JP2006216406A - Cell module assembly and fuel cell - Google Patents

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Naruaki Murata
成亮 村田
Harumichi Nakanishi
治通 中西
Masahiro Imanishi
雅弘 今西
Yoshihisa Tamura
佳久 田村
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell module assembly capable of correctly quickly ranging cell modules for fixing and enhancing productivity. <P>SOLUTION: The cell module assembly is formed by fixing two or more cell modules each having a pair of electrodes installed on the inner surface and the outer surface of a hollow electrolyte membrane with clamps, and is equipped with a first clamp element 25A, a second clamp element 25B, and an energizing member 26, the first and second clamp elements each has at least one pair of ranging part 27a, 27b, positioning recesses 28a, 28b capable of ranging two or more cell modules so that the length directions of the cell modules become parallel are installed in at least one of a pair of ranging parts at prescribed intervals, two or more cell modules are interposed between the pair of ranging parts in the positions of the positioning recesses, and arranged so that the length directions of the cell modules become parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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

燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。固体高分子電解質型燃料電池は、電解質として固体高分子電解質膜を用いる燃料電池であり、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノードでは（１）式の反応が進行する。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− …（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソードに到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。 A fuel cell directly converts chemical energy into electrical energy by supplying fuel and an oxidant to two electrically connected electrodes and causing the fuel to be oxidized electrochemically. Unlike thermal power generation, it is not subject to the Carnot cycle, so it exhibits high energy conversion efficiency. A solid polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that uses a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte, and has advantages such as being easy to downsize and operating at a low temperature. It is attracting attention as a power source for mobile objects.
In the solid polymer electrolyte fuel cell, when hydrogen is used as the fuel, the reaction of the formula (1) proceeds at the anode.
H 2 → 2H + + 2e − (1)
The electrons generated by the equation (1) reach the cathode after working with an external load via an external circuit. Then, the proton generated in the formula (1) moves by electroosmosis from the anode side to the cathode side in the solid polymer electrolyte membrane in a state of being hydrated with water.

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

従来、固体高分子電解質型燃料電池としては主に、平面状の固体高分子電解質膜の一面にアノード及び他面にカソードとなる触媒層を設け、得られた平面状の膜・電極接合体の両側にさらにそれぞれガス拡散層を設け、最後に平面状のセパレータで挟みこむことによって作製される平型の単セルを、複数積層することで得られる燃料電池スタックを有するものが開発されてきた。
固体高分子電解質型燃料電池の出力密度向上のために、固体高分子電解質膜としては非常に膜厚の薄いプロトン伝導性高分子膜が用いられている。この膜厚はすでに１００μｍ以下のものが主流であり、さらなる出力密度向上のためにさらに薄い電解質膜を用いたとしても、単セルの厚みを現在のものより劇的に薄くすることはできない。同様に、触媒層、ガス拡散層及びセパレータ等についてもそれぞれ薄膜化が進んでいるが、それらすべての部材の薄膜化によっても、単位体積当たりの出力密度の向上には限界がある。従って、小型化の要求に対しても、今後充分に応えられなくなることが予想される。
また、前記セパレータには、通常、腐食性に優れたシート状のカーボン材料を用いる。このカーボン材料自体も高価であるが、さらに、平面状の膜・電極接合体の面全体にほぼ均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを行き渡らせるために、前記セパレータの面上には、通常、ガス流路となる溝を微細加工するので、その加工によって、セパレータは非常に高価になってしまい、燃料電池の製造原価を押し上げていた。
以上の問題の他にも、平型の単セルには、前記ガス流路から燃料ガス及び酸化剤ガスが漏れ出さないように幾層にもスタックされた単セルの周縁を確実にシールすることが技術的に難しいこと、平面状の膜・電極接合体のたわみや変形に起因して発電効率が低下してしまうことがあることなど、多くの問題がある。 Conventionally, as a solid polymer electrolyte fuel cell, a catalyst layer serving as an anode and a cathode is provided on one surface of a planar solid polymer electrolyte membrane, and the resulting planar membrane / electrode assembly is obtained. There has been developed a fuel cell stack obtained by laminating a plurality of flat single cells prepared by further providing gas diffusion layers on both sides and finally sandwiching them with a planar separator.
In order to improve the output density of the solid polymer electrolyte fuel cell, a proton conductive polymer membrane having a very thin film thickness is used as the solid polymer electrolyte membrane. This film thickness is already 100 μm or less, and even if a thinner electrolyte membrane is used to further improve the power density, the thickness of the single cell cannot be dramatically reduced from the present one. Similarly, the catalyst layer, the gas diffusion layer, the separator, and the like have been made thinner, but there is a limit to improving the output density per unit volume even by making all these members thinner. Therefore, it is expected that it will not be possible to meet the demand for miniaturization in the future.
In addition, a sheet-like carbon material having excellent corrosivity is usually used for the separator. This carbon material itself is also expensive. However, in order to distribute the fuel gas and the oxidant gas almost uniformly over the entire surface of the planar membrane / electrode assembly, a gas is usually provided on the surface of the separator. Since the groove to be the flow path is finely processed, the processing makes the separator very expensive, which increases the manufacturing cost of the fuel cell.
In addition to the above problems, for flat single cells, the periphery of single cells stacked in multiple layers should be reliably sealed so that fuel gas and oxidant gas do not leak from the gas flow path. However, there are many problems such as technical difficulties, and power generation efficiency may decrease due to deflection or deformation of the planar membrane / electrode assembly.

近年、中空状電解質膜の内面側と外面側にそれぞれ電極を設けたセルモジュールを基本的な発電単位とする固体高分子電解質型燃料電池が開発されている。（例えば、特許文献１〜４参照）。
通常このような中空形状のセルモジュールを有する燃料電池では、平型で使用されるセパレータに相当する部材は使用する必要がない。そして、その内面と外面とにそれぞれ異なった種類のガスを供給して発電するので、特別にガス流路を形成する必要もない。従って、その製造においては、コストの低減が見込まれる。さらに、セルモジュールが３次元形状であるので、平型の単セルに比べて体積に対する比表面積が大きくとれ、体積当たりの発電出力密度の向上が見込める。 In recent years, a solid polymer electrolyte fuel cell has been developed in which a cell module having electrodes on the inner surface side and outer surface side of a hollow electrolyte membrane is used as a basic power generation unit. (For example, see Patent Documents 1 to 4).
Usually, in a fuel cell having such a hollow cell module, it is not necessary to use a member corresponding to a separator used in a flat type. Since different types of gas are supplied to the inner surface and the outer surface for power generation, it is not necessary to form a gas flow path. Therefore, cost reduction is expected in the manufacture. Further, since the cell module has a three-dimensional shape, the specific surface area with respect to the volume can be increased as compared with the flat single cell, and the power generation output density per volume can be expected to be improved.

通常、適当な本数の中空形状のセルモジュールを、セルモジュールの外面に反応ガスが均一且つ円滑に供給できるように、長手方向を平行にして所定の間隔をあけて整列し、一体に固定し、各セルモジュールのアノード及びカソードをそれぞれ集電することによって、セルモジュール集合体を形成し、該セルモジュール集合体を単独で、又は、必要に応じて２個以上のセルモジュール集合体を直列又は並列に接続して燃料電池に組み込む。   Usually, a suitable number of hollow cell modules are aligned with a predetermined interval in parallel in the longitudinal direction so that the reaction gas can be uniformly and smoothly supplied to the outer surface of the cell module, and fixed together. By collecting the anode and cathode of each cell module, a cell module assembly is formed, and the cell module assembly is used alone, or two or more cell module assemblies are connected in series or in parallel as required. Connect to and incorporate into the fuel cell.

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

しかしながら、セルモジュール集合体を形成するために、多数の中空セルモジュールを正確に位置決めし、整列させて固定する作業は非常に手間がかかる。そのため、セルモジュール集合体の生産性はそれほど良くはなく、且つ、整列パターンの変更も容易ではない。
また、中空セルモジュールの集電効率を上げる観点から、セルモジュールと集電部材との間の密着性が優れていることが望まれている。 However, in order to form a cell module assembly, it is very laborious to accurately position, align, and fix a large number of hollow cell modules. Therefore, the productivity of the cell module assembly is not so good, and it is not easy to change the alignment pattern.
In addition, from the viewpoint of increasing the current collection efficiency of the hollow cell module, it is desired that the adhesion between the cell module and the current collection member is excellent.

このような事情に鑑み、本発明の第１の目的は、中空形状の電解質膜であってその内面及び外面に電極を設けたものを基本構成要素とするセルモジュールを、正確に且つ素早く整列させて固定することができる、生産性の高いセルモジュール集合体を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、セルモジュールを固定するための部材が集電部材の役割を果たすことにより、組み立て部品の点数を少なくして、生産性の高いセルモジュール集合体を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、セルモジュールを固定するための部材が集電部材の役割を果たすことにより、セルモジュールと集電部材との間の密着性に優れ、集電効率が高いセルモジュール集合体を提供することにある。
さらに、本発明の第４の目的は、上記いずれかのセルモジュール集合体を用いた燃料電池を提供することにある。 In view of such circumstances, the first object of the present invention is to accurately and quickly align cell modules having a basic component of a hollow electrolyte membrane provided with electrodes on its inner and outer surfaces. It is an object of the present invention to provide a highly productive cell module assembly that can be fixed.
The second object of the present invention is to provide a cell module assembly with high productivity by reducing the number of assembly parts by using a member for fixing the cell module as a current collecting member. There is.
In addition, the third object of the present invention is that the member for fixing the cell module plays the role of a current collecting member, so that the adhesion between the cell module and the current collecting member is excellent and the current collecting efficiency is high. It is to provide a cell module assembly.
Furthermore, a fourth object of the present invention is to provide a fuel cell using any one of the above cell module assemblies.

