell. For example, at the time of start-up, a heat medium such as hot water can be supplied to the conductor instead of the refrigerant.

1.燃料電池モジュール
図1は、本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す正面図である。図2は、図1に示す燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す左側面図である。図3は、図1に示す燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す右側面図である。図1乃至図3の紙面上下方向が、本発明の燃料電池モジュールに備えられるチューブ型セルの長手方向である。図4は、図1に示す燃料電池モジュールに備えられる集合体の形態例を概略的に示す正面図であり、ケース部材に収容される前の形態を示している。図4の紙面上下方向が、チューブ型セルの長手方向である。図5は、図4のV−V断面図である。本発明の燃料電池モジュールに備えられる集合体の形態の理解を容易にするため、図5では、導電体及びチューブ型セルの断面と、チューブ型セルの周囲に巻回される拘束部材の形態を概略的に示している。図5の紙面奥/手前方向が、チューブ型セルの長手方向である。図6は、図1に示す燃料電池モジュールに備えられるチューブ型セルの形態例を概略的に示す断面図である。図6の紙面奥/手前方向が、チューブ型セルの長手方向である。図7は、図1に示す燃料電池モジュールのVII−VII断面を示す拡大図であり、一部を省略して示している。図7の紙面奥/手前方向が、燃料電池モジュールに備えられるチューブ型セルの長手方向である。図7の直線矢印は、絶縁部材を介してケース部材から複数の内部集電体へと付与される力の向きを示している。図8は、図1に示す燃料電池モジュールに点線で示した部位のVIII−VIII断面図である。図9は、図2に示す燃料電池モジュールのIX−IX断面図であり、一部のみを拡大して示している。図8及び図9の紙面上下方向が、燃料電池モジュールに備えられるチューブ型セルの長手方向である。図8及び図9の直線矢印は、第1ケース部材から付与される弾性力の向きを示している。
1. Fuel Cell Module FIG. 1 is a front view schematically showing an example of a fuel cell module according to the present invention. FIG. 2 is a left side view schematically showing an example of the form of the fuel cell module shown in FIG. FIG. 3 is a right side view schematically showing an example of the form of the fuel cell module shown in FIG. The vertical direction of the drawing in FIGS. 1 to 3 is the longitudinal direction of the tube-type cell provided in the fuel cell module of the present invention. FIG. 4 is a front view schematically showing a form example of the assembly provided in the fuel cell module shown in FIG. 1, and shows a form before being housed in the case member. The vertical direction of the paper surface of FIG. 4 is the longitudinal direction of the tube-type cell. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. In order to facilitate understanding of the form of the assembly provided in the fuel cell module of the present invention, in FIG. 5, the cross section of the conductor and the tube type cell and the form of the restraining member wound around the tube type cell are shown. Shown schematically. 5 is the longitudinal direction of the tube-type cell. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a tube type cell provided in the fuel cell module shown in FIG. 6 is the longitudinal direction of the tube type cell. FIG. 7 is an enlarged view showing a VII-VII cross section of the fuel cell module shown in FIG. 1, and a part thereof is omitted. 7 is the longitudinal direction of the tube-type cell provided in the fuel cell module. The straight arrows in FIG. 7 indicate the direction of force applied from the case member to the plurality of internal current collectors via the insulating member. 8 is a cross-sectional view of the fuel cell module shown in FIG. 1 taken along the dotted line VIII-VIII. FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel cell module IX-IX shown in FIG. 8 and 9 is the longitudinal direction of the tube-type cell provided in the fuel cell module. The straight arrows in FIGS. 8 and 9 indicate the direction of the elastic force applied from the first case member.

図1乃至図3に示すように、本発明の燃料電池モジュール30は、複数のチューブ型セル7、7、…、及び、熱媒体管としても機能する複数の導電体8、8、…(以下、これらをまとめて「チューブ型セル7等」ということがある。)と、チューブ型セル7、7、…等を収容するケース部材20と、を備える。ケース部材20は、チューブ型セル7等の長手方向一端側を収容する第1ケース部材20xと、チューブ型セル7等の長手方向中央部を収容する第2ケース部材20yと、チューブ型セル7等の長手方向他端側を収容する第3ケース部材20zと、を備え、第1ケース部材20x及び第3ケース部材20zに備えられる開口部21、21と、第2ケース部材20yに備えられる嵌合爪22、22とが嵌め合わされることにより、これらが連結され、連結する際に接着剤は使用されない。すなわち、第1ケース部材20x及び第2ケース部材20y、並びに、第2ケース部材20y及び第3ケース部材20zは、接着剤を用いることなく、互いに接触する形態で連結される。それゆえ、第1ケース部材20xの端面と第2ケース部材20yの端面との距離(間隔)、及び、第2ケース部材20yの端面と第3ケース部材20zの端面との距離(間隔)は固定されておらず、これらの間隔に、いわゆる「遊び」が設けられている。それゆえ、かかる形態とすることにより、燃料電池モジュール30の運転時に発生する温度によって構成部材が膨張した際の寸法と、燃料電池モジュール30の運転時に温度が低下して部材が収縮した際の寸法との差を、当該「遊び」によって吸収することができる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell module 30 of the present invention includes a plurality of tube-type cells 7, 7,... And a plurality of conductors 8, 8,. These may be collectively referred to as “tube-type cell 7 etc.”) and a case member 20 for accommodating the tube-type cells 7,. The case member 20 includes a first case member 20x that accommodates one end in the longitudinal direction of the tube type cell 7, etc., a second case member 20y that accommodates a longitudinal center of the tube type cell 7, etc., the tube type cell 7, etc. A third case member 20z that accommodates the other end in the longitudinal direction of the first and second openings 21 and 21 provided in the first case member 20x and the third case member 20z, and a fitting provided in the second case member 20y. By fitting the claws 22 and 22 together, these are connected, and no adhesive is used when connecting. In other words, the first case member 20x and the second case member 20y, and the second case member 20y and the third case member 20z are connected to each other without using an adhesive. Therefore, the distance (interval) between the end surface of the first case member 20x and the end surface of the second case member 20y and the distance (interval) between the end surface of the second case member 20y and the end surface of the third case member 20z are fixed. In other words, a so-called “play” is provided at these intervals. Therefore, by adopting such a configuration, the dimension when the constituent member expands due to the temperature generated during operation of the fuel cell module 30, and the dimension when the member contracts due to the temperature decreasing during the operation of the fuel cell module 30. Can be absorbed by the “play”.

ケース部材20には、凹部23、23、23が備えられるとともに(図1参照)、その裏面側には凸部24、24、24が備えられ(図2及び図3参照)、複数の燃料電池モジュール30、30、…が積層されると、隣接する一方の燃料電池モジュール30の凸部24、24、24と、他方の燃料電池モジュール30の凹部23、23、23とが嵌め合わされることにより、積層体40が構成される(図11参照)。燃料電池モジュール30において、第1ケース部材20xには、冷媒流通部25の開口部と水素流通部26の開口部が備えられ(以下、第1ケース部材20xに備えられる冷媒流通部25及び水素流通部26を、「冷媒流通部25x」及び「水素流通部26x」という。)、これらの開口部の周囲に設けられた凹部28に、シール部材27が配設されている。同様に、第3ケース部材20zにも、冷媒流通部25の開口部と水素流通部26の開口部が備えられ(以下、第3ケース部材20zに備えられる冷媒流通部25及び水素流通部26を、「冷媒流通部25z」及び「水素流通部26z」という。)、これらの開口部の周囲に設けられた凹部28に、シール部材27が配設されている。一方、図2及び図3に示すように、ケース部材20の側面には、開口部29、29、…が備えられ、燃料電池モジュール30の運転時には、当該開口部29、29、…を介して、ケース部材20に収容されたチューブ型セル7、7、…の外周面へ空気が供給される。   The case member 20 is provided with recesses 23, 23 and 23 (see FIG. 1), and on the back side thereof is provided with protrusions 24, 24 and 24 (see FIGS. 2 and 3), and a plurality of fuel cells. When the modules 30, 30,... Are stacked, the convex portions 24, 24, 24 of one adjacent fuel cell module 30 and the concave portions 23, 23, 23 of the other fuel cell module 30 are fitted together. The laminated body 40 is configured (see FIG. 11). In the fuel cell module 30, the first case member 20x is provided with an opening of the refrigerant circulation part 25 and an opening of the hydrogen circulation part 26 (hereinafter, the refrigerant circulation part 25 and the hydrogen circulation provided in the first case member 20x). The part 26 is referred to as “refrigerant circulation part 25x” and “hydrogen circulation part 26x”), and a seal member 27 is disposed in a recess 28 provided around these openings. Similarly, the third case member 20z is also provided with an opening of the refrigerant circulation part 25 and an opening of the hydrogen circulation part 26 (hereinafter, the refrigerant circulation part 25 and the hydrogen circulation part 26 included in the third case member 20z are connected to each other). , “Refrigerant circulation part 25z” and “hydrogen circulation part 26z”), and a recess 28 provided around these openings, a seal member 27 is disposed. 2 and 3, the side surface of the case member 20 is provided with openings 29, 29,..., And the fuel cell module 30 is operated through the openings 29, 29,. The air is supplied to the outer peripheral surfaces of the tube-type cells 7, 7,.

図4及び図5に示すように、本発明の燃料電池モジュール30に備えられる集合体10は、7個のチューブ型セル7、7、…と、当該7個のチューブ型セル7、7、…によって囲まれた空間に配置された1本の導電体8と、を備える。そして、7個のチューブ型セル7、7、…の周囲に配置された拘束部材9によって、7個のチューブ型セル7、7、…と1本の導電体8とが接触する形態で拘束され、拘束部材9の両端が端部止め9a、9aによって固定されることにより、一の集合体10が構成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the assembly 10 provided in the fuel cell module 30 of the present invention includes seven tube-type cells 7, 7,... And the seven tube-type cells 7, 7,. And a single conductor 8 arranged in a space surrounded by. .. Are restrained in such a manner that the seven tube-type cells 7, 7... And one conductor 8 are in contact with each other by the restraining members 9 arranged around the seven tube-type cells 7, 7. The both ends of the restraining member 9 are fixed by the end stoppers 9a and 9a, whereby one aggregate 10 is configured.

図6に示すように、本発明の燃料電池モジュール30に備えられるチューブ型セル7は、外周面に溝1x、1x、…を備える内部集電体1と、当該内部集電体1の外周面に形成された中空形状のMEA5と、当該MEA5の外周面に巻回された外部集電体6と、を備える。中空形状のMEA5は、内部集電体1の外周面に形成された中空形状の第1触媒層2と、当該第1触媒層2の外周面に形成された中空形状の電解質膜3と、当該電解質膜3の外周面に形成された中空形状の第2触媒層4と、を備える。燃料電池モジュール30の運転時には、例えば、水素流通部26zへと供給された水素が、当該水素流通部26zに長手方向の一端面が配置された内部集電体1の溝1x、1x、…へと分岐することにより、溝1x、1x、…へ水素が流入し、当該溝1x、1x、…を介して、第1触媒層2、2、…へ水素が供給される。このようにして第1触媒層2、2、…へ水素が供給されると、当該第1触媒層2、2、…に含有される触媒(例えば、Pt等。以下同じ。)の作用下で生じる電気化学反応により、水素がプロトンと電子に分離する。第1触媒層2、2、…で生じたプロトンは、中空形状のMEA5、5、…に含有されるプロトン伝導性ポリマー(例えば、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するフッ素系のポリマー等。以下同じ。)を伝って電解質膜3、3、…を透過し、第2触媒層4、4、…へと達する。これに対し、第1触媒層2、2、…で生じた電子は、電解質膜3、3、…を透過することができないため、外部回路を経由して、第2触媒層4、4、…へと達する。なお、溝1x、1x、…を介して供給された水素のうち、第1触媒層2、2、…で使用されずに残った水素は、内部集電体1、1、…の長手方向他端側から、水素流通部26xへと流出し、当該水素流通部26xの開口部から燃料電池モジュール30の外へ排出されて回収される。   As shown in FIG. 6, the tube-type cell 7 provided in the fuel cell module 30 of the present invention includes an internal current collector 1 having grooves 1x, 1x,... On the outer peripheral surface, and an outer peripheral surface of the internal current collector 1. And a hollow MEA 5 formed on the outer periphery of the MEA 5 and an external current collector 6 wound around the outer peripheral surface of the MEA 5. The hollow MEA 5 includes a hollow first catalyst layer 2 formed on the outer peripheral surface of the internal current collector 1, a hollow electrolyte membrane 3 formed on the outer peripheral surface of the first catalyst layer 2, and the A hollow second catalyst layer 4 formed on the outer peripheral surface of the electrolyte membrane 3. When the fuel cell module 30 is in operation, for example, hydrogen supplied to the hydrogen circulation part 26z is transferred to the grooves 1x, 1x,... , Hydrogen flows into the grooves 1x, 1x,..., And hydrogen is supplied to the first catalyst layers 2, 2,. When hydrogen is supplied to the first catalyst layers 2, 2,... In this way, under the action of a catalyst (for example, Pt or the like; the same applies hereinafter) contained in the first catalyst layers 2, 2,. The resulting electrochemical reaction separates hydrogen into protons and electrons. The protons generated in the first catalyst layers 2, 2,... Are proton conductive polymers contained in the hollow MEAs 5, 5,... (For example, at least a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, And a fluorine-based polymer having one of phosphoric acid groups, the same applies hereinafter) and permeate the electrolyte membranes 3, 3, ... to reach the second catalyst layers 4, 4, .... On the other hand, since electrons generated in the first catalyst layers 2, 2,... Cannot pass through the electrolyte membranes 3, 3,..., The second catalyst layers 4, 4,. To reach. Of the hydrogen supplied through the grooves 1x, 1x,..., The hydrogen remaining unused in the first catalyst layers 2, 2,... Is the longitudinal direction of the internal current collectors 1, 1,. From the end side, it flows out to the hydrogen circulation part 26x, and is discharged out of the fuel cell module 30 and collected from the opening of the hydrogen circulation part 26x.

一方、燃料電池モジュール30の運転時には、ケース部材20の側面に備えられる開口部29、29、…を介して空気が流入し、複数のチューブ型セル7、7、…の外周面へ空気が供給され、当該空気が第2触媒層4、4、…へと達する。第2触媒層4、4、…へと達した空気に含有される酸素は、その後、第2触媒層4、4、…に含有される触媒の作用下で、上記工程を経て第2触媒層4、4、…へと達したプロトン及び電子と電気化学反応し、水が生成される。このように、燃料電池モジュール30へ水素及び空気を供給して電気化学反応を生じさせると、電子を移動させることができる。燃料電池モジュール30の運転時において、第1触媒層2、2、…側の集電は、内部集電体1、1、…と、当該内部集電体1、1、…と接触する第1内部集電板1a、1aと、当該第1内部集電板1a、1aと接触する第2内部集電板1b、1b(図1及び図7乃至図9参照。以下、これらをまとめて「内部集電部材」ということがある。)と、を介して行われる。これに対し、第2触媒層4、4、…側の集電は、外部集電体6、6、…と、当該外部集電体6、6、…と接触する導電体8、8、…と、当該導電体8、8、…と電気的に接続された外部集電板6a、6a(図8及び図9参照。)と、を介して行われる。したがって、燃料電池モジュール30によれば、第2内部集電板1b、1b及び外部集電板6a、6aを介して、電気エネルギーを取り出すことができる。   On the other hand, during operation of the fuel cell module 30, air flows in through the openings 29, 29,... Provided on the side surface of the case member 20, and the air is supplied to the outer peripheral surfaces of the plurality of tube-type cells 7, 7,. The air reaches the second catalyst layers 4, 4,. The oxygen contained in the air reaching the second catalyst layers 4, 4,... Then passes through the above steps under the action of the catalyst contained in the second catalyst layers 4, 4,. Electrons react with protons and electrons that reach 4, 4,... To produce water. Thus, when hydrogen and air are supplied to the fuel cell module 30 to cause an electrochemical reaction, electrons can be moved. When the fuel cell module 30 is in operation, the current collection on the first catalyst layer 2, 2,... Side is in contact with the internal current collector 1, 1,. The internal current collector plates 1a and 1a and the second internal current collector plates 1b and 1b in contact with the first internal current collector plates 1a and 1a (refer to FIG. 1 and FIGS. 7 to 9). Current collecting member ”). On the other hand, the current collection on the second catalyst layers 4, 4,... Is performed on the external current collectors 6, 6,. And external current collector plates 6a, 6a (see FIGS. 8 and 9) electrically connected to the conductors 8, 8,. Therefore, according to the fuel cell module 30, electric energy can be taken out via the second internal current collector plates 1b and 1b and the external current collector plates 6a and 6a.

上述のように、燃料電池モジュール30の運転時には、電子及びプロトンが伝導される。それゆえ、燃料電池モジュール30の運転時には、電気抵抗やプロトン伝導抵抗等に起因する熱が発生する。ここで、中空形状のMEA5、5、…に含有されるプロトン伝導性ポリマーは、80℃程度等の温度環境において含水状態に保たれることにより、プロトン伝導性能を発現する。それゆえ、燃料電池モジュール30の運転時には、チューブ型セル7、7、…の過度の温度上昇を防止すべく、チューブ型セル7、7、…の外部集電体6、6、…と接触する導電体8、8、…へ、冷媒(例えば、LLC等。「LLC」は株式会社デンソーの登録商標。以下同じ。)が供給される。この冷媒は、例えば、冷媒流通部25xへと供給され、次いで、当該冷媒流通部25xに長手方向の一端面が配置された導電体8、8、…へと分岐することにより、導電体8、8、…の内部へと流入する。このようにして導電体8、8、…の内部へと流入した冷媒は、導電体8、8、…の長手方向他端側へと移動する間に、チューブ型セル7、7、…と熱交換を行うことにより、チューブ型セル7、7、…の過度の温度上昇を防止する。そして、チューブ型セル7、7、…と熱交換を行うことにより温められた冷媒は、導電体8、8、…の長手方向他端側から冷媒流通部25zへと流出し、当該冷媒流通部25zの開口部から燃料電池モジュール30の外へ排出されて回収される。   As described above, when the fuel cell module 30 is operated, electrons and protons are conducted. Therefore, when the fuel cell module 30 is operated, heat is generated due to electric resistance, proton conduction resistance, and the like. Here, the proton-conducting polymer contained in the hollow MEAs 5, 5,... Exhibits a proton-conducting performance by being kept in a water-containing state in a temperature environment such as about 80.degree. Therefore, when the fuel cell module 30 is operated, it contacts with the external current collectors 6, 6,... Of the tube cells 7, 7,. A refrigerant (for example, LLC or the like, “LLC” is a registered trademark of Denso Corporation. The same shall apply hereinafter) is supplied to the conductors 8, 8. The refrigerant is supplied to, for example, the refrigerant circulation part 25x, and then branches to the conductors 8, 8,. 8, flows into the interior. The refrigerant flowing into the conductors 8, 8,... In this way moves to the other ends in the longitudinal direction of the conductors 8, 8,. By exchanging, excessive temperature rise of tube type cell 7,7, ... is prevented. Then, the refrigerant warmed by exchanging heat with the tube-type cells 7, 7,... Flows out from the other end side in the longitudinal direction of the conductors 8, 8,. The fuel cell module 30 is discharged from the opening at 25z and collected.

図1及び図7に示すように、燃料電池モジュール30には、複数の集合体10、10、…をそれぞれ挿入可能な複数の孔を有する第1内部集電板1a、1aと、締結部材12、12、…(例えば、低頭ボルト等。以下同じ。)によって第1内部集電板1a、1aと締結固定された第2内部集電板1b、1bと、が備えられる。そして、導電体8、8、…と複数の内部集電体1、1、…との間に配設された絶縁部材11、11、…を介して、燃料電池モジュール30の製造時のみならず長期間に亘る運転時において、複数の内部集電体1、1、…へ、導電体8、8、…から遠ざかる向きの力が継続的に付与される。かかる構成とすることにより、燃料電池モジュール30では、複数の内部集電体1、1、…と第1内部集電板1a、1aとが密着した状態で維持され、これらの界面における接触抵抗が低減される。   As shown in FIGS. 1 and 7, the fuel cell module 30 includes first internal current collecting plates 1 a and 1 a having a plurality of holes into which the plurality of assemblies 10, 10,. , 12,... (For example, low head bolts, etc., the same applies hereinafter) and second internal current collector plates 1b and 1b fastened and fixed to the first internal current collector plates 1a and 1a. And not only at the time of manufacture of the fuel cell module 30 via the insulating members 11, 11, ... disposed between the conductors 8, 8, ... and the plurality of internal current collectors 1, 1, .... During operation for a long period of time, a force in a direction away from the conductors 8, 8,... Is continuously applied to the plurality of internal current collectors 1, 1,. By adopting such a configuration, in the fuel cell module 30, the plurality of internal current collectors 1, 1,... And the first internal current collector plates 1a, 1a are maintained in close contact with each other, and the contact resistance at these interfaces is reduced. Reduced.