本発明のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールを２個以上、クランプで一体に固定したセルモジュール集合体であって、前記クランプは、第一のクランプ要素、第二のクランプ要素、及び、付勢部材を備えており、前記第一及び第二の各クランプ要素は少なくとも１つの整列部を有し、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を形成し、且つ、対をなす整列部のうち少なくとも一方には、２個以上のセルモジュールを該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列することができる位置決め用凹みが所定間隔で設けられており、前記第一及び第二のクランプ要素は、対をなす整列部の間の間隔を、セルモジュールの挿入及び固定が可能なように拡張及び縮小する相対的な可動性を有し、前記付勢部材は、対をなす整列部の間にセルモジュールを挟み込んで固定する締付け力を第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方に付与することができ、前記２個以上のセルモジュールは、前記対をなす整列部の間に、前記位置決め用凹みの位置で挟み込まれて、該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列されていること特徴とするものである。
本発明のセルモジュール集合体は、上記のようなクランプによって、複数のセルモジュールの正確な整列及び固定を容易に且つ効率的に行うことができる。 The cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are fixed integrally with a clamp, A first clamping element, a second clamping element, and a biasing member, wherein each of the first and second clamping elements has at least one alignment portion; And the alignment portion of the second clamp element form a pair to sandwich two or more cell modules, and at least one of the pair of alignment portions includes two or more cell modules. Positioning recesses that can be aligned so that the longitudinal directions of the cell modules are parallel to each other are provided at predetermined intervals, and the first and second clamping elements are disposed between the pair of alignment portions. The cell module is expanded and contracted so that the cell module can be inserted and fixed, and the biasing member has a clamping force for fixing the cell module between the pair of alignment portions. The two or more cell modules can be applied to at least one of the first and second clamping elements, and the two or more cell modules are sandwiched between the pair of alignment portions at the position of the positioning recess, The cell modules are aligned so that their longitudinal directions are parallel to each other.
The cell module assembly of the present invention can easily and efficiently accurately align and fix a plurality of cell modules by the clamp as described above.

複数のセルモジュールの整列及び固定をより容易に且つ効率的にするため、前記位置決め用凹みは、前記対をなす整列部の両方に設けられていることが好ましい。   In order to make it easier and more efficient to align and fix a plurality of cell modules, it is preferable that the positioning recesses are provided in both of the paired alignment portions.

本発明のセルモジュール集合体の具体的な形態として、前記第一及び第二の各クランプ要素は、セルモジュールを整列させる方向が平行な少なくとも２つの整列部を有しており、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが交互に配置され、前記整列部が対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を２列以上形成し、その各列に前記セルモジュールが挟み込まれて２列以上に整列されているものが挙げられる。   As a specific form of the cell module assembly of the present invention, each of the first and second clamp elements has at least two alignment portions parallel to the direction in which the cell modules are aligned. The alignment portions of the elements and the alignment portions of the second clamp elements are alternately arranged, and the alignment portions form a pair and sandwich two or more cell modules to form two or more rows, and the cells are arranged in each row. Examples include modules that are sandwiched and arranged in two or more rows.

さらに具体的には、前記第一のクランプ要素は、前記第二のクランプ要素を支持する支持面が設けられたステージ部と、該支持面から突出させた整列部を有し、前記第二のクランプ要素は、第一のクランプ要素に対して、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を形成するように配置され、且つ、対をなす整列部の間の間隔を拡張及び縮小できるようにスライド可能な状態で該ステージ部の支持面上に支持されているものが挙げられる。
このとき、前記ステージ部を有する第一のクランプ要素と該ステージ部上に支持される前記第二のクランプ要素のどちらもが、セルモジュールを整列させる方向が平行な少なくとも２つの整列部を有しており、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが交互に配置され、前記整列部が対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を２列以上形成し、対をなす整列部と、これに隣接して別の対をなす整列部の間に、前記付勢部材が装着され、前記セルモジュールを挟み込む構造の各列に前記セルモジュールが挟み込まれて２列以上に整列されているセルモジュール集合体としてもよい。 More specifically, the first clamp element includes a stage portion provided with a support surface for supporting the second clamp element, and an alignment portion protruding from the support surface, The clamp element forms a structure in which the alignment portion of the first clamp element and the alignment portion of the second clamp element are paired with the first clamp element to sandwich two or more cell modules. There are those that are arranged and supported on the support surface of the stage portion in a slidable state so that the interval between the paired alignment portions can be expanded and reduced.
At this time, both the first clamp element having the stage portion and the second clamp element supported on the stage portion have at least two alignment portions in which the cell modules are aligned in parallel. The alignment portions of the first clamp elements and the alignment portions of the second clamp elements are alternately arranged, and the alignment portions form a pair to form two or more structures sandwiching two or more cell modules. The urging member is mounted between a pair of alignment portions and another pair of alignment portions adjacent to the alignment portions, and the cell modules are sandwiched between the rows of the structure in which the cell modules are sandwiched. It is good also as a cell module aggregate arranged in more than a row.

前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の整列部の少なくともセルモジュールを挟み込む部位が、導電性材料で形成されており、且つ、整列させた各セルモジュールの内面側又は外面側に配置された集電材と接触しており、前記クランプが集電部材として機能する場合には、セルモジュール集合体の構成品数を少なくすることができる。また、導電性材料で形成された挟み込み部位は、内面側集電材又は外面側集電材に面圧をかけた状態でこれらと接触するため、集電効率を高めることができる。
このとき、前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の前記位置決め用凹みを含む部位が導電性材料で形成されており、前記セルモジュールは外面側に接する集電材を有しており、該セルモジュールの外面部が前記対をなす整列部の間に位置決め用凹みの位置で挟み込まれて、該位置決め用凹みの内面に前記外面側の集電材が接触していることが好ましい。集電部材であるクランプと外面側集電材間の面圧及びこれらの接触面積が大きくなることによって、集電効率をさらに高めることができる。 Of the first and second clamp elements, at least a portion of the alignment portion that sandwiches the cell module is formed of a conductive material, and is disposed on the inner surface side or outer surface side of each aligned cell module. When the clamp is in contact with the collected current collector and functions as a current collection member, the number of components of the cell module assembly can be reduced. In addition, the sandwiched portion formed of the conductive material is in contact with the inner surface side current collector or the outer surface side current collector in a state where surface pressure is applied, so that the current collection efficiency can be increased.
At this time, at least one of the first and second clamping elements including the positioning recess is formed of a conductive material, and the cell module has a current collector in contact with the outer surface side, It is preferable that the outer surface portion of the cell module is sandwiched between the paired alignment portions at the position of the positioning recess, and the current collector on the outer surface side is in contact with the inner surface of the positioning recess. Current collection efficiency can be further increased by increasing the surface pressure between the current collector member and the outer current collector, and the contact area between them.

また、前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の前記位置決め用凹みを含む部位が導電性材料で形成されており、前記セルモジュールは、該セルモジュールの内周面と接し且つガス流路の溝を設けた柱状の集電材を有しており、該セルモジュールの前記内面側に配置された前記柱状の集電材が、前記対をなす整列部の間に前記位置決め用凹みの位置で挟み込まれていることが好ましい。集電部材であるクランプと内面側集電材間の面圧及びこれらの接触面積が大きくなることによって、さらに集電効率を高めることができるからである。   The portion including the positioning recess of at least one of the first and second clamp elements is formed of a conductive material, and the cell module is in contact with an inner peripheral surface of the cell module and has a gas flow. A columnar current collector provided with a groove in the path, and the columnar current collector disposed on the inner surface side of the cell module is located at the position of the positioning recess between the pair of alignment portions. It is preferable to be sandwiched. This is because the current collection efficiency can be further increased by increasing the surface pressure between the clamp, which is the current collecting member, and the current collecting material on the inner surface side and the contact area between them.

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

本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュール集合体を構成する複数のセルモジュールの整列と固定を効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。
また、セルモジュールを固定するための部材が集電部材の役割を兼ねることにより、組み立て部品の点数を少なくすることができるため、さらに生産性を高めることができる。さらに、セルモジュールを固定するための部材が集電部材の役割を兼ねることにより、セルモジュールと集電部材との間の密着性に優れるため、高い集電効率を有するものである。
このようなセルモジュール集合体を用いた本発明の燃料電池は、生産性に優れ、高い電池特性を示すものである。 Since the cell module assembly of the present invention can efficiently align and fix a plurality of cell modules constituting the cell module assembly, the cell module assembly is excellent in productivity.
Further, since the member for fixing the cell module also serves as a current collecting member, the number of assembly parts can be reduced, and thus the productivity can be further increased. Furthermore, since the member for fixing the cell module also serves as a current collecting member, the adhesiveness between the cell module and the current collecting member is excellent, and thus the current collecting efficiency is high.
The fuel cell of the present invention using such a cell module assembly has excellent productivity and high battery characteristics.

本発明のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールを２個以上、クランプで一体に固定したセルモジュール集合体であって、前記クランプは、第一のクランプ要素、第二のクランプ要素、及び、付勢部材を備えており、前記第一及び第二の各クランプ要素は少なくとも１つの整列部を有し、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を形成し、且つ、対をなす整列部のうち少なくとも一方には、２個以上のセルモジュールを該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列することができる位置決め用凹みが所定間隔で設けられており、前記第一及び第二のクランプ要素は、対をなす整列部の間の間隔を、セルモジュールの挿入及び固定が可能なように拡張及び縮小する相対的な可動性を有し、前記付勢部材は、対をなす整列部の間にセルモジュールを挟み込んで固定する締付け力を第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方に付与することができ、前記２個以上のセルモジュールは、前記対をなす整列部の間に、前記位置決め用凹みの位置で挟み込まれて、該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列されていること特徴とするものである。   The cell module assembly of the present invention is a cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are fixed integrally with a clamp, A first clamping element, a second clamping element, and a biasing member, wherein each of the first and second clamping elements has at least one alignment portion; And the alignment portion of the second clamp element form a pair to sandwich two or more cell modules, and at least one of the pair of alignment portions includes two or more cell modules. Positioning recesses that can be aligned so that the longitudinal directions of the cell modules are parallel to each other are provided at predetermined intervals, and the first and second clamping elements are disposed between the pair of alignment portions. The cell module is expanded and contracted so that the cell module can be inserted and fixed, and the biasing member has a clamping force for fixing the cell module between the pair of alignment portions. The two or more cell modules can be applied to at least one of the first and second clamping elements, and the two or more cell modules are sandwiched between the pair of alignment portions at the position of the positioning recess, The cell modules are aligned so that their longitudinal directions are parallel to each other.