図8及び図9に示すように、集合体10、10、…の長手方向中央部は、第2ケース部材20yに収容され、当該集合体10、10、…の長手方向端部には、部材16、16、…及び部材17、17、…が配設される。そして、部材16、16、…とチューブ型セル7、7、…及び導電体8、8、…との間、並びに、部材16、16、…と部材17、17、…との間に、接着剤18、18、…が配設され、当該接着剤18、18、…によって、チューブ型セル7、7、…の外周面へと供給される空気と、チューブ型セル7、7、…の長手方向端部を介して供給される水素とが隔離される。   As shown in FIGS. 8 and 9, the longitudinal center of the aggregates 10, 10,... Is accommodated in the second case member 20 y, and the longitudinal ends of the aggregates 10, 10,. 16, 16, ... and members 17, 17, ... are arranged. And between the members 16, 16, ... and the tube-type cells 7, 7, ... and the conductors 8, 8, ..., and between the members 16, 16, ... and the members 17, 17, ... .. Are provided, air supplied to the outer peripheral surface of the tube-type cells 7, 7,... By the adhesives 18, 18,. Hydrogen supplied via the directional end is isolated.

燃料電池モジュール30において、集合体10、10、…の長手方向両端側にそれぞれ配設される第1内部集電板1a、1aは、部材16、16、…、部材17、17、…、及び、接着剤18、18の少なくとも一以上と接触するように配置される。集合体10、10、…の長手方向両端側にそれぞれ配設される絶縁部材11、11、…は、導電体8、8、…の長手方向両端側から挿入され、導電体8、8、…と複数の内部集電体1、1、…との間へと配設される。一方、外部集電板6a、6aは、導電体8、8、…の長手方向両端から、導電体8、8、…の長手方向一端側及び他端側にそれぞれ一つずつ挿入され、導電体8、8、…と接触する形態で配置される。そして、外部集電板6a、6aと導電体8、8、…とを密着させるべく、導電体8、8、…等を挿入可能な複数の孔を備える連結ワッシャー13、13によって、外部集電板6a、6aの位置が固定される。集合体10、10、…の長手方向両端側にそれぞれ配設されるスプリングワッシャー14、14、…は、導電体8、8、…の長手方向両端から挿入され、連結ワッシャー13、13と接触する形態で配置される。そして、スプリングワッシャー14、14、…よりも導電体8、8、…の長手方向端部側に、圧力付与部材としてのナット15、15、…が配置される。燃料電池モジュール30では、圧力付与部材としてのナット15、15、…を導電体8、8、…の長手方向中央側へと押し付ける形態で固定することにより、スプリングワッシャー14、14、…、連結ワッシャー13、13、…、及び、外部集電板6a、6aを介して、絶縁部材11、11、…に、導電体8、8、…の長手方向中央側へと向かう力が付与される。   In the fuel cell module 30, the first internal current collector plates 1a, 1a respectively disposed on both ends in the longitudinal direction of the assemblies 10, 10, ... are members 16, 16, ..., members 17, 17, ..., and , Disposed so as to be in contact with at least one of the adhesives 18 and 18. The insulating members 11, 11,..., Respectively disposed on the both ends in the longitudinal direction of the aggregates 10, 10,... Are inserted from both ends in the longitudinal direction of the conductors 8, 8,. And a plurality of internal current collectors 1, 1,. On the other hand, the external current collector plates 6a, 6a are respectively inserted from the longitudinal ends of the conductors 8, 8,... Into the longitudinal ends of the conductors 8, 8,. It arrange | positions in the form which contacts 8, 8, .... The external current collector plates 6a, 6a and the conductors 8, 8,... Are brought into close contact with the external current collectors by the connecting washers 13, 13 having a plurality of holes into which the conductors 8, 8,. The positions of the plates 6a and 6a are fixed. The spring washers 14, 14,... Respectively disposed on the longitudinal ends of the aggregates 10, 10,... Are inserted from the longitudinal ends of the conductors 8, 8,. Arranged in form. Further, nuts 15, 15,... As pressure applying members are arranged closer to the longitudinal ends of the conductors 8, 8,. In the fuel cell module 30, the nuts 15, 15,... As pressure applying members are fixed in such a manner that the nuts 15, 15,. The force toward the longitudinal direction center side of the conductors 8, 8, ... is applied to the insulating members 11, 11, ... through the external current collector plates 6a, 6a.

図8及び図9に示すように、燃料電池モジュール30に備えられる絶縁部材11、11、…は、複数の内部集電体1、1、…と接触する接触面が、導電体8、8、…の長手方向に対して傾斜した傾斜面とされている。それゆえ、導電体8、8、…の長手方向中央側へと向かう上記力が絶縁部材11、11、…に付与されると、絶縁部材11、11、…の傾斜面によって、内部集電体1、1、…の端部が押しつぶされると共に、当該内部集電体1、1、…へ、導電体8、8、…から遠ざかる方向の力(第1内部集電板1a、1aへと向かう力)が付与される。したがって、燃料電池モジュール30によれば、絶縁部材11、11、…を介して力を付与された内部集電体1、1、…と、第1内部集電板1a、1aとの密着性を向上させることができるので、内部集電体1、1、…、第1内部集電板1a、1a、及び、第2内部集電板1b、1bを介した集電効率を向上させることができる。燃料電池モジュール30の製造時には、上記過程を経てナット15、15、…を配置した後、当該ナット15、15、…の外側(導電体8、8、…の長手方向端部側。)にバックアップリング31、31、…及びシール部材19、19、…が配置される。その後、集合体10、10、…の長手方向一端側等が第1ケース部材20xに収容され、次いで、集合体10、10、…の長手方向中央部が第2ケース部材20yに収容され、さらに、集合体10、10、…の長手方向他端側等が第3ケース部材20zに収容される。そして、複数の集合体10、10、…等の端部を第1ケース部材20x及び第3ケース部材20zへ収容した後に、第1内部集電板1a、1aと第2内部集電板1b、1bとが締結部材12、12、…によって締結固定される。   As shown in FIGS. 8 and 9, the insulating members 11, 11,... Provided in the fuel cell module 30 have contact surfaces that contact the plurality of internal current collectors 1, 1,. The inclined surface is inclined with respect to the longitudinal direction. Therefore, when the above-mentioned force toward the longitudinal center of the conductors 8, 8,... Is applied to the insulating members 11, 11,. The end portions of 1, 1,... Are crushed and force toward the internal current collectors 1, 1,... Away from the conductors 8, 8,. Power). Therefore, according to the fuel cell module 30, the adhesion between the internal current collectors 1, 1,... To which the force is applied via the insulating members 11, 11,. Since it can be improved, the current collection efficiency through the internal current collectors 1, 1,..., The first internal current collector plates 1a and 1a, and the second internal current collector plates 1b and 1b can be improved. . When the fuel cell module 30 is manufactured, the nuts 15, 15,... Are arranged through the above process, and then backed up outside the nuts 15, 15, ... (longitudinal ends of the conductors 8, 8,...). Rings 31, 31,... And seal members 19, 19,. Then, the longitudinal direction one end side etc. of the aggregate | assembly 10,10, ... are accommodated in the 1st case member 20x, and then the longitudinal direction center part of the aggregate | assembly 10,10, ... is accommodated in the 2nd case member 20y, The other ends in the longitudinal direction of the aggregates 10, 10,... Are accommodated in the third case member 20z. And after accommodating edge parts of a plurality of aggregates 10, 10, etc. in the 1st case member 20x and the 3rd case member 20z, the 1st internal current collection board 1a and 1a and the 2nd internal current collection board 1b, 1b is fastened and fixed by fastening members 12, 12,.

燃料電池モジュール30において、絶縁部材11、11、…によって端部を押し潰された内部集電体1、1、…の外周面には溝1x、1x、…が備えられ、絶縁部材11、11、…との接触面に備えられる溝1x、1x、…は、絶縁部材11、11、…によって塞がれると考えられる。しかし、絶縁部材11、11、…と接触していない側の内部集電体1、1、…の外周面に備えられる溝1x、1x、…は、絶縁部材11、11、…によって塞がれないので、燃料電池モジュール30の運転時には、水素流通部26z、及び、塞がれていない溝1x、1x、…を介して、第1触媒層2、2、…へ水素を供給することができる。   In the fuel cell module 30, grooves 1x, 1x,... Are provided on the outer peripheral surfaces of the internal current collectors 1, 1,. It is considered that the grooves 1x, 1x,... Provided on the contact surface with the insulating members 11, 11,. However, the grooves 1x, 1x,... Provided on the outer peripheral surface of the internal current collectors 1, 1,... On the side not in contact with the insulating members 11, 11,. Therefore, during operation of the fuel cell module 30, hydrogen can be supplied to the first catalyst layers 2, 2,... Via the hydrogen circulation part 26z and the unsealed grooves 1x, 1x,. .