以下、図１〜１７を参照して本発明のセルモジュール集合体及び当該セルモジュール集合体を含む燃料電池の一実施形態について説明する。なお、下記の実施形態においては、燃料として水素ガス、酸化剤として空気（酸素）を用いた固体高分子型燃料電池を中心に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of a cell module assembly of the present invention and a fuel cell including the cell module assembly will be described with reference to FIGS. In the following embodiment, the description will focus on a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen gas as the fuel and air (oxygen) as the oxidant, but the present invention is not limited to the following embodiment. Absent.

（セルモジュール）
図１は、本実施形態の燃料電池に用いられるチューブ状セルモジュールの断面図、図２は、図１のチューブ状セルモジュールの斜視図である。セルモジュール６は、チューブ状の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１、固体高分子電解質膜１の内面側に設けられたアノード（本実施形態では燃料極）２及び外面側に設けられたカソード（本実施形態では空気極）３を有し、アノード２の表面に負極側（アノード側）集電材（以下、内面側集電材ということがある）４である柱状集電材、カソード３の表面に正極側（カソード側）集電材（以下、外面側集電材ということがある）５であるスプリングワイヤが配置されている。このような構造を有するセルモジュールの中空内面（実質的には、負極側集電材４に設けた溝４ｃによって形成された内面側ガス流路に露出した部分）に水素ガス、外面に空気を接触させることで、アノード及びカソード（空気極）に燃料又は酸化剤が供給され、発電する。 (Cell module)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a tubular cell module used in the fuel cell of this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the tubular cell module of FIG. The cell module 6 includes a tubular solid polymer electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane) 1, an anode (fuel electrode in this embodiment) 2 provided on the inner surface side of the solid polymer electrolyte membrane 1, and an outer surface side. A columnar current collector having a provided cathode (in this embodiment, an air electrode) 3 and being a negative electrode side (anode side) current collector (hereinafter also referred to as an inner surface side current collector) 4 on the surface of the anode 2, a cathode A spring wire which is a positive electrode side (cathode side) current collector (hereinafter sometimes referred to as an outer surface side current collector) 5 is disposed on the surface 3. The hollow inner surface of the cell module having such a structure (substantially, the portion exposed to the inner surface side gas flow path formed by the groove 4c provided in the negative electrode side current collector 4) is contacted with hydrogen gas and the outer surface is contacted with air. By doing so, fuel or an oxidant is supplied to the anode and cathode (air electrode) to generate electricity.

セルモジュールは、中空電解質膜の内面側に反応ガスを十分に供給できるものであるならば、中空部（チューブ）の一端を封鎖し、もう一端を開口した状態としてもよい。特に、本実施形態においては非反応性成分をほとんど含まない水素ガスを燃料ガスとしてセルモジュールの中空内に供給していること、また、水素分子の拡散性が高いことから、燃料ガスを消費しきることが可能であるため、一端を封鎖した中空部内であっても反応ガスを十分に供給することができる。このとき、セルモジュールの開口端には、正極側又は負極側のいずれの集電材取り出し部が配置されていてよく、セルモジュール集合体（セルカートリッジ）の形態、セルモジュール集合体間の接続、外装容器の形態等を考慮して決めればよい。セルモジュールの一端を封鎖する方法としては、樹脂等を中空の一端に注入する方法が例示できるが、特に限定されるものではない。   If the cell module can sufficiently supply the reaction gas to the inner surface side of the hollow electrolyte membrane, one end of the hollow portion (tube) may be sealed and the other end opened. In particular, in the present embodiment, hydrogen gas containing almost no non-reactive component is supplied as a fuel gas into the hollow of the cell module, and the diffusibility of hydrogen molecules is high, so that the fuel gas can be consumed. Therefore, the reaction gas can be sufficiently supplied even in the hollow portion whose one end is sealed. At this time, either the positive electrode side or the negative electrode side collector collecting portion may be arranged at the open end of the cell module, and the form of the cell module assembly (cell cartridge), the connection between the cell module assemblies, the exterior It may be determined in consideration of the shape of the container. Examples of the method of sealing one end of the cell module include a method of injecting resin or the like into the hollow one end, but is not particularly limited.

本実施形態においては、図１１〜図１３に示すように一端のみ開口し且つ当該開口端側に内面側集電材（負極側集電材）４の取り出し部（内面側集電材の外面を露出させたもの）４ａが配置された第一のセルモジュール６Ａのみ備えたセルカートリッジ１３Ａと、図１４〜図１６に示すように一端のみ開口し且つ当該開口端側に外面側集電材（正極側集電材）５の取り出し部５ａが配置された第二のセルモジュール６Ｂのみ備えたセルカートリッジ１３Ｂを組み合わせて用いる。   In this embodiment, as shown in FIGS. 11 to 13, only one end is opened, and the takeout portion (the outer surface of the inner surface side current collector) of the inner surface side current collector (negative electrode side current collector) 4 is exposed on the opening end side. 1) A cell cartridge 13A provided only with the first cell module 6A in which 4a is disposed, and one end opened as shown in FIGS. 14 to 16, and an outer surface side current collector (positive electrode side current collector) on the open end side The cell cartridge 13B having only the second cell module 6B in which the five take-out portions 5a are arranged is used in combination.

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

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

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

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

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

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

チューブ状の電解質膜の内面及び外面に一対の電極を設ける方法としては、特に限定されるものではない。例えば、まず、チューブ状の電解質膜を準備する。チューブ状の電解質膜を準備する方法は特に限定されず、市販品のチューブ状に形成された電解質膜を用いることもできる。そして、当該チューブ状電解質膜の内面及び外面に、電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成し、当該二つの触媒層上に炭素質粒子及び／又は炭素質繊維を含む溶液を塗布・乾燥してガス拡散層を形成する方法が挙げられる。このとき、電解質膜の内面側に形成したガス拡散層の内面に中空部が存在するように触媒層とガス拡散層を形成する。
或いは、まず、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を含み、チューブ状に形成されたもの（チューブ状炭素質）を第１の電極（アノード）のガス拡散層として用い、当該ガス拡散層の外面に電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成して第１の電極を作製し、次に、当該触媒層の外面に電解質を含む溶液を塗布・乾燥して電解質膜層、さらに当該電解質膜層の外面に第２の電極（カソード）の触媒層を形成し、当該触媒層の外面に炭素材料を含む溶液を塗布・乾燥して第２の電極のガス拡散層を形成する方法も挙げられる。チューブ状炭素質としては、例えば、炭素質粒子等の炭素材料とエポキシ及び／又はフェノール系樹脂を溶媒に分散させてチューブ状に成形し、熱硬化後、焼成することにより得られる。 The method of providing a pair of electrodes on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane is not particularly limited. For example, first, a tubular electrolyte membrane is prepared. The method for preparing the tubular electrolyte membrane is not particularly limited, and a commercially available electrolyte membrane formed in a tube shape can also be used. Then, a solution containing electrolyte and catalyst particles is applied and dried on the inner and outer surfaces of the tubular electrolyte membrane to form a catalyst layer, and carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers are contained on the two catalyst layers. The method of apply | coating and drying a solution and forming a gas diffusion layer is mentioned. At this time, the catalyst layer and the gas diffusion layer are formed so that a hollow portion exists on the inner surface of the gas diffusion layer formed on the inner surface side of the electrolyte membrane.
Alternatively, first, a tube material (tubular carbonaceous material) containing a carbon material such as carbonaceous particles and / or carbonaceous fibers is used as the gas diffusion layer of the first electrode (anode), and the gas A solution containing an electrolyte and catalyst particles is applied to the outer surface of the diffusion layer and dried to form a catalyst layer to produce a first electrode, and then a solution containing the electrolyte is applied to the outer surface of the catalyst layer and dried. Then, a catalyst layer of the second electrode (cathode) is formed on the outer surface of the electrolyte membrane layer and the electrolyte membrane layer, and a solution containing a carbon material is applied to the outer surface of the catalyst layer and dried to form a gas for the second electrode. A method for forming a diffusion layer is also included. The tubular carbonaceous material can be obtained, for example, by dispersing a carbon material such as carbonaceous particles and an epoxy and / or phenolic resin in a solvent to form a tubular shape, thermosetting, and firing.

尚、電解質膜、触媒層、ガス拡散層を形成する際に使用する溶媒は、分散及び／又は溶解する材料に応じて適宜選択すればよく、また、各層を形成する際の塗布方法についても、スプレー法、刷毛塗り法等種々の方法にから適宜選択することができる。   In addition, the solvent used when forming the electrolyte membrane, the catalyst layer, and the gas diffusion layer may be appropriately selected according to the material to be dispersed and / or dissolved, and the coating method when forming each layer is also as follows. It can be appropriately selected from various methods such as a spray method and a brush coating method.

本発明の燃料電池に用いられる中空形状を有するセルモジュールは、上記にて例示した構成に限られず、セルモジュールの機能を高めることを目的として触媒層及びガス拡散層以外の層を設けても良い。また、本実施形態においては、中空電解質膜の内側にアノード、外側にカソードを設けているが、内側にカソード、外側にアノードを設けても良い。   The cell module having a hollow shape used in the fuel cell of the present invention is not limited to the configuration exemplified above, and a layer other than the catalyst layer and the gas diffusion layer may be provided for the purpose of enhancing the function of the cell module. . In this embodiment, the anode is provided inside the hollow electrolyte membrane and the cathode is provided outside, but the cathode may be provided inside and the anode may be provided outside.

内面側集電材（本実施形態においては、負極側集電材）４は、セルモジュールの内周面と接する外径を有する柱状集電材であり、その外周面には、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝４ｃが形成されている。この溝と内部電極２との隙間が水素ガスを供給するための内面側ガス流路となる。溝４ｃとしては、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝が少なくとも一本必要であり、必要に応じて、セルモジュールの外周面に様々なパターン又は方向性を有する溝が形成される。
外面側集電材（本実施形態においては、正極側集電材）５は、例えば金属製のワイヤをスプリング状に巻くことで製造できる。
上記内面側又は外面側集電材として使用される金属としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｉｎ等の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、又はステンレス鋼などのそれらの合金が好ましい。また、その表面がＡｕ、Ｐｔ、導電性樹脂等によりコーティングされていても良い。特に耐蝕性に優れることから、中でもステンレスやチタンが好ましい。ワイヤの太さやスプリングの巻き数は特に制限されるものではない。 The inner surface side current collector (in this embodiment, the negative electrode side current collector) 4 is a columnar current collector having an outer diameter in contact with the inner peripheral surface of the cell module. The outer peripheral surface has an axial direction (longitudinal direction) of the cell module. Grooves 4c extending in the direction) are formed. A gap between the groove and the internal electrode 2 serves as an inner surface side gas passage for supplying hydrogen gas. As the groove 4c, at least one groove extending in the axial direction (longitudinal direction) of the cell module is necessary, and grooves having various patterns or directions are formed on the outer peripheral surface of the cell module as necessary.
The outer surface side current collector (in this embodiment, the positive electrode side current collector) 5 can be manufactured, for example, by winding a metal wire in a spring shape.
As the metal used as the inner surface side or outer surface side current collector, for example, at least one metal selected from Al, Cu, Fe, Ni, Cr, Ta, Ti, Zr, Sm, In, etc., Or their alloys such as stainless steel are preferred. Further, the surface thereof may be coated with Au, Pt, conductive resin or the like. Of these, stainless steel and titanium are preferred because of their excellent corrosion resistance. The thickness of the wire and the number of turns of the spring are not particularly limited.

本実施形態では、柱状の集電材４及びスプリングワイヤ状の集電材５を使用しているが、集電材４，５は、電気伝導性材料からなるものであればその形状は任意である。集電材は、柱状、スプリングワイヤ状の他、線状でも、筒形状でもよく、例えば、直線状の金属ワイヤや金属箔、金属シート又はカーボンシート等のシート材料からなるもの等も適用できる。
これら集電材は、必要に応じて、カーボン系接着剤やＡｇペーストなどの導電性接着材により電極上に固定される。 In this embodiment, the columnar current collector 4 and the spring wire-shaped current collector 5 are used, but the current collectors 4 and 5 may have any shape as long as they are made of an electrically conductive material. The current collector may be in the form of a column or a spring wire, or may be linear or cylindrical. For example, a material made of a sheet material such as a linear metal wire, a metal foil, a metal sheet, or a carbon sheet can be applied.
These current collectors are fixed on the electrodes with a conductive adhesive such as a carbon-based adhesive or an Ag paste as necessary.

（セルモジュール集合体）
本発明において、上記のようなセルモジュールは、クランプによって挟み込まれ、２個以上が一体に固定されてセルモジュール集合体を形成する。以下、セルモジュール集合体について、図３〜図１７を用いて説明する。尚、図７〜図１７において、クランプ２４の具体的な構造は省略している。 (Cell module assembly)
In the present invention, the cell modules as described above are sandwiched by clamps, and two or more are fixed together to form a cell module assembly. Hereinafter, the cell module assembly will be described with reference to FIGS. 7 to 17, the specific structure of the clamp 24 is omitted.

セルモジュール集合体として、例えば、図７のようなセルカートリッジ１３が挙げられる。図７は、セルモジュール６をクランプ２４（２４Ａ，２４Ｂ）で固定したセルカートリッジ１３の概略を示す斜視図である。図８は、図７に示すセルカートリッジ１３を一対の広幅な前面又は背面側から見た図、図９は、セルカートリッジ１３を一対の薄幅な側面側から見た図であり、図１０は、図８におけるＡＡ断面を上面側から見た図である。   An example of the cell module assembly is a cell cartridge 13 as shown in FIG. FIG. 7 is a perspective view schematically showing the cell cartridge 13 in which the cell module 6 is fixed by the clamps 24 (24A, 24B). 8 is a view of the cell cartridge 13 shown in FIG. 7 as viewed from a pair of wide front or back sides, FIG. 9 is a view of the cell cartridge 13 as viewed from a pair of thin side surfaces, and FIG. FIG. 9 is a view of the AA cross section in FIG. 8 as viewed from the upper surface side.

本実施形態においては、セルカートリッジ１３として、図１１〜図１３に示すように、一端のみ開口するセルモジュールの開口端側において内面側集電材（負極側集電材）４の取り出し部４ａ（内面側集電材の外面を露出させたもの）が配置された第一のセルモジュール６Ａのみ備えたセルカートリッジ１３Ａと、図１４〜図１６に示すように一端のみ開口するセルモジュールの開口端において外面側集電材（正極側集電材）５の取り出し部５ａが配置された第二のセルモジュール６Ｂのみ備えたセルカートリッジ１３Ｂと、を組み合わせて用いる。セルモジュール６Ａ及び６Ｂは、開口する一端（開口端）が負極側集電材取り出し部が配置された側であるか、又は正極側集電材取り出し部が配置された側であるか、という点が異なるだけであって、その他の構成についてはほぼ同じである。従って、ここではセルモジュールとしてセルモジュール６Ａを用いた第一のセルカートリッジ１３Ａを中心に説明する。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 11 to 13, as the cell cartridge 13, an extraction portion 4 a (inner surface side) of the inner surface side current collector (negative electrode side current collector) 4 on the open end side of the cell module that opens only at one end. Cell cartridge 13A having only the first cell module 6A on which the outer surface of the current collector is exposed), and the open end of the cell module that opens only at one end as shown in FIGS. A cell cartridge 13B provided with only the second cell module 6B in which the takeout part 5a of the electric material (positive electrode side current collecting material) 5 is arranged is used in combination. The cell modules 6 </ b> A and 6 </ b> B are different in that one end (open end) of the opening is the side on which the negative electrode current collector taking part is arranged or the side on which the positive electrode current collector taking part is arranged. However, the other configurations are almost the same. Therefore, here, the description will focus on the first cell cartridge 13A using the cell module 6A as the cell module.

セルカートリッジ１３Ａは、平板９及び１０により構成された一対の広幅な前面と背面、並びに、クランプ２４Ａ及びクランプ２４Ｂにより構成された一対の薄幅な上面と下面を有し、扁平な直方体形状を成している。複数のチューブ状セルモジュール６Ａは、クランプ２４Ａ及びクランプ２４Ｂ、さらに平板９、１０によって固定されている。クランプ２４Ａ及びクランプ２４Ｂはそれぞれ導電性材料からなり、集電材としての機能を有している。負極側集電材（内面側集電材）４はクランプ２４Ａに、一方、正極側集電材（外面側集電材）５はクランプ２４Ｂに接続し、集電されている。セルカートリッジ１３の一対の薄幅な側面には、それぞれ、負極側の集電部材であるクランプ２４Ａの負極出力部１１、正極側の集電部材であるクランプ２４Ｂの正極出力部１２が配置されている。セルカートリッジ１３Ａは、この一対の薄幅な側面に設けられた負極出力部１１下端及び正極出力部１２上端間が開口しており、セルカートリッジの内部空間に外気が自由に流入できる開放構造を有している。   The cell cartridge 13A has a pair of wide front and back surfaces composed of flat plates 9 and 10, and a pair of thin top and bottom surfaces composed of clamps 24A and 24B, and forms a flat rectangular parallelepiped shape. is doing. The plurality of tubular cell modules 6A are fixed by clamps 24A and 24B, and flat plates 9 and 10. Each of the clamp 24A and the clamp 24B is made of a conductive material and has a function as a current collector. The negative electrode side current collector (inner surface side current collector) 4 is connected to the clamp 24A, while the positive electrode side current collector (outer surface side current collector) 5 is connected to the clamp 24B for current collection. On the pair of thin side surfaces of the cell cartridge 13, the negative output part 11 of the clamp 24A as a negative current collecting member and the positive output part 12 of the clamp 24B as a positive current collecting member are arranged, respectively. Yes. The cell cartridge 13A is open between the lower end of the negative electrode output portion 11 and the upper end of the positive electrode output portion 12 provided on the pair of thin side surfaces, and has an open structure that allows outside air to freely flow into the internal space of the cell cartridge. is doing.

本実施形態においては、セルカートリッジ１３Ａの一対の広幅な前面と背面を２枚の平板で構成しているが、セルモジュールを保護し、固定することができれば、平板は一枚でもよい。固定部である平板は、セルモジュールを保護、固定し、隣接するセルカートリッジ同士を絶縁することが可能な材料で形成されている。このような材料としては、ポリカーボネートやエポキシガラス、ナイロン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等の絶縁材料を用いることができる。   In the present embodiment, the pair of wide front and back surfaces of the cell cartridge 13A are constituted by two flat plates. However, if the cell module can be protected and fixed, one flat plate may be used. The flat plate serving as the fixing portion is formed of a material capable of protecting and fixing the cell module and insulating adjacent cell cartridges. As such a material, an insulating material such as polycarbonate, epoxy glass, nylon, or polyethersulfone (PES) can be used.

本発明のセルモジュール集合体は、２個以上のセルモジュールを一体に固定するクランプにその特徴を有するものである。以下、クランプとして、図３〜図５に示すような構造を有するクランプを例に本発明を説明する。尚、図３は本発明に適用されるクランプの概略図であって、当該クランプによって固定されるセルモジュールの一端を該端面側から見た図、図４は図３における第一のクランプ要素の概略図、図５は図３における第二のクランプ要素の概略図である。   The cell module assembly of the present invention is characterized by a clamp that integrally fixes two or more cell modules. Hereinafter, the present invention will be described by taking a clamp having a structure as shown in FIGS. 3 is a schematic view of the clamp applied to the present invention, and is a view of one end of the cell module fixed by the clamp as viewed from the end face side, and FIG. 4 is a diagram of the first clamp element in FIG. FIG. 5 is a schematic view of the second clamping element in FIG.