ここで、燃料電池モジュール30のケース部材20(特に、第1ケース部材20x及び第3ケース部材20z)は、弾性を有する樹脂等により構成されている。燃料電池モジュール30の製造時には、第2ケース部材20y側へと開口した開口部を押し広げて弾性変形させた第1ケース部材20xに、集合体10、10、…の長手方向一端側、第1内部集電板1a、第2内部集電板1b、及び、外部集電板等が収容される。そして、弾性変形した上記開口部が元の形状へと回復することにより、第1ケース部材20xに収容された各構成部材の位置が、第1ケース部材20xから弾性力が付与される状況下で固定される。このようにして、集合体10、10、…の長手方向一端側等を第1ケース部材20xに収容したら、次いで、集合体10、10、…の長手方向中央部が第2ケース部材20yに収容される。その後、集合体10、10、…の長手方向他端側、第1内部集電板1a、第2内部集電板1b、及び、外部集電板等が、第2ケース部材20y側へと開口した開口部を押し広げて弾性変形させた第3ケース部材20zへと収容される。すなわち、燃料電池モジュール30では、第1ケース部材20x及び第3ケース部材20zから、ケース部材20の内側に形成される空間の中央へ向けて弾性力が付与される。かかる弾性力によって、(1)集合体10、10、…を構成するチューブ型セル7、7、…と導電体8、8、…との接触、(2)チューブ型セル7、7、…と第1内部集電板1a、1aとの接触、(3)第1内部集電板1a、1aと第2内部集電板1b、1bとの接触、及び、(4)外部集電体6、6、…と外部集電板との接触等が維持され、これら異種部材間の接触抵抗が低減されている。このように、燃料電池モジュール30によれば、第1ケース部材20x及び第3ケース部材20zから付与される弾性力によって、ケース部材20に収容される集合体10、10、…や集電部材(第1内部集電板1a、第2内部集電板1b、及び、外部集電板等)の位置決めをすることができるので、従来の技術において必要とされた、ケース部材に収容される各部材を固定するための部品を削減することができる。したがって、燃料電池モジュール30によれば、部品点数を削減することができる。さらに、燃料電池モジュール30によれば、異種部材間の接触抵抗を低減することができるので、集電効率を向上させることができる。すなわち、燃料電池モジュール30によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能になる。   Here, the case member 20 (particularly, the first case member 20x and the third case member 20z) of the fuel cell module 30 is made of an elastic resin or the like. When the fuel cell module 30 is manufactured, the first case member 20x that is elastically deformed by expanding the opening that opens to the second case member 20y side is connected to one end in the longitudinal direction of the assembly 10, 10,. The internal current collecting plate 1a, the second internal current collecting plate 1b, the external current collecting plate and the like are accommodated. And the position of each structural member accommodated in the 1st case member 20x under the situation where elastic force is given from the 1st case member 20x because the opening part which elastically deformed restored to the original shape. Fixed. In this way, when one end side in the longitudinal direction of the aggregates 10, 10,... Is accommodated in the first case member 20x, the central portion in the longitudinal direction of the aggregates 10, 10,. Is done. Thereafter, the other end in the longitudinal direction of the aggregates 10, 10,..., The first internal current collector plate 1a, the second internal current collector plate 1b, the external current collector plate, and the like are opened to the second case member 20y side. The opened opening portion is expanded and elastically deformed to be accommodated in the third case member 20z. That is, in the fuel cell module 30, an elastic force is applied from the first case member 20x and the third case member 20z toward the center of the space formed inside the case member 20. By the elastic force, (1) contact between the tube-type cells 7, 7,... Constituting the aggregates 10, 10,... And the conductors 8, 8,. Contact with first internal current collector plates 1a, 1a, (3) contact between first internal current collector plates 1a, 1a and second internal current collector plates 1b, 1b, and (4) external current collector 6, 6, ... and the external current collector plate are kept in contact with each other, and the contact resistance between these different members is reduced. As described above, according to the fuel cell module 30, the aggregates 10, 10,... And current collecting members (which are accommodated in the case member 20 by the elastic force applied from the first case member 20x and the third case member 20z) ( The first internal current collector plate 1a, the second internal current collector plate 1b, the external current collector plate, etc.) can be positioned, so that each member accommodated in the case member required in the prior art It is possible to reduce the number of parts for fixing the. Therefore, according to the fuel cell module 30, the number of parts can be reduced. Furthermore, according to the fuel cell module 30, the contact resistance between different types of members can be reduced, so that the current collection efficiency can be improved. That is, according to the fuel cell module 30, it is possible to improve the current collection efficiency while reducing the number of parts.

加えて、燃料電池モジュール30によれば、絶縁部材11、11、…を介して継続的に力を付与することにより、内部集電体1、1、…と第1内部集電板1a、1aとの密着性が向上される。それゆえ、内部集電体1、1、…、第1内部集電板1a、1a、及び、第2内部集電板1b、1bを介した集電効率を継続的に向上させることができるので、性能を向上させることが可能な、燃料電池モジュール30を提供することができる。   In addition, according to the fuel cell module 30, the internal current collectors 1, 1,... And the first internal current collector plates 1a, 1a are applied by continuously applying force through the insulating members 11, 11,. Adhesion with is improved. Therefore, the current collection efficiency through the internal current collectors 1, 1,..., The first internal current collector plates 1a, 1a, and the second internal current collector plates 1b, 1b can be continuously improved. The fuel cell module 30 capable of improving the performance can be provided.

2.燃料電池モジュールの製造方法
図10は、本発明の燃料電池モジュールの製造方法に含まれる工程例を示すフローチャートである。以下、図1乃至図10を参照しつつ、本発明の燃料電池モジュールの製造方法について具体的に説明する。
2. Manufacturing Method of Fuel Cell Module FIG. 10 is a flowchart showing an example of steps included in the manufacturing method of the fuel cell module of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the fuel cell module of the present invention will be specifically described with reference to FIGS.

図10に示すように、本発明の燃料電池モジュールの製造方法(以下、「本発明の製造方法」という。)は、第1工程(工程S11)と、第2工程(工程S12)と、第3工程(工程S13)と、第4工程(工程S14)と、を備える。   As shown in FIG. 10, the fuel cell module manufacturing method of the present invention (hereinafter referred to as “the manufacturing method of the present invention”) includes a first step (step S11), a second step (step S12), 3 steps (step S13) and a fourth step (step S14) are provided.

<工程S11>
工程S11は、ケース部材20に収容される複数の集合体10、10、…を作製する工程である。工程S11は、チューブ型セル7、7、…を作製する工程と、複数のチューブ型セル7、7、…によって囲まれる空間へ導電体8を配置する工程と、に大別することができる。
チューブ型セル7、7、…を作製するには、まず、溶剤にプロトン伝導性ポリマーと触媒(例えば、Pt等)とを分散して調整した流動状態の組成物(以下「触媒インク」という。)等を、溝1x、1x、…を有する内部集電体1、1、…の外周面へそれぞれ塗布し乾燥することにより、内部集電体1、1、…の各外周面に中空形状の第1触媒層2、2、…を形成する。次いで、形成された第1触媒層2、2、…の外周面へ、例えば、溶剤にプロトン伝導性ポリマーを分散して調整した流動状態の組成物をそれぞれ塗布し乾燥することにより、第1触媒層2、2、…の各外周面に中空形状の電解質膜3、3、…を形成する。次いで、形成された電解質膜3、3、…の外周面へ触媒インクをそれぞれ塗布し乾燥することにより、電解質膜3、3、…の各外周面に中空形状の第2触媒層4、4、…を形成し、内部集電体1、1、…の外周面へ中空形状のMEA5、5、…を形成する。その後、当該MEA5、5、…の各外周面へ、外部集電体6、6、…をそれぞれ巻回し、外部集電体6、6、…の両端を固定することにより、MEA5、5、…の外周面に外部集電体6、6、…を固定する。かかる過程等を経ることにより、チューブ型セル7、7、…を作製することができる。
このようにして複数のチューブ型セル7、7、…を作製したら、これらのチューブ型セル7、7、…を、例えば、正七角形の頂点位置へとそれぞれ配置し、7個のチューブ型セル7、7、…によって囲まれる空間へ導電体8を配置する。そして、各チューブ型セル7、7、…の外側へ拘束部材9を配置し、当該拘束部材9によって、各チューブ型セル7、7、…に備えられる外部集電体6、6、…と導電体8とを接触させ、拘束部材9の両端を端部止め9a、9aによって固定することにより、一の集合体10を作製することができる。複数の集合体10、10、…を作製するには、同様の工程を繰り返せばよい。
<Step S11>
Step S11 is a step of producing a plurality of aggregates 10, 10, ... accommodated in the case member 20. Step S11 can be broadly divided into a step of producing tube-type cells 7, 7,... And a step of disposing conductor 8 in a space surrounded by a plurality of tube-type cells 7, 7,.
In order to produce the tube-type cells 7, 7,..., First, a fluid composition prepared by dispersing a proton conductive polymer and a catalyst (for example, Pt) in a solvent (hereinafter referred to as “catalyst ink”). Are applied to the outer peripheral surfaces of the internal current collectors 1, 1,... Having the grooves 1x, 1x,. First catalyst layers 2, 2, ... are formed. Then, the first catalyst layers 2, 2,... Are each coated with a composition in a fluid state prepared by dispersing a proton conductive polymer in a solvent and dried, for example. The hollow electrolyte membranes 3, 3,... Are formed on the outer peripheral surfaces of the layers 2, 2,. Next, by applying catalyst ink to the outer peripheral surfaces of the formed electrolyte membranes 3, 3,... And drying, respectively, the hollow second catalyst layers 4, 4,. Are formed, and hollow MEAs 5, 5,... Are formed on the outer peripheral surfaces of the internal current collectors 1, 1,. Then, the external current collectors 6, 6,... Are wound around the outer peripheral surfaces of the MEAs 5, 5,..., Respectively, and both ends of the external current collectors 6, 6,. The external current collectors 6, 6,... The tube-type cells 7, 7,... Can be manufactured through such a process.
When a plurality of tube-type cells 7, 7,... Are produced in this way, these tube-type cells 7, 7,... Are arranged, for example, at the apex positions of regular heptagons, respectively. , 7,... Are disposed in a space surrounded by. And the restraint member 9 is arrange | positioned on the outer side of each tube type cell 7,7, ..., The external collector 6 with which each tube type cell 7,7, ... is equipped with the said restraint member 9, is electrically conductive. By bringing the body 8 into contact with each other and fixing both ends of the restraining member 9 with the end stoppers 9a and 9a, one aggregate 10 can be manufactured. In order to produce a plurality of aggregates 10, 10,..., The same process may be repeated.