図３に示すように、クランプ２４は、第一のクランプ要素２５Ａ、第二のクランプ要素２５Ｂ及び付勢部材２６を備えている。クランプ２４を構成する第一のクランプ要素２５Ａ及び第二のクランプ要素２５Ｂは、図３及び図４或いは図３及び図５に示すように、それぞれ整列部２７ａ又は整列部２７ｂを有しており、これら整列部２７ａと整列部２７ｂが対をなし、当該対をなす整列部２７ａと２７ｂとの間に２個以上のセルモジュール６を同時に挟み込む構造（以下、挟み込み構造ということがある）３０を形成している。   As shown in FIG. 3, the clamp 24 includes a first clamp element 25 </ b> A, a second clamp element 25 </ b> B, and a biasing member 26. As shown in FIG. 3 and FIG. 4 or FIG. 3 and FIG. 5, the first clamp element 25A and the second clamp element 25B constituting the clamp 24 have an alignment portion 27a or an alignment portion 27b, respectively. The alignment part 27a and the alignment part 27b form a pair, and a structure (hereinafter sometimes referred to as a sandwiching structure) 30 in which two or more cell modules 6 are simultaneously sandwiched between the paired alignment parts 27a and 27b is formed. is doing.

また、整列部２７ａ及び整列部２７ｂには、２個以上のセルモジュール６を該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列することができる位置決め用凹み２８ａ、２８ｂが所定間隔で設けられている。   In addition, the alignment portions 27a and 27b are provided with positioning recesses 28a and 28b that can align two or more cell modules 6 so that the longitudinal directions of the cell modules are parallel to each other. Yes.

さらに、第一のクランプ要素２５Ａと第二のクランプ要素２５Ｂは、対をなす整列部２７ａと２７ｂ間のセルモジュール６を挟み込む間隔を、セルモジュール６を当該整列部２７ａと２７ｂ間に挿入及び固定が可能なように拡張及び縮小する相対的な可動性を有している。すなわち、挟み込み構造３０を形成する整列部２７ａと２７ｂとの間隔は、セルモジュールに余計な負荷をかけることなく、容易にセルモジュールを当該整列部２７ａと２７ｂの間に挿入又は当該整列部２７ａと２７ｂの間から取り出すことができるよう、拡張することができる。そして、整列部２７ａと２７ｂの間にセルモジュールを挿入した後には、セルモジュールが当該整列部２７ａと２７ｂとで挟み込まれて固定されるよう、整列部２７ａと２７ｂとの間隔を縮小することができる。このとき、整列部２７ａと２７ｂとの間のセルモジュールを挟み込んで固定する締め付け力は、付勢部材２６によって、第一のクランプ要素２５Ａ又は第二のクランプ要素２５Ｂの少なくとも一方に付与される。   Further, the first clamping element 25A and the second clamping element 25B are inserted and fixed between the aligning portions 27a and 27b, with an interval between the aligning portions 27a and 27b. Has relative mobility to expand and contract as possible. That is, the interval between the alignment portions 27a and 27b forming the sandwiching structure 30 is such that the cell module can be easily inserted between the alignment portions 27a and 27b without applying an extra load on the cell module. It can be expanded so that it can be removed from between 27b. Then, after the cell module is inserted between the alignment portions 27a and 27b, the interval between the alignment portions 27a and 27b can be reduced so that the cell module is sandwiched and fixed between the alignment portions 27a and 27b. it can. At this time, a clamping force for sandwiching and fixing the cell module between the alignment portions 27a and 27b is applied to at least one of the first clamp element 25A and the second clamp element 25B by the biasing member 26.

以上のように、本発明において用いられるクランプ２４は、複数のセルモジュール６を、対をなす整列部２７ａと２７ｂとの間に位置決め用凹み２８の位置で挟み込み、当該複数のセルモジュール６の長手方向（軸方向）が平行となるように、所定の配列方向に向けて且つ所定の間隔をあけて整列することができる。従って、本発明のセルモジュール集合体は、クランプ２４によって、当該セルモジュール集合体を構成する２個以上のセルモジュールの正確な位置決めによる整列と、これら整列した２個以上のセルモジュールの固定とが容易であり、生産性の高いものである。しかも、クランプ２４の構成、具体的には、整列部２７の形状や配置、整列部２７に設けられる位置決め用凹み２８の間隔等によって、セルモジュールの整列パターンを変更することが可能である。   As described above, the clamp 24 used in the present invention sandwiches the plurality of cell modules 6 at the positions of the positioning recesses 28 between the alignment portions 27a and 27b that make a pair, and the longitudinal direction of the plurality of cell modules 6 is reached. They can be aligned in a predetermined arrangement direction and at a predetermined interval so that the directions (axial directions) are parallel. Therefore, in the cell module assembly of the present invention, the clamp 24 makes it possible to align two or more cell modules constituting the cell module assembly by accurate positioning and to fix the two or more aligned cell modules. It is easy and productive. In addition, it is possible to change the alignment pattern of the cell modules according to the configuration of the clamp 24, specifically, the shape and arrangement of the alignment portion 27, the interval between the positioning recesses 28 provided in the alignment portion 27, and the like.

以下、クランプ２４について、図３〜図６、図１１〜図１６を用いて詳しく説明する。
本発明において、クランプ２４の構造は、上述したような機能を有する第一及び第二のクランプ要素２５Ａ，２５Ｂ及び付勢部材２６を備えるものであれば、特に限定されない。また、図３は、セルモジュール６の長手方向一端側をクランプ２４で固定する状態を示しているが、クランプ２４でセルモジュールを固定する位置は特に限定されず、例えば、セルモジュールの長手方向中央部であってもよい。また、複数のセルモジュールを整列させることができれば、１つのセルモジュール集合体に用いるクランプの数も特に限定されず、例えば、セルモジュールの長手方向一端のみ又は中央部のみを１つのクランプで固定してもよいし、或いは、セルモジュールの長手方向両端を２つのクランプ２４で固定してもよいし、或いは、セルモジュールの長手方向両端とその両端の中間部を複数のクランプで固定してもよい。複数のセルモジュールを安定した状態で整列、固定できることから、通常は、２つ以上のクランプを用いることが好ましい。一方、セルモジュールにおいて、クランプで挟み込まれる部分の外面は反応ガスの供給が不十分となることから、広い電極面積を保持するためにクランプの数は少ない方が好ましい。以上の点、さらに、セルモジュールの長さや強度等を考慮して、クランプの数は決定すればよい。
また、複数のセルモジュールの一端を固定するクランプ部が複数のクランプから構成されるものであってもよい。例えば、１つのセルモジュール集合体を構成するセルモジュールをいくつかに分割し、複数のクランプを用いてそれぞれ固定し、これらクランプを適当な部材で連結したような構成とすることができる。 Hereinafter, the clamp 24 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6 and FIGS. 11 to 16.
In the present invention, the structure of the clamp 24 is not particularly limited as long as it includes the first and second clamp elements 25A and 25B and the urging member 26 having the functions as described above. 3 shows a state in which one end in the longitudinal direction of the cell module 6 is fixed by the clamp 24, but the position where the cell module is fixed by the clamp 24 is not particularly limited. For example, the center in the longitudinal direction of the cell module Part. Further, if a plurality of cell modules can be aligned, the number of clamps used for one cell module assembly is not particularly limited. For example, only one end in the longitudinal direction of the cell module or only the central part is fixed with one clamp. Alternatively, both ends of the cell module in the longitudinal direction may be fixed by the two clamps 24, or both ends of the cell module in the longitudinal direction and an intermediate portion thereof may be fixed by a plurality of clamps. . Since a plurality of cell modules can be aligned and fixed in a stable state, it is usually preferable to use two or more clamps. On the other hand, in the cell module, since the reaction gas is not sufficiently supplied to the outer surface of the portion sandwiched between the clamps, it is preferable that the number of clamps is small in order to maintain a wide electrode area. The number of clamps may be determined in consideration of the above points and the length and strength of the cell module.
Moreover, the clamp part which fixes the end of a some cell module may be comprised from a some clamp. For example, it is possible to divide a cell module constituting one cell module assembly into several parts, fix each using a plurality of clamps, and connect these clamps with appropriate members.

尚、本実施形態におけるセルモジュール集合体（セルカートリッジ）においては、２つの独立したクランプ２４（２４Ａ、２４Ｂ）によって、セルモジュールの長手方向両端を固定している。このとき、クランプ２４Ａ、２４Ｂの構造は、整列部２７に設けられる位置決め用凹みの大きさや形状等が、セルモジュールの挟み込まれる部分の形状になじむように必要に応じて若干異なる以外は、ほぼ同様の構造を有している。本実施形態におけるクランプ２４は、クランプ２４Ａによりセルモジュールの一端を内面側集電材４の外面において（図６（Ｂ）、図１１、図１２参照）、クランプ２４Ｂによりセルモジュールの他端をその外面において（図６（Ａ）、図１１、図１３参照）固定できるよう、それぞれのクランプ２４に設けられる位置決め用凹みの形状や大きさが異なっているだけである。そのため、ここでは、セルモジュールの一端をセルモジュールの外面において固定するクランプ２４Ｂを中心に説明する。   In the cell module assembly (cell cartridge) in this embodiment, both longitudinal ends of the cell module are fixed by two independent clamps 24 (24A, 24B). At this time, the structures of the clamps 24A and 24B are substantially the same except that the size and shape of the positioning recesses provided in the alignment portion 27 are slightly different as necessary so as to fit the shape of the portion where the cell module is sandwiched. It has the structure of. In the clamp 24 in the present embodiment, one end of the cell module is disposed on the outer surface of the inner current collector 4 by the clamp 24A (see FIGS. 6B, 11 and 12), and the other end of the cell module is disposed on the outer surface by the clamp 24B. (See FIG. 6A, FIG. 11 and FIG. 13), only the shape and size of the positioning recess provided in each clamp 24 are different. Therefore, here, the description will focus on the clamp 24B that fixes one end of the cell module on the outer surface of the cell module.

図３に示すクランプ２４は、第一のクランプ要素２５Ａ及び第二のクランプ要素２５Ｂが、各々５つの整列部２７ａ又は２７ｂを有しており、整列部２７ａと整列部２７ｂとが平行に且つ交互に配置され、整列部２７ａと２７ｂが対をなして２個以上のセルモジュールを同時に挟み込む構造３０を５列形成している。この挟み込み構造３０内に形成される貫通孔３１にセルモジュールを挟み込み、５列に整列することができる。このとき、整列されたセルモジュールの各列が平行になるように、整列部２７ａ及び整列部２７ｂは設けられている。   In the clamp 24 shown in FIG. 3, the first clamp element 25A and the second clamp element 25B each have five alignment portions 27a or 27b, and the alignment portions 27a and the alignment portions 27b are parallel and alternate. The alignment sections 27a and 27b form a pair of structures 30 that sandwich two or more cell modules at the same time. The cell modules can be sandwiched in the through holes 31 formed in the sandwiching structure 30 and aligned in five rows. At this time, the alignment unit 27a and the alignment unit 27b are provided so that the columns of the aligned cell modules are parallel to each other.

第一のクランプ要素２５Ａ及び第二のクランプ要素２５Ｂは、それぞれ少なくとも１つの整列部２７ａ、２７ｂを有していればよいが、多数のセルモジュールを効率良く一体に固定し、集合させることができることから、それぞれ複数の整列部２７を有していることが好ましい。整列部２７の具体的な構成（形状、数）は、特に限定されるものではないので、セルモジュール集合体の構成に合わせて適宜設計すればよい。   The first clamping element 25A and the second clamping element 25B only need to have at least one alignment portion 27a, 27b, respectively, but a large number of cell modules can be efficiently fixed and assembled together. Therefore, it is preferable that each of the plurality of alignment portions 27 is provided. The specific configuration (shape, number) of the alignment unit 27 is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the configuration of the cell module assembly.

整列部２７に設けられる位置決め用凹み２８は、セルモジュールの位置を決め、整列することができれば、対をなす整列部２７ａ及び２７ｂのうち一方のみに設けられていてもよいが、通常は、セルモジュール６を整列させやすい点、並びに、後述するようなセルモジュールの強固な固定や集電効率の観点から、図３のように整列部２７ａ及び２７ｂの両方に位置決め用凹み２８ａ、２８ｂを設けることが好ましい。   The positioning recess 28 provided in the aligning portion 27 may be provided in only one of the pair of aligning portions 27a and 27b as long as the position of the cell module can be determined and aligned. From the viewpoint of easy alignment of the modules 6 and the firm fixation of the cell modules and the current collection efficiency described later, positioning recesses 28a and 28b are provided in both of the alignment portions 27a and 27b as shown in FIG. Is preferred.

位置決め用凹み２８の形状は、セルモジュールの位置を決めて整列することができれば特に限定されないが、セルモジュール６の当該位置決め用凹み２８において挟み込まれる部分の形状になじむ（フィットする）形状を有する場合には、複数のセルモジュールの位置を正確に決め、整列させる作用の他、セルモジュールをしっかりと挟み込み、強固に固定する作用を有する。
また、本実施形態のようにクランプ２４を導電性材料で形成し、セルモジュール６の集電材４又は５と電気的に接続して集電部材とする場合に、位置決め用凹み２８の形状が、セルモジュール６の当該位置決め用凹み２８において挟み込まれる部分の形状になじむ形状であって、当該位置決め用凹み２８においてクランプ２４と集電材４，５とを電気的に接続する場合には、これらクランプ２４は集電材４，５に対して面圧をかけた状態で接触するため、集電効率が高くなるという効果もある。 The shape of the positioning recess 28 is not particularly limited as long as the position of the cell module can be determined and aligned. However, the positioning recess 28 has a shape that fits (fits) the shape of the portion sandwiched in the positioning recess 28 of the cell module 6. In addition to the action of accurately determining and aligning the positions of a plurality of cell modules, it has the action of firmly clamping and firmly fixing the cell modules.
Further, when the clamp 24 is formed of a conductive material as in this embodiment and is electrically connected to the current collector 4 or 5 of the cell module 6 to form a current collector, the shape of the positioning recess 28 is When the clamp 24 and the current collectors 4 and 5 are electrically connected to each other in the positioning recess 28, the clamp 24 and the current collectors 4 and 5 are electrically connected to each other. Is in contact with the current collectors 4 and 5 in a state where a surface pressure is applied, and thus has an effect of increasing current collection efficiency.

以上のような理由により、図３に示すクランプ２４（クランプ２４Ｂ）は、セルモジュールの外面（外面側集電材５の取り出し部５ａを含む）においてセルモジュールを固定するものであるから、クランプ２４Ｂに設けられる位置決め用凹み２８ａ、２８ｂは、図６（Ａ）のようにセルモジュールの外面になじむ形状を有することが好ましい。図６（Ａ）においては、位置決め用凹み２８ａ、２８ｂにより形成される貫通孔の内径がセルモジュール６の外径とほぼ等しい大きさを有している。一方、図１１においてクランプ２４Ｂと対をなすクランプ２４Ａは、図１や図２に示した柱状の内面側集電材４の外面（内面側集電材４の取り出し部４ａ）においてセルモジュールを固定するものであることから、クランプ２４Ａに設けられる位置決め用凹み２８ａ、２８ｂは、図６（Ｂ）のように当該内面側集電材４の外面になじむ形状を有することが好ましい。図６（Ｂ）においては、位置決め用凹み２８ａ、２８ｂにより形成される貫通孔の内径が内面側集電材４の外径とほぼ等しい大きさを有している。   For the reasons described above, the clamp 24 (clamp 24B) shown in FIG. 3 fixes the cell module on the outer surface of the cell module (including the take-out portion 5a of the outer current collector 5). The provided positioning recesses 28a and 28b preferably have a shape that fits the outer surface of the cell module as shown in FIG. In FIG. 6A, the inner diameter of the through hole formed by the positioning recesses 28 a and 28 b is approximately equal to the outer diameter of the cell module 6. On the other hand, the clamp 24A paired with the clamp 24B in FIG. 11 fixes the cell module on the outer surface of the columnar inner current collector 4 shown in FIGS. 1 and 2 (the extraction portion 4a of the inner current collector 4). Therefore, it is preferable that the positioning recesses 28a and 28b provided in the clamp 24A have a shape that conforms to the outer surface of the inner current collector 4 as shown in FIG. In FIG. 6B, the inner diameter of the through hole formed by the positioning recesses 28 a and 28 b is approximately equal to the outer diameter of the inner surface side current collector 4.

位置決め用凹みの形状を、該凹みに挟み込まれる部分の形状になじむ（フィットする）形状にするためには、例えば、接着材（導電性）を位置決め用凹みの表面に塗布し、当該凹みとセルモジュール表面との隙間を埋めたり、或いは、位置決め用凹みの表面に凹凸加工（マット加工）を施してその表面積を大きくすることにより当該凹みとセルモジュール表面との接触面積を大きくしたり、或いは、位置決め用凹みの表面に板ばね等の付勢力を有する（好ましくは、付勢力及び導電性を有する）部材を配置し、当該板バネ等の部材と当該凹み及び当該板ばね等の部材とセルモジュールが密着するようにすることができる。   In order to make the shape of the positioning recess conform to the shape of the portion sandwiched between the recesses, for example, an adhesive (conductive) is applied to the surface of the positioning recess, and the recess and the cell are applied. Fill the gap with the module surface, or increase the contact area between the dent and the cell module surface by subjecting the surface of the dent for positioning to unevenness (mat processing) to increase the surface area, or A member having a biasing force such as a leaf spring (preferably having a biasing force and conductivity) is disposed on the surface of the positioning recess, and the member such as the leaf spring, the recess, the member such as the leaf spring, and the cell module. Can be in close contact.

セルモジュール集合体を構成する２つ以上のセルモジュール６は、所定間隔、すなわちある規則性を持った間隔で整列され、通常は、一定間隔（等間隔）を持って整列される。複数のセルモジュールが一定の間隔で配置されていないと、これらのセルモジュール間を通流し、セルモジュールの外面側電極３に供給される反応ガスの流れが均一とならないため、各セルモジュールへの反応ガス供給量に差が生じ、燃料電池の発電効率が悪くなってしまうからである。特に、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角の方向のセルモジュール間の間隔が、一定でない場合、反応ガスの流れに大きな偏りが生じてしまうため、少なくともセルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角の方向のセルモジュール間の間隔が一定となるように、セルモジュールが整列していることが好ましい。ただし、セルモジュール集合体の設計に応じて、所定の規則に従って周期的に又は非周期的にセルモジュール間の間隔が変化する配列としてもよい。   The two or more cell modules 6 constituting the cell module assembly are aligned at a predetermined interval, that is, an interval having a certain regularity, and are usually aligned at a constant interval (equal interval). If a plurality of cell modules are not arranged at regular intervals, the flow of the reaction gas supplied to the outer surface side electrodes 3 of the cell modules is not uniform because the flow between these cell modules is performed. This is because there is a difference in the amount of reactant gas supplied, resulting in poor power generation efficiency of the fuel cell. In particular, if the interval between the cell modules in the direction perpendicular to the direction in which the reaction gas supplied to the cell module outer surface flows is not constant, a large deviation occurs in the flow of the reaction gas, so at least the cell module outer surface side It is preferable that the cell modules are aligned so that the distance between the cell modules in a direction perpendicular to the direction in which the reaction gas to be supplied flows is constant. However, according to the design of the cell module assembly, an arrangement may be employed in which the interval between the cell modules changes periodically or aperiodically according to a predetermined rule.