<工程S12>
工程S12は、上記工程S11で作製された集合体10、10、…と集電部材(第1内部集電板1a、1a及び外部集電板6a、6a。以下同じ。)とを接触させて固定する工程である。具体的には、複数の集合体10、10、…の長手方向一端側及び他端側(導電体8、8、…の長手方向両端)から、複数の孔を有する第1内部集電板1a、1aと、絶縁部材11、11、…と、をそれぞれ挿入する。その後、導電体8、8、…の長手方向一端側及び他端側から外部集電板6a、6aをそれぞれ挿入し、次いで、導電体8、8、…の長手方向一端側及び他端側から、連結ワッシャー13、13、スプリングワッシャー14、14、…、及び、ナット15、15、…をそれぞれ挿入して、導電体8、8、…の長手方向両端側から同長手方向中央へ向けて圧力を付与する。かかる過程を経ることにより、絶縁部材11、11、…の傾斜面に押し潰された内部集電体1、1、…と第1内部集電板1a、1aとを密着させることができ、さらに、外部集電板6a、6aと導電体8、8、…とを密着させることができる。
<Step S12>
In step S12, the aggregates 10, 10,... Produced in step S11 are brought into contact with current collectors (first internal current collector plates 1a, 1a and external current collector plates 6a, 6a; the same applies hereinafter). It is the process of fixing. Specifically, the first internal current collector plate 1a having a plurality of holes from one end side and the other end side (the both ends in the longitudinal direction of the conductors 8, 8,...) Of the plurality of aggregates 10, 10,. 1a and insulating members 11, 11,... Are inserted. Thereafter, external current collector plates 6a and 6a are inserted from one end side and the other end side of the conductors 8, 8,..., Respectively, and then from one end side and the other end side of the conductors 8, 8,. , And connecting washers 13 and 13, spring washers 14, 14,..., And nuts 15, 15,... Are inserted, and pressure is applied from both longitudinal ends of the conductors 8, 8,. Is granted. Through this process, the internal current collectors 1, 1,... Crushed by the inclined surfaces of the insulating members 11, 11,... Can be brought into close contact with the first internal current collector plates 1a, 1a. The external current collector plates 6a, 6a can be brought into close contact with the conductors 8, 8,.

<工程S13>
工程S13は、上記工程S12によって集電部材と密着した形態で固定された複数の集合体10、10、…の長手方向一端側を、第1ケース部材20xに収容する工程である。具体的には、弾性変形させることが可能な第1ケース部材20xに、集合体10、10、…を挿入可能な形態で設けられた開口部を押し広げた状態に維持したまま、上記集合体10、10、…の長手方向一端側、及び、当該集合体10、10、…と密着した集電部材を第1ケース部材20xへと挿入する。挿入が完了したら、押し広げられた上記開口部を元の状態へと戻し、その後、第1内部集電板1aと第2内部集電板1bとを締結部材12、12によって締結固定する工程、とすることができる。かかる形態の工程S13とすることにより、第1ケース部材20xから集合体10、10、…及び集電部材へと弾性力を付与することができるので、(1)集合体10、10、…を構成するチューブ型セル7、7、…と導電体8、8、…との界面の接触抵抗、(2)チューブ型セル7、7、…と第1内部集電板1a、1aとの界面の接触抵抗、(3)第1内部集電板1a、1aと第2内部集電板1b、1bとの界面の接触抵抗、及び、(4)外部集電体6、6、…と外部集電板との界面の接触抵抗を低減することができる。
<Step S13>
Step S13 is a step in which one end side in the longitudinal direction of the plurality of aggregates 10, 10,... Fixed in close contact with the current collecting member in Step S12 is accommodated in the first case member 20x. Specifically, the above-mentioned aggregate is maintained while the opening provided in a form in which the aggregates 10, 10,... Can be inserted into the first case member 20x that can be elastically deformed. .. Are inserted into the first case member 20x in close contact with the one end side in the longitudinal direction of 10, 10,. When the insertion is completed, the expanded opening is returned to its original state, and then the first internal current collector plate 1a and the second internal current collector plate 1b are fastened and fixed by the fastening members 12, 12. It can be. By setting it as process S13 of this form, since elastic force can be provided from the 1st case member 20x to the aggregate | assembly 10,10, ... and a current collection member, (1) Aggregates 10,10, ... Contact resistance of the interface between the tube type cells 7, 7,... And the conductors 8, 8,..., And (2) the interface between the tube type cells 7, 7,. Contact resistance, (3) contact resistance at the interface between the first internal current collector plates 1a, 1a and the second internal current collector plates 1b, 1b, and (4) external current collectors 6, 6,. The contact resistance at the interface with the plate can be reduced.

<工程S14>
工程S14は、上記工程S13の後に、複数の集合体10、10、…の長手方向中央部を第2ケース部材20yに収容する工程である。工程S14は、例えば、上記工程S13で複数の集合体10、10、…の長手方向一端側及び集電部材を第1ケース部材20xへと収容した後に、第1ケース部材20xに備えられる開口部21、21と、第2ケース部材20yに備えられる嵌合爪22、22とを嵌め合わせ、第1ケース部材20xと第2ケース部材20yとを連結することにより、第2ケース部材20yへ複数の集合体10、10、…の長手方向中央部を収容する工程、とすることができる。
<Step S14>
Step S14 is a step of housing the longitudinal center portions of the plurality of aggregates 10, 10,... In the second case member 20y after the step S13. Step S14 includes, for example, the opening provided in the first case member 20x after the longitudinal end of the plurality of aggregates 10, 10,... And the current collecting member are accommodated in the first case member 20x in the step S13. 21, 21 and the fitting claws 22, 22 provided in the second case member 20 y are fitted together, and the first case member 20 x and the second case member 20 y are connected to each other, thereby connecting a plurality of pieces to the second case member 20 y. It can be set as the process of accommodating the longitudinal direction center part of the aggregate | assembly 10, 10, ....

このようにして、第1ケース部材20x及び第2ケース部材20yへ、複数の集合体10、10、…の長手方向一端側及び同長手方向中央部を収容したら、複数の集合体10、10、…の長手方向他端側及び当該他端側に配置された集電部材を第3ケース部材20zへと収容する工程を経て、燃料電池モジュール30を完成させる。複数の集合体10、10、…の長手方向他端側及び当該他端側に配置された集電部材を第3ケース部材20zへと収容する工程は、上記工程S13と同様の形態とすることができる。   In this way, when the first case member 20x and the second case member 20y accommodate the one end side in the longitudinal direction and the center in the longitudinal direction of the plurality of assemblies 10, 10,. The fuel cell module 30 is completed through a step of accommodating the current collecting members arranged on the other end side in the longitudinal direction and the other end side in the third case member 20z. The process of accommodating the current collection member arrange | positioned in the longitudinal direction other end side and the said other end side of the some aggregate | assembly 10, 10, ... shall be the same form as said process S13. Can do.

本発明の製造方法によれば、以上の工程を経て、燃料電池モジュール30を製造することができる。燃料電池モジュール30によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることができるので、本発明によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させ得る燃料電池モジュール30を製造することが可能な、燃料電池モジュールの製造方法を提供することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, the fuel cell module 30 can be manufactured through the above steps. According to the fuel cell module 30, the current collection efficiency can be improved while reducing the number of parts. Therefore, according to the present invention, the fuel cell module 30 that can improve the current collection efficiency while reducing the number of parts is manufactured. It is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell module.

3.燃料電池
図11は、本発明の燃料電池の形態例を示す側面図であり、積層された複数の燃料電池モジュールによって構成される積層体と、冷却用配管及び水素用配管と、エンドプレート等の配置を概略的に示している。図11の紙面上下方向が、本発明の燃料電池に備えられるチューブ型セルの長手方向である。図12は、本発明の燃料電池の形態例を示す平面図であり、図11に示される積層体、冷媒用配管、及び、水素用配管と、外部ケース部材等の配置を概略的に示している。図12の点線矢印は空気の流れ方向を示している。図12の紙面奥/手前方向が、チューブ型セルの長手方向である。図11及び図12において、図1乃至図3と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図1乃至図9、図11、及び、図12を参照しつつ、複数の燃料電池モジュール30、30、…を備える本発明の燃料電池について具体的に説明する。
3. Fuel Cell FIG. 11 is a side view showing an embodiment of the fuel cell according to the present invention, including a laminated body constituted by a plurality of stacked fuel cell modules, a cooling pipe and a hydrogen pipe, an end plate, and the like. The arrangement is schematically shown. The vertical direction in FIG. 11 is the longitudinal direction of the tube-type cell provided in the fuel cell of the present invention. FIG. 12 is a plan view showing an embodiment of the fuel cell of the present invention, schematically showing the arrangement of the laminate, the refrigerant pipe, the hydrogen pipe, the outer case member, and the like shown in FIG. Yes. The dotted line arrows in FIG. 12 indicate the air flow direction. The back / front direction in FIG. 12 is the longitudinal direction of the tube-type cell. 11 and 12, components having the same configurations as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals as those used in these drawings, and description thereof is omitted. Hereinafter, the fuel cell of the present invention including a plurality of fuel cell modules 30, 30,... Will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9, 11, and 12. FIG.

図11及び図12に示すように、本発明の燃料電池100は、電気的に直列に接続される形態で複数の燃料電池モジュール30、30、…を積層することにより構成される積層体40と、マニホールド一体型エンドプレート45(以下、「マニホールド45」ということがある。)及びエンドプレート46と、電極素子47、48と、を備え、マニホールド45には、冷媒用配管41、42、及び、水素用配管43、44が接続されている。そして、複数の燃料電池モジュール30、30、…の積層方向両端側から、圧力付与手段(不図示)によって、燃料電池モジュール30、30、…間の接触抵抗(より具体的には、隣接する一方の燃料電池モジュール30に備えられる第2内部集電板1b、1bと他方の燃料電池モジュール30に備えられる外部集電板6a、6aとの接触抵抗)を低減させ得る圧力が付与されている。それゆえ、燃料電池100の運転時に、高圧の流体が燃料電池モジュール30、30、…の内側を流通させても、燃料電池モジュール30、30、…からケース部材20、20、…が外れることはない。   As shown in FIGS. 11 and 12, the fuel cell 100 of the present invention includes a stacked body 40 configured by stacking a plurality of fuel cell modules 30, 30,... In a form electrically connected in series. , A manifold-integrated end plate 45 (hereinafter also referred to as “manifold 45”), an end plate 46, and electrode elements 47, 48. The manifold 45 includes refrigerant pipes 41, 42, and Hydrogen pipes 43 and 44 are connected. Then, from both ends in the stacking direction of the plurality of fuel cell modules 30, 30,..., Contact resistance between the fuel cell modules 30, 30,. The contact pressure between the second internal current collector plates 1b and 1b provided in the fuel cell module 30 and the external current collector plates 6a and 6a provided in the other fuel cell module 30 is reduced. Therefore, during operation of the fuel cell 100, the case members 20, 20,... Are not detached from the fuel cell modules 30, 30,... Even if a high-pressure fluid flows inside the fuel cell modules 30, 30,. Absent.

燃料電池100の運転時には、例えば、水素用配管43を介して供給された水素が、マニホールド45を介して、燃料電池モジュール30、30、…の水素流通部26z、26z、…へと供給され、当該水素流通部26z、26z、…へと供給された水素は、内部集電体1、1、…に備えられる溝1x、1x、…へと分岐する。燃料電池100において、溝1x、1x、…は水素流路として機能し、溝1x、1x、…へと分岐した水素が、チューブ型セル7、7、…に備えられる中空形状のMEA5、5、…の内周面(第1触媒層2、2、…)へと達する。MEA5、5、…の内周面に備えられる第1触媒層2、2、…へと達した水素は、当該第1触媒層2、2、…に含有される触媒の作用下でプロトンと電子に分離する。このようにして生じたプロトンは、各チューブ型セル7、7、…に含有されるプロトン伝導性ポリマーを介して伝導されることにより、MEA5、5、…の外周面側に備えられる第2触媒層4、4、…へと達する。これに対し、第1触媒層2、2、…で生じた電子は、MEA5、5、…に備えられる中空形状の電解質膜3、3、…を透過することができないため、外部回路を経て上記第2触媒層4、4、…へと達する。一方、図12に示すように、燃料電池100は、外部ケース部材50を備え、当該外部ケース部材50に、図11で示した各部材が収容される。外部ケース部材50には、空気を透過可能な開口部49、49、…が備えられ、燃料電池100の運転時には、当該開口部49、49、…を透過した空気が、燃料電池モジュール30、30、…の側面に備えられる開口部29、29、…を介して、各チューブ型セル7、7、…の外周面へと供給される。そして、このようにしてチューブ型セル7、7、…へと供給された空気が、各チューブ型セル7、7、…に備えられる第2触媒層4、4、…へと達し、当該第2触媒層4、4、…に含有される触媒の作用下で、第2触媒層4、4、…へと到達した電子及びプロトンと、第2触媒層4、4、…へと供給された空気に含有される酸素とが反応することにより、水が生成される。なお、第1触媒層2、2、…における電気化学反応に利用されずに残った水素は、溝1x、1x、…、水素流通部26x、26x、…、マニホールド45、及び、水素用配管44を経て回収される。   During operation of the fuel cell 100, for example, hydrogen supplied via the hydrogen pipe 43 is supplied to the hydrogen circulation portions 26z, 26z,... Of the fuel cell modules 30, 30,. The hydrogen supplied to the hydrogen circulation parts 26z, 26z,... Branches into grooves 1x, 1x,. In the fuel cell 100, the grooves 1x, 1x,... Function as hydrogen flow paths, and the hydrogen branched into the grooves 1x, 1x,. To the inner peripheral surface (first catalyst layer 2, 2,...). The hydrogen that has reached the first catalyst layers 2, 2,... Provided on the inner peripheral surfaces of the MEAs 5, 5,... Is generated under the action of the catalyst contained in the first catalyst layers 2, 2,. To separate. The protons generated in this way are conducted through the proton conductive polymer contained in each tube type cell 7, 7,... To thereby provide the second catalyst provided on the outer peripheral surface side of the MEAs 5, 5,. Reach layers 4, 4,. On the other hand, electrons generated in the first catalyst layers 2, 2,... Cannot pass through the hollow electrolyte membranes 3, 3,. It reaches the second catalyst layers 4, 4,. On the other hand, as shown in FIG. 12, the fuel cell 100 includes an outer case member 50, and each member shown in FIG. 11 is accommodated in the outer case member 50. The outer case member 50 is provided with openings 49, 49,... That allow air to pass therethrough, and when the fuel cell 100 is operated, the air that has passed through the openings 49, 49,. ,... Are supplied to the outer peripheral surfaces of the tube-type cells 7, 7... Through the openings 29, 29,. Then, the air supplied to the tube type cells 7, 7,... Reaches the second catalyst layers 4, 4,. Under the action of the catalyst contained in the catalyst layers 4, 4, ..., electrons and protons that have reached the second catalyst layers 4, 4, ..., and the air supplied to the second catalyst layers 4, 4, ... Water reacts with the oxygen contained in the water to produce water. The hydrogen remaining without being used for the electrochemical reaction in the first catalyst layers 2, 2,..., The grooves 1 x, 1 x,. It is collected via.

他方、上述のように、燃料電池100の運転時には、熱が発生する。それゆえ、燃料電池100の運転時には、チューブ型セル7、7、…の過度の温度上昇を防止すべく、例えば、冷媒用配管41を介して冷媒が供給される(図11及び図12参照)。冷媒用配管41を介して供給された冷媒は、マニホールド45を介して燃料電池モジュール30、30、…の冷媒流通部25x、25x、…へと供給され、当該冷媒流通部25x、25x、…へと供給された冷媒は、導電体8、8、…の端面に備えられる開口部へと分岐する。このようにして導電体8、8、…の内部へと流入した冷媒は、チューブ型セル7、7、…の温度制御に利用され、チューブ型セル7、7、…と熱交換することにより暖められた冷媒は、冷媒流通部25z、25z、…、マニホールド45、及び、冷媒用配管42を介して回収される。また、燃料電池100において、電極素子47は、電気的に直列に接続された燃料電池モジュール30、30、…の最も外側(図11及び図12の紙面左側)の燃料電池モジュール30に備えられる第2内部集電板1b、1bと電気的に接続されている。他方、電極素子48は、電極素子47が接続された上記燃料電池モジュール30と反対側の最も外側(図11及び図12の紙面右側)の燃料電池モジュール30に備えられる、外部集電板6a、6aと電気的に接続されている。したがって、燃料電池100によれば、電極素子47及び電極素子48を介して電気エネルギーを取り出すことができる。   On the other hand, as described above, heat is generated when the fuel cell 100 is operated. Therefore, during the operation of the fuel cell 100, in order to prevent an excessive temperature rise of the tube-type cells 7, 7,..., For example, the refrigerant is supplied via the refrigerant pipe 41 (see FIGS. 11 and 12). . The refrigerant supplied via the refrigerant pipe 41 is supplied to the refrigerant circulation portions 25x, 25x,... Of the fuel cell modules 30, 30,... Via the manifold 45, and to the refrigerant circulation portions 25x, 25x,. And the supplied refrigerant branches off to openings provided on the end faces of the conductors 8, 8,. The refrigerant flowing into the conductors 8, 8,... Is used for temperature control of the tube cells 7, 7,... And is warmed by heat exchange with the tube cells 7, 7,. The refrigerant thus collected is collected through the refrigerant circulation portions 25z, 25z,..., The manifold 45, and the refrigerant pipe 42. Further, in the fuel cell 100, the electrode element 47 is provided in the fuel cell module 30 on the outermost side (the left side in FIG. 11 and FIG. 12) of the fuel cell modules 30, 30,. 2 It is electrically connected to the internal current collector plates 1b and 1b. On the other hand, the electrode element 48 is provided on the outermost fuel cell module 30 on the opposite side to the fuel cell module 30 to which the electrode element 47 is connected (the right side in FIG. 11 and FIG. 12). 6a is electrically connected. Therefore, according to the fuel cell 100, electric energy can be taken out via the electrode element 47 and the electrode element 48.

このように、燃料電池100には、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な燃料電池モジュール30、30、…が備えられるので、本発明によれば、部品点数を削減しつつ集電効率を向上させることが可能な燃料電池100を提供することができる。   As described above, since the fuel cell 100 includes the fuel cell modules 30, 30,... That can improve the current collection efficiency while reducing the number of components, according to the present invention, the number of components can be reduced. Thus, it is possible to provide the fuel cell 100 capable of improving the current collection efficiency.

本発明の燃料電池モジュール及び本発明の燃料電池(以下、これらをまとめて単に「本発明」という。)に備えられるチューブ型セル7は、中空形状の第1触媒層2、PEFCで使用可能なプロトン伝導性ポリマーを含有する中空形状の電解質膜3、及び、中空形状の第2触媒層4、を有する中空形状のMEA5と、当該MEA5の内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される内部集電体1及び外部集電体6と、を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。
電解質膜3に含有されるプロトン伝導性ポリマーの具体例としては、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するフッ素系のポリマーや、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とする炭化水素系のポリマー等を挙げることができる。上記フッ素系のポリマーを含有する電解質膜の具体例としては、Nafion(「Nafion」は米国デュポン社の登録商標。)やフレミオン(「フレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標)等を挙げることができる。一方、上記炭化水素系のポリマーを含有する電解質膜の具体例としては、セレミオン等(「セレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標)を挙げることができる。
The tubular cell 7 provided in the fuel cell module of the present invention and the fuel cell of the present invention (hereinafter collectively referred to simply as “the present invention”) can be used in the hollow first catalyst layer 2 and PEFC. A hollow MEA 5 having a hollow electrolyte membrane 3 containing a proton-conducting polymer and a hollow second catalyst layer 4, and an inner peripheral surface side and an outer peripheral surface side of the MEA 5 are disposed respectively. If it has the internal electrical power collector 1 and the external electrical power collector 6, the form will not be specifically limited.
Specific examples of the proton conductive polymer contained in the electrolyte membrane 3 include fluorine-based polymers having at least one of a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphoric acid group with a fluorine-containing polymer as a skeleton, and polyolefins. Examples thereof include hydrocarbon-based polymers having a hydrocarbon skeleton. Specific examples of the electrolyte membrane containing the fluorine-based polymer include Nafion (“Nafion” is a registered trademark of DuPont, USA) and Flemion (“Flemion” is a registered trademark of Asahi Glass Co., Ltd.). . On the other hand, as a specific example of the electrolyte membrane containing the hydrocarbon-based polymer, there can be mentioned Selemion and the like (“Selemion” is a registered trademark of Asahi Glass Co., Ltd.).