従って、セルモジュールの外面側に供給する反応ガスを流す方向によるが、位置決め用凹み２８は、セルモジュール間の間隔を一定にすることができるように一定間隔で設けられていることが好ましい。位置決め用凹み２８の間隔の長さは、セルモジュールの外面に充分量の反応ガスを供給することができる程度であればよく、適宜決定すればよい。
同様の観点から、図３のように、整列部２７ａと２７ｂとが平行に且つ交互に配置され、セルモジュールを挟み込む構造３０を２列以上形成している場合には、挟み込み構造３０に挟み込まれて整列しているセルモジュールが所定間隔となるように整列部２７が配置されていることが好ましく、通常は列間が一定間隔（等間隔）となるように配置される。尚、このようにセルモジュールの各列間の間隔を一定にする場合に、セルモジュールの列に平行な方向に反応ガスを流す場合には、各列を構成するセルモジュールは間隔を置かずに配置されていてもよい。 Therefore, depending on the direction in which the reaction gas supplied to the outer surface side of the cell module flows, it is preferable that the positioning recesses 28 are provided at regular intervals so that the intervals between the cell modules can be constant. The length of the interval between the positioning recesses 28 may be determined as long as it can supply a sufficient amount of reaction gas to the outer surface of the cell module.
From the same point of view, as shown in FIG. 3, when the alignment portions 27a and 27b are alternately arranged in parallel and two or more rows of structures 30 sandwiching the cell modules are formed, they are sandwiched by the sandwiching structure 30. It is preferable that the alignment portions 27 are arranged so that the cell modules arranged in a line are arranged at a predetermined interval, and are usually arranged so that the intervals between the columns are constant (equal intervals). In this way, in the case where the spacing between the rows of the cell modules is made constant, when the reaction gas is flowed in the direction parallel to the rows of the cell modules, the cell modules constituting each row are not spaced. It may be arranged.

第一のクランプ要素２５Ａと第二のクランプ要素２５Ｂが有する可動性は、対をなす整列部２７ａと２７ｂ間のセルモジュール６を挟み込む間隔を、セルモジュール６を当該整列部２７ａと２７ｂ間に挿入及び固定が可能なように拡張及び縮小することができれば、具体的な構成は特に限定されない。   The mobility of the first clamping element 25A and the second clamping element 25B is determined by inserting the cell module 6 between the alignment parts 27a and 27b at a distance between the alignment parts 27a and 27b. The specific configuration is not particularly limited as long as it can be expanded and contracted so as to be fixed.

例えば、図３に示す本実施形態において、第一のクランプ要素２５Ａは、第二のクランプ要素２５Ｂを支持する支持面２９ａが設けられたステージ部２９と、該支持面２９ａから突出し且つステージ部２９に対して動かないように固定された整列部２７ａ（５つ）とを有しており、第二のクランプ要素２５Ｂは、第一のクランプ要素２５Ａに対して、第一のクランプ要素２５Ａの整列部２７ａと第二のクランプ要素２５Ｂの整列部２７ｂ（５つ）とが対をなして挟み込み構造３０（５列）を形成するように配置され、且つ、対をなす整列部２７ａと２７ｂ間の間隔を拡張及び縮小できるようにスライド可能な状態でステージ部２９の支持面２９ａ上に支持されている。
具体的には、第二のクランプ要素２５Ｂを図３中の矢印に沿って紙面奥側にスライドさせることによって、整列部２７ａと２７ｂ間の間隔を拡張することができ、第二のクランプ要素２５Ｂを図３中の矢印に沿って紙面手前側にスライドさせることによって、整列部２７ａと２７ｂ間の間隔を縮小することができるようになっている。さらに、第二のクランプ要素２５Ｂの５つの整列部２７ｂは、端部において一体化されているため、５列の挟み込み構造３０における整列部２７ａと２７ｂ間の間隔は、第二のクランプ要素２５Ｂを図３中に示す矢印方向にスライドさせることによって、同時に拡張又は縮小させることが可能となっている。 For example, in the present embodiment shown in FIG. 3, the first clamp element 25A includes a stage portion 29 provided with a support surface 29a that supports the second clamp element 25B, and a stage portion 29 that protrudes from the support surface 29a. And the second clamp element 25B is aligned with the first clamp element 25A with respect to the first clamp element 25A. The portion 27a and the alignment portions 27b (five) of the second clamp element 25B are arranged to form a sandwich structure 30 (five rows), and between the pair of alignment portions 27a and 27b. It is supported on the support surface 29a of the stage portion 29 in a slidable state so that the interval can be expanded and reduced.
Specifically, the distance between the alignment portions 27a and 27b can be expanded by sliding the second clamp element 25B to the back side of the drawing along the arrow in FIG. 3, and the second clamp element 25B. Is slid forward along the arrow in FIG. 3 to reduce the distance between the alignment portions 27a and 27b. Furthermore, since the five alignment portions 27b of the second clamp element 25B are integrated at the end, the interval between the alignment portions 27a and 27b in the five rows of sandwiching structures 30 is the same as that of the second clamp element 25B. By sliding in the direction of the arrow shown in FIG. 3, it is possible to expand or contract at the same time.

尚、図３のようなステージ部２９と整列部２７ａを有する第一のクランプ要素２５Ａにおいて、ステージ部２９は、第一のクランプ要素２５Ａと第二のクランプ要素２５Ｂを組み立てた時にセルモジュール６が該ステージ部２９を貫通できるように、セルモジュール６を挟み込む位置（図３中、貫通孔３１の下側）に貫通構造（図示せず）が形成されている。貫通構造はセルモジュールごとに独立した孔であってもよいし、２個以上のセルモジュールの貫通を許容する溝状の構造であっても良い。
また、図３のクランプ２４は、整列部２７を同じ数で有する第一クランプ要素２５Ａと第二クランプ要素２５Ｂをそれぞれ１つずつ有しているが、整列部２７ａと整列部２７ｂの各合計数が等しくなるように、例えば、１つの第一クランプ要素２５Ａと複数の第二クランプ要素２５Ｂを組み合わせるものであってもよいし、或いは、複数の第一クランプ要素２５Ａと１つの第二クランプ要素２５Ｂを組み合わせるものであってもよい。
また、第一のクランプ要素２５Ａと第二のクランプ要素２５Ｂは、上記したような相対的な可動性を有していれば、例えばヒンジのように、一端同士が接合された一体構造を有していてもよい。このようなヒンジ型の第一のクランプ要素及び第二のクランプ要素は、接合部を中心とする整列部間の角度を変更することによって、上記相対的な可動が可能である。 Incidentally, in the first clamp element 25A having the stage portion 29 and the alignment portion 27a as shown in FIG. 3, the stage portion 29 has the cell module 6 mounted when the first clamp element 25A and the second clamp element 25B are assembled. A penetration structure (not shown) is formed at a position where the cell module 6 is sandwiched (under the through hole 31 in FIG. 3) so that the stage portion 29 can be penetrated. The through structure may be an independent hole for each cell module, or may be a groove-like structure that allows two or more cell modules to penetrate.
3 has one first clamp element 25A and one second clamp element 25B each having the same number of alignment portions 27, and the total number of alignment portions 27a and alignment portions 27b. For example, one first clamping element 25A and a plurality of second clamping elements 25B may be combined, or a plurality of first clamping elements 25A and one second clamping element 25B may be combined. May be combined.
Moreover, if the 1st clamp element 25A and the 2nd clamp element 25B have relative movability as mentioned above, they will have an integrated structure where one ends were joined like a hinge, for example. It may be. Such a hinge-type first clamp element and second clamp element can be moved relative to each other by changing the angle between the alignment portions around the joint.

付勢部材２６は、対をなす整列部２７ａと２７ｂ間にセルモジュール６を挟み込んで固定する締付け力を第一及び第二のクランプ要素２５Ａ、２５Ｂのうち少なくとも一方に付与することができるものである。本実施形態においては、第一のクランプ要素２５Ａは、ステージ部２９に対して動かないように固定された整列部２７ａを有する構造であるから、可動性を有する第二のクランプ要素２５Ｂに締付け力が付与されるようになっている。図３において、付勢部材（板ばね）２６は、対をなす整列部２７ａと２７ｂとで形成された各挟み込み構造３０間に装着されており、第二のクランプ要素２５Ｂを図３中の矢印に沿って紙面奥側にスライドさせ、整列部２７ａと２７ｂ間の間隔を拡張させると、当該付勢部材（板ばね）２６が圧縮される。この板ばね２６の圧縮状態を解放することによって、第二のクランプ要素２５Ｂは図３中の矢印に沿って紙面手前側にスライドし、整列部２７ａと２７ｂ間の間隔が縮小されて、当該整列部間に挿入されたセルモジュールを締め付け、固定することができるようになっている。   The urging member 26 can apply a tightening force for sandwiching and fixing the cell module 6 between the paired alignment portions 27a and 27b to at least one of the first and second clamp elements 25A and 25B. is there. In the present embodiment, the first clamping element 25A has a structure having an alignment portion 27a fixed so as not to move with respect to the stage portion 29. Therefore, the clamping force is applied to the movable second clamping element 25B. Is to be granted. In FIG. 3, an urging member (plate spring) 26 is mounted between each sandwiching structure 30 formed by a pair of alignment portions 27a and 27b, and the second clamp element 25B is attached to the arrow in FIG. When the distance between the aligning portions 27a and 27b is expanded by sliding to the back side of the drawing along the line, the urging member (leaf spring) 26 is compressed. By releasing the compressed state of the leaf spring 26, the second clamp element 25B slides to the front side of the page along the arrow in FIG. 3, and the interval between the alignment portions 27a and 27b is reduced, so that the alignment is performed. The cell module inserted between the parts can be tightened and fixed.