第1触媒層2及び第2触媒層4(以下、これらをまとめて単に「触媒層」ということがある。)は、チューブ型セル7のアノードやカソードで生じる電気化学反応の触媒として機能する物質(触媒)と、当該電気化学反応で生じるプロトンを伝導させ得る物質(プロトン伝導性物質)とを有していれば、その形態は特に限定されるものではない。触媒層に含有される触媒の具体例としては、Ptのほか、Co、Ru、Ir、Au、Ag、Cu、Ni、Fe、Cr、Mn、V、Ti、Mo、Pd、Rh、Wからなる群より選択される1以上の金属とPtとを有するPt合金等を挙げることができる。触媒層に含有されるプロトン伝導性物質の具体例としては、上記電解質膜に含有され得る上記プロトン伝導性ポリマー等を挙げることができる。   The first catalyst layer 2 and the second catalyst layer 4 (hereinafter, these may be simply referred to as “catalyst layer”) are substances that function as a catalyst for the electrochemical reaction occurring at the anode or cathode of the tube-type cell 7. The form is not particularly limited as long as it has (catalyst) and a substance (proton conductive substance) capable of conducting protons generated by the electrochemical reaction. Specific examples of the catalyst contained in the catalyst layer include Pt, Co, Ru, Ir, Au, Ag, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn, V, Ti, Mo, Pd, Rh, and W. Examples thereof include a Pt alloy having one or more metals selected from the group and Pt. Specific examples of the proton conductive material contained in the catalyst layer include the proton conductive polymer that can be contained in the electrolyte membrane.

また、本発明において、内部集電体1及び外部集電体6(以下、これらをまとめて単に「集電体」ということがある。)、並びに、第1内部集電板1a、第2内部集電板1b、外部集電板6a、及び、導電体8は、良好な電子伝導性を有する材料(導電性材料)によって構成されることが好ましい。これらの部材を構成し得る導電性材料の具体例としては、銅、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。集電体の構成材料として銅が用いられる場合には、耐酸性を向上させるため、その表面を銀、金、白金等によって被覆することが好ましい。また、漏電を回避するため、導電体8の内部には、絶縁性の熱媒体(例えば、LLC等。)を流通させることが好ましい。   Further, in the present invention, the internal current collector 1 and the external current collector 6 (hereinafter, these may be collectively referred to simply as “current collector”), the first internal current collector plate 1a, the second internal current collector The current collector plate 1b, the external current collector plate 6a, and the conductor 8 are preferably made of a material (conductive material) having good electron conductivity. Specific examples of the conductive material that can constitute these members include metals such as copper, silver, gold, and platinum. When copper is used as a constituent material of the current collector, the surface is preferably covered with silver, gold, platinum, or the like in order to improve acid resistance. In order to avoid electric leakage, it is preferable to circulate an insulating heat medium (for example, LLC or the like) inside the conductor 8.

また、本発明において、外部集電体6を介した集電効率を向上させる観点から、外部集電体6はMEA5を内部集電体1側へ押圧する形態で備えられることが好ましい。当該形態は、例えば、上記導電性材料の線材等により構成される外部集電体6の長手方向両端を固定部材(例えば、熱収縮チューブ等)によって固定する等により、維持することができる。   In the present invention, from the viewpoint of improving the current collection efficiency via the external current collector 6, the external current collector 6 is preferably provided in a form that presses the MEA 5 toward the internal current collector 1. The said form can be maintained by fixing the longitudinal direction both ends of the external electrical power collector 6 comprised with the wire material etc. of the said conductive material with a fixing member (for example, heat shrinkable tube etc.), for example.

また、本発明において、第1ケース部材20x及び第3ケース部材20zは、燃料電池100の運転時における環境に耐え得る性質(耐熱性、耐水性等。以下同じ。)を有し、かつ、弾性変形させることが可能な材料により構成されていれば、その形態は特に限定されるものではない。ただし、収容されるチューブ型セル7、7、…との通電を防止しつつ容易に製造可能な形態とする等の観点からは、弾性変形可能な各種絶縁性樹脂により構成されることが好ましい。さらに、第2ケース部材20yの構成材料は、燃料電池100の運転時における環境に耐え得る性質を有していれば、特に限定されるものではないが、収容されるチューブ型セル7、7、…との通電を防止しつつ容易に製造可能な形態とする等の観点からは、各種絶縁性樹脂により構成されることが好ましい。ケース部材20の構成材料の具体例としては、繊維強化樹脂(FRP)等を挙げることができる。一方、本発明の燃料電池において、外部ケース部材50は、燃料電池100の運転時における環境に耐え得る性質を有し、かつ、長期間に亘って積層体40等を収容し続けることが可能な強度を有していれば、その構成材料は特に限定されるものではない。   In the present invention, the first case member 20x and the third case member 20z have properties (heat resistance, water resistance, etc., the same applies hereinafter) that can withstand the environment during operation of the fuel cell 100, and are elastic. As long as it is made of a material that can be deformed, its form is not particularly limited. However, from the standpoint of a form that can be easily manufactured while preventing energization with the accommodated tube-type cells 7, 7,... Furthermore, the constituent material of the second case member 20y is not particularly limited as long as it has a property that can withstand the environment during operation of the fuel cell 100. However, the tube-type cells 7, 7, From the standpoint of providing a form that can be easily manufactured while preventing energization with ..., it is preferable to be made of various insulating resins. Specific examples of the constituent material of the case member 20 include fiber reinforced resin (FRP). On the other hand, in the fuel cell of the present invention, the outer case member 50 has a property that can withstand the environment when the fuel cell 100 is in operation, and can continue to accommodate the laminate 40 and the like for a long period of time. If it has intensity | strength, the constituent material will not be specifically limited.

また、本発明において、絶縁部材11は、内部集電体1と導電体8との通電を防止し、かつ、燃料電池100の運転時における環境に耐え得る性質を有する絶縁性材料により構成されていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。かかる材料の具体例としては、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。   Further, in the present invention, the insulating member 11 is made of an insulating material that prevents the internal current collector 1 and the conductor 8 from being energized and can withstand the environment during operation of the fuel cell 100. If it is, the constituent material will not be specifically limited. Specific examples of such materials include a polyimide resin, a phenol resin, and an epoxy resin.

また、本発明において、連結ワッシャー13は、スプリングワッシャー14又はナット15を介して付与される、導電体8の長手方向中央側へと向かう力を、外部集電板6aへと伝え得る形態で配設されていれば、その配設形態は特に限定されるものではない。ただし、外部集電板6aへと効率良く力を伝え得る形状とする等の観点からは、スプリングワッシャー14又はナット15側の連結ワッシャー13の端面が、外部集電板6aの端面よりも突き出した形態で備えられることが好ましい。スプリングワッシャー14又はナット15側へと突き出した形態で連結ワッシャー13が配設される場合、連結ワッシャー13の端面と外部集電板6aの端面との段差の高さは特に限定されるものではないが、小型化を図りつつ、単位体積当たりの発電量を向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する等の観点から、当該高さは例えば20μm程度とすることが好ましい。   In the present invention, the connecting washer 13 is arranged in such a manner that the force applied to the central side in the longitudinal direction of the conductor 8 applied via the spring washer 14 or the nut 15 can be transmitted to the external current collector 6a. If provided, the arrangement form is not particularly limited. However, the end face of the spring washer 14 or the connecting washer 13 on the nut 15 side protrudes from the end face of the external current collector plate 6a from the viewpoint of making the shape capable of efficiently transmitting force to the external current collector plate 6a. It is preferably provided in the form. When the connecting washer 13 is disposed in a form protruding toward the spring washer 14 or the nut 15, the height of the step between the end face of the connecting washer 13 and the end face of the external current collector plate 6a is not particularly limited. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module that can improve the power generation amount per unit volume while reducing the size, the height is preferably about 20 μm, for example.

また、本発明において、部材16、17は、水素と空気とを隔離する接着剤18が配置される空間を特定でき、かつ、燃料電池100の運転時における環境に耐え得る性質を有する材料により構成されていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。かかる材料の具体例としては、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。   Further, in the present invention, the members 16 and 17 are made of a material that can specify a space in which the adhesive 18 that separates hydrogen and air is disposed and that can withstand the environment during operation of the fuel cell 100. If it is, the constituent material is not particularly limited. Specific examples of such materials include a polyimide resin, a phenol resin, and an epoxy resin.

また、本発明に関する上記説明では、第1ケース部材20xと第2ケース部材20yとの間隔、及び、第2ケース部材20yと第3ケース部材20zとの間隔が固定されていない形態の燃料電池モジュール30を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは当該形態に限定されるものではない。ただし、燃料電池モジュールの運転時に熱膨張した際の寸法と、燃料電池モジュールの運転停止時に熱収縮した際の寸法との差を吸収し得る構造とすることにより、ガスシール性及び耐久性に優れた燃料電池モジュールを提供可能とする等の観点からは、上記形態の燃料電池モジュールとすることが好ましい。   Further, in the above description regarding the present invention, the fuel cell module in a form in which the distance between the first case member 20x and the second case member 20y and the distance between the second case member 20y and the third case member 20z are not fixed. Although 30 is illustrated, the fuel cell module of the present invention is not limited to this mode. However, it is excellent in gas sealability and durability by adopting a structure that can absorb the difference between the size when the fuel cell module is thermally expanded during operation and the size when the fuel cell module is thermally contracted when operation is stopped. From the viewpoint of making it possible to provide a fuel cell module, it is preferable to use the fuel cell module of the above embodiment.

また、本発明に関する上記説明では、締結部材12、12によって締結固定された第1内部集電体1aと第2内部集電体1bとが備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、上記説明における第1内部集電体と第2内部集電体とが一体に成形された一の内部集電板が備えられる形態とすることも可能である。   Moreover, in the said description regarding this invention, although the form with which the 1st internal collector 1a fastened and fixed by the fastening members 12 and 12 and the 2nd internal collector 1b was provided was illustrated, this invention is in the said form. However, the present invention is not limited, and it is also possible to adopt a form in which one internal current collector plate in which the first internal current collector and the second internal current collector in the above description are integrally formed is provided.

また、本発明に関する上記説明では、集合体10に7個のチューブ型セル7、7、…が備えられる形態を例示したが、集合体に備えられるチューブ型セルの数はこれに限定されるものではない。ただし、小型化を図りつつ、単位体積当たりの発電量を向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する等の観点からは、1本の導電体と、当該導電体と接触する6〜8個のチューブ型セルとを備える形態の集合体とすることが好ましい。   Further, in the above description regarding the present invention, the aggregate 10 is exemplified by the configuration in which the seven tube-type cells 7, 7,... Are provided, but the number of tube-type cells provided in the aggregate is limited to this. is not. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can improve the amount of power generation per unit volume while achieving downsizing, one conductor and 6 to 8 conductors in contact with the conductor It is preferable to use an aggregate having a tube type cell.

また、本発明に関する上記説明では、MEA5の内周面に内部集電体1が配置されるとともに、同外周面に外部集電体6が配置された形態のチューブ型セル7を例示したが、本発明に備えられるチューブ型セルは、当該形態に限定されるものではない。中空形状のMEA5へ反応ガスを均一に供給可能とする等の観点からは、中空形状のMEA5の内周面側及び/又は外周面側に、中空形状の拡散層が備えられることが好ましい。本発明で使用されるチューブ型セルに中空形状の拡散層が備えられる場合、当該拡散層は、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等によって構成することができる。   Moreover, in the said description regarding this invention, while the internal collector 1 was arrange | positioned at the inner peripheral surface of MEA5 and the external collector 6 was arrange | positioned at the outer peripheral surface, the tube type cell 7 was illustrated, The tube type cell provided in the present invention is not limited to this form. From the viewpoint of making it possible to uniformly supply the reaction gas to the hollow MEA 5, it is preferable that a hollow diffusion layer is provided on the inner peripheral surface side and / or the outer peripheral surface side of the hollow MEA 5. When the tube-type cell used in the present invention is provided with a hollow diffusion layer, the diffusion layer can be constituted by, for example, carbon paper or carbon cloth.

なお、本発明の燃料電池に関する上記説明では、燃料電池モジュール30、30、…が一列に積層される形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、電気的に直列に接続される形態で、2列以上に積層することも可能である。   In the above description regarding the fuel cell of the present invention, the mode in which the fuel cell modules 30, 30,... Are stacked in a row is illustrated, but the fuel cell of the present invention is not limited to this mode and is electrically It is also possible to stack two or more rows in a form connected in series.

また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、マニホールド一体型エンドプレート45が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、マニホールドとエンドプレートとが別体に構成され、冷媒及び水素が互いに流入・流出可能なように連結される形態のマニホールド及びエンドプレートが備えられる形態とすることも可能である。   Further, in the above description regarding the fuel cell of the present invention, the form in which the manifold integrated end plate 45 is provided is illustrated, but the fuel cell of the present invention is not limited to this form, and the manifold and the end plate are separated. It is also possible to adopt a form provided with a manifold and an end plate that are configured in the body and are connected so that refrigerant and hydrogen can flow in and out of each other.

本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す正面図である。It is a front view which shows schematically the example of a form of the fuel cell module of this invention. 本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the example of the form of the fuel cell module of this invention. 本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す右側面図である。It is a right view which shows schematically the example of a form of the fuel cell module of this invention. 集合体の形態例を概略的に示す正面図である。It is a front view which shows the example of a form of an aggregate | assembly schematically. 図4のV−V断面図である。It is VV sectional drawing of FIG. チューブ型セルの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a form of a tube type cell roughly. 燃料電池モジュール30の断面図である。2 is a cross-sectional view of a fuel cell module 30. FIG. 燃料電池モジュール30の断面図である。2 is a cross-sectional view of a fuel cell module 30. FIG. 燃料電池モジュール30の断面図である。2 is a cross-sectional view of a fuel cell module 30. FIG. 本発明の製造方法の形態例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a form of the manufacturing method of this invention. 本発明の燃料電池の形態例を示す側面図である。It is a side view which shows the example of a form of the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池の形態例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of a form of the fuel cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…内部集電体
1a…第1内部集電板(内部集電部材)
1b…第2内部集電板(内部集電部材)
1x…溝
2…第1触媒層
3…電解質膜
4…第2触媒層
5…MEA
6…外部集電体
6a…外部集電板
7…チューブ型セル(チューブ型燃料電池セル)
8…導電体
9…拘束部材
10…集合体
11…絶縁部材
12…締結部材
13…連結ワッシャー
14…スプリングワッシャー(弾性体)
15…ナット(圧力付与部材)
16、17…部材
18…接着剤
19…シール部材
20…ケース部材
20x…第1ケース部材
20y…第2ケース部材
20z…第3ケース部材
21…開口部
22…嵌合爪
23…凹部
24…凸部
25…冷媒流通部
26…水素流通部
27…シール部材
28…凹部
29…開口部
30…燃料電池モジュール
31…バックアップリング
40…積層体
41、42…冷媒用配管
43、44…水素用配管
45…マニホールド
46…エンドプレート
47、48…電極素子
49…開口部
50…外部ケース部材
100…燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal collector 1a ... 1st internal collector plate (internal collector member)
1b ... Second internal current collector (internal current collector)
1x ... groove 2 ... first catalyst layer 3 ... electrolyte membrane 4 ... second catalyst layer 5 ... MEA
6 ... External current collector 6a ... External current collector plate 7 ... Tube type cell (tube type fuel cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Conductor 9 ... Restraining member 10 ... Assembly 11 ... Insulating member 12 ... Fastening member 13 ... Connection washer 14 ... Spring washer (elastic body)
15 ... Nut (pressure applying member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16, 17 ... Member 18 ... Adhesive 19 ... Seal member 20 ... Case member 20x ... 1st case member 20y ... 2nd case member 20z ... 3rd case member 21 ... Opening part 22 ... Fitting claw 23 ... Concave part 24 ... Convex Part 25: Refrigerant circulation part 26 ... Hydrogen circulation part 27 ... Sealing member 28 ... Recess 29 ... Opening part 30 ... Fuel cell module 31 ... Backup ring 40 ... Laminate 41, 42 ... Refrigerant piping 43, 44 ... Hydrogen piping 45 ... Manifold 46 ... End plate 47, 48 ... Electrode element 49 ... Opening 50 ... Outer case member 100 ... Fuel cell

Claims (4)

多角形の頂点位置に配置される複数のチューブ型燃料電池セル、及び、複数の前記チューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間へ複数の前記チューブ型燃料電池セルと接触するように配置される導電体、を有する集合体と、前記集合体と接触する集電部材と、少なくとも前記集電部材及び複数の前記集合体を収容するケース部材と、を備え、
複数の前記チューブ型燃料電池セルと前記導電体との接触、及び/又は、前記集合体と前記集電部材との接触が、前記ケース部材から前記集電部材及び複数の前記集合体へと付与される弾性力によって維持されていることを特徴とする、燃料電池モジュール。
A plurality of tube-type fuel cells arranged at the apex position of the polygon, and a conductor arranged so as to come into contact with the plurality of tube-type fuel cells into a space surrounded by the plurality of tube-type fuel cells. And a current collecting member that comes into contact with the aggregate, and a case member that houses at least the current collecting member and a plurality of the aggregates,
Contact between a plurality of the tubular fuel cells and the conductor and / or contact between the assembly and the current collecting member is imparted from the case member to the current collecting member and the plurality of assemblies. The fuel cell module is maintained by an elastic force applied.
少なくとも複数の前記集合体の長手方向一端側と前記集電部材の少なくとも一部とを収容する第1ケース部材、及び、複数の前記集合体の、前記第1ケース部材に収容されていない長手方向他端側の少なくとも一部を収容し、かつ、前記第1ケース部材と接触する第2ケース部材が、前記ケース部材に備えられ、
前記第1ケース部材と前記第2ケース部材との間隔が、固定されていないことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池モジュール。
A first case member that houses at least one longitudinal end of the aggregate and at least a part of the current collecting member, and a longitudinal direction that is not accommodated in the first case member of the multiple aggregates A second case member that accommodates at least a part of the other end side and that contacts the first case member is provided in the case member;
The fuel cell module according to claim 1, wherein an interval between the first case member and the second case member is not fixed.
請求項2に記載の燃料電池モジュールを製造する方法であって、
複数の前記集合体を作製する、第1工程と、
複数の前記集合体と前記集電部材とを接触させて固定する、第2工程と、
少なくとも、複数の前記集合体の長手方向端部と前記集電部材の少なくとも一部とを前記第1ケース部材に収容する、第3工程と、
複数の前記集合体の少なくとも一部を前記第2ケース部材に収容する、第4工程と、を備え、
前記第3工程において、弾性変形させた前記第1ケース部材の内側へ複数の前記集合体の長手方向端部と前記集電部材とを収容した後に、弾性変形から回復した前記第1ケース部材から付与される弾性力によって、複数の前記チューブ型燃料電池セルと前記導電体との接触、及び/又は、前記集合体と前記集電部材との接触が維持されることを特徴とする、燃料電池モジュールの製造方法。
A method for producing the fuel cell module according to claim 2, comprising:
A first step of producing a plurality of the aggregates;
A second step of fixing the plurality of aggregates and the current collecting member in contact with each other; and
At least a third step of accommodating a plurality of the end portions in the longitudinal direction and at least a part of the current collecting member in the first case member;
A fourth step of accommodating at least a part of the plurality of assemblies in the second case member,
From the first case member recovered from the elastic deformation, after accommodating the plurality of longitudinal ends of the aggregate and the current collecting member inside the first case member elastically deformed in the third step. The fuel cell, wherein the contact between the plurality of the tubular fuel cells and the conductor and / or the contact between the assembly and the current collecting member is maintained by the applied elastic force. Module manufacturing method.
請求項1又は2に記載の燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体と、少なくとも前記積層体を収容する外部ケース部材とを備えることを特徴とする、燃料電池。 A fuel cell, comprising: a laminate configured by laminating a plurality of fuel cell modules according to claim 1; and an outer case member accommodating at least the laminate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20210218039A1 (en) * 2020-01-14 2021-07-15 Rong-Jie Chen Box-in-box structure comprising thermal clay, use of the same and method to form the same

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