付勢部材２６は、挟み込み構造３０に挿入されたセルモジュールを挟み込んで固定することができる締め付け力を、第一及び第二のクランプ要素２５Ａ、２５Ｂのうち少なくとも一方に付与することができるものであれば特に限定されず、図３に示すような板ばねの他、例えば、コイルスプリング、ネジ止め、てこ状クランプレバー等を用いることができる。また、付勢部材２６は一つのみであっても複数であってもよいし、複数の種類を組み合わせて用いてもよく、必要な締め付け力等に応じて適宜選択すればよい。   The urging member 26 can apply a clamping force capable of sandwiching and fixing the cell module inserted into the sandwiching structure 30 to at least one of the first and second clamp elements 25A and 25B. If there is no particular limitation, for example, a coil spring, screwing, a lever-like clamp lever or the like can be used in addition to the leaf spring as shown in FIG. Further, the urging member 26 may be only one or plural, and a plurality of types may be used in combination, and may be appropriately selected according to a necessary tightening force or the like.

第一のクランプ要素２５Ａと第二のクランプ要素２５Ｂを形成する材料は、セルモジュールを一体に固定することができる硬さや強度を有していれば、特に限定されず、例えば、プラスチック、金属、炭素材料、ガラス等を用いることができる。特に、クランプ要素２５Ａ及び２５Ｂのうち少なくとも一方の整列部２７の少なくともセルモジュールを挟み込む部位を、導電性を有している材料を用いて形成する場合には、この導電性材料からなる整列部２７の部位をセルモジュールの内面側又は外面側に配置された集電材（４又は５）と接触させることによって、クランプ２４を集電部材として機能させることができる。クランプ２４が集電部材の役割を果たすことによって、セルモジュール集合体を構成する部品の点数を少なくすることができるため、セルモジュール集合体の生産性をさらに高めることができる。また、各集電材４又は５と集電部材との電気的接続を容易に且つ効率的に行うことが可能である。   The material forming the first clamp element 25A and the second clamp element 25B is not particularly limited as long as it has hardness and strength capable of fixing the cell module integrally. For example, plastic, metal, A carbon material, glass, etc. can be used. In particular, when forming at least a portion of the clamping elements 25A and 25B where at least the cell module is sandwiched by using a material having conductivity, the alignment portion 27 made of the conductive material is used. The clamp 24 can be made to function as a current collecting member by bringing this part into contact with the current collecting material (4 or 5) arranged on the inner surface side or the outer surface side of the cell module. Since the clamp 24 serves as a current collecting member, the number of parts constituting the cell module assembly can be reduced, so that the productivity of the cell module assembly can be further increased. Further, it is possible to easily and efficiently perform electrical connection between each current collector 4 or 5 and the current collector.

セルモジュールの内面側集電材４又は外面側集電材５と集電部材として機能するクランプ２４との接触面積を大きくし、集電効率を高めるため、第一のクランプ要素２５Ａ及び第二のクランプ要素２５Ｂの整列部２７のセルモジュールを挟み込む部位が、共に導電性材料で形成されることが好ましい。   In order to increase the contact area between the inner surface side current collector 4 or the outer surface side current collector 5 of the cell module and the clamp 24 functioning as a current collector and to improve the current collection efficiency, the first clamp element 25A and the second clamp element It is preferable that both the portions sandwiching the cell module of the 25B alignment portion 27 are formed of a conductive material.

さらに、クランプ要素２５Ａ及び２５Ｂのうち少なくとも一方の整列部２７の少なくともセルモジュールを挟み込む部位を、導電性材料を用いて形成する場合には、セルモジュールを整列部２７で挟み込んで固定するための締付け力によって、セルモジュールの内面側集電材４又は外面側集電材５とクランプ要素２５との電気的接続部分に面圧が付与されるため、集電効率を高めることができる。特に、整列部２７に設けられる位置決め用凹みを含む部位が導電性材料で形成されている場合には、当該位置決め用凹み２８の位置で集電材４又は外面に集電材５を配置したセルモジュール６が挟み込まれることによって、集電部材であるクランプ２４と集電材４又は集電材５との接触面積も広くなり、さらに集電効率が高くなる。
このとき、集電材４又は５とクランプ要素２５との接触面積を大きくし、且つ、集電材４又は５とクランプ要素２５との間の面圧をさらに大きくすることができることから、整列部２７に設けられる位置決め用凹み２８は、セルモジュール６の当該位置決め用凹み２８において挟み込まれる部分（位置決め用凹み２８の凹み部分に接触する集電材４又は５を含む）の形状になじむ（フィットする）形状を有することが好ましく、また、整列部２７ａ及び整列部２７ｂの両方に設けられていることが好ましい。 Further, in the case where at least a part of the clamping elements 25A and 25B sandwiching at least the cell module is formed using a conductive material, tightening for clamping the cell module by the alignment part 27 and fixing the cell module. Since the surface pressure is applied to the electrical connection portion between the inner surface side current collector 4 or the outer surface side current collector 5 and the clamp element 25 by the force, the current collection efficiency can be increased. In particular, when the portion including the positioning recess provided in the alignment portion 27 is formed of a conductive material, the cell module 6 in which the current collector 4 or the current collector 5 is disposed on the outer surface at the position of the positioning recess 28. Is sandwiched, the contact area between the clamp 24, which is a current collecting member, and the current collecting material 4 or the current collecting material 5 is increased, and the current collecting efficiency is further increased.
At this time, the contact area between the current collector 4 or 5 and the clamp element 25 can be increased, and the surface pressure between the current collector 4 or 5 and the clamp element 25 can be further increased. The positioning recess 28 provided has a shape that fits (fits) into the shape of the portion sandwiched in the positioning recess 28 of the cell module 6 (including the current collector 4 or 5 that contacts the recess portion of the positioning recess 28). It is preferable to have it, and it is preferable to be provided in both the alignment part 27a and the alignment part 27b.

すなわち、クランプ２４が導電性材料からなる本実施形態において、図３に示すクランプ２４（クランプ２４Ｂ）は、図１３のように外面側集電材５が配置されたセルモジュールの外面において、セルモジュールを挟み込んで固定すると同時に集電するものであり、クランプ２４Ｂに設けられる位置決め用凹み２８は、図６（Ａ）のように、外面側集電材５が配置されたセルモジュールの外面になじむ形状を有することが好ましい。一方、図１２のようにクランプ２４Ｂと対をなすクランプ２４Ａは、セルモジュール６の開放端側において、電極２、電解質膜１、電極３、外面側集電材５を剥き、柱状の内面側集電材４を露出させ、当該露出した内面側集電材４の外面においてセルモジュールを固定すると同時に集電するものであり、クランプ２４Ａに設けられる位置決め用凹み２８は、図６（Ｂ）のように当該内面側集電材４の外面になじむ形状を有することが好ましい。このように、内面側集電材４又は外面側集電材５と集電部材であるクランプ２４が密着することによって、接触面積が広くなり、且つ、面圧が付与され、且つ、セルモジュールに付与される面圧が均一となるため、集電効率を向上させることが可能となる。   That is, in the present embodiment in which the clamp 24 is made of a conductive material, the clamp 24 (clamp 24B) shown in FIG. 3 has a cell module on the outer surface of the cell module on which the outer current collector 5 is arranged as shown in FIG. The positioning recess 28 provided in the clamp 24B has a shape that fits the outer surface of the cell module on which the outer current collector 5 is disposed, as shown in FIG. 6A. It is preferable. On the other hand, as shown in FIG. 12, the clamp 24A paired with the clamp 24B peels off the electrode 2, the electrolyte membrane 1, the electrode 3, and the outer surface side current collector 5 on the open end side of the cell module 6 to form a columnar inner surface side current collector. 4 is exposed, and the cell module is fixed on the outer surface of the exposed inner surface side current collector 4, and the current is collected at the same time. The positioning recess 28 provided in the clamp 24A has the inner surface as shown in FIG. It is preferable to have a shape that conforms to the outer surface of the side current collector 4. In this way, the inner surface side current collector 4 or the outer surface side current collector 5 and the clamp 24 that is the current collector are brought into close contact with each other, so that the contact area is widened, the surface pressure is applied, and the cell module is applied. Since the surface pressure becomes uniform, the current collection efficiency can be improved.

ここで、図１１〜図１４を用いて、負極側集電部材であるクランプ２４Ａと負極側集電材４の電気的接続、及び、正極側集電部材であるクランプ２４Ｂと正極側集電材５の電気的接続について、さらに説明する。図１１はセルカートリッジ１３Ａの拡大縦断面図、図１２及び図１３は、図１１の領域Ｘ及び領域Ｙの拡大図である。   Here, using FIG. 11 to FIG. 14, the electrical connection between the clamp 24 </ b> A that is the negative current collector and the negative current collector 4, and the clamp 24 </ b> B that is the positive current collector and the positive current collector 5 The electrical connection will be further described. 11 is an enlarged vertical sectional view of the cell cartridge 13A, and FIGS. 12 and 13 are enlarged views of the region X and the region Y in FIG.

図１１、１２に示すように、セルモジュール６Ａは、負極側集電材（内面側集電材）４をセルモジュールの外面側に露出させた取り出し部分４ａが配置された開放端（上端）が、クランプ２４Ａの挟み込み構造の貫通孔３１に挿入され、中空内部から延びる負極側集電材４の取り出し部分４ａが、クランプ２４Ａに電気的に接続されている。本実施形態では、負極側集電材４及びアノード２と正極側集電材５及びカソード３との接触によるショートを防止するため、クランプ２４Ａのセルモジュール側に絶縁層７を設けているが、セルカートリッジの設計によっては設けなくてもよい。クランプ２４Ａの貫通孔３１に挿入されたセルモジュール６Ａの開口端は、中空電解質膜の中空内へ水素ガスを供給可能な状態で、クランプ２４Ａに挿入、接続されている。
絶縁層７の材料としては、ポリカーボネート、エポキシガラス、ナイロン、ＰＥＳ等の絶縁材料を用いることができる。 As shown in FIGS. 11 and 12, the cell module 6 </ b> A has an open end (upper end) on which a take-out portion 4 a in which the negative electrode side current collector (inner surface side current collector) 4 is exposed on the outer surface side of the cell module is disposed. A take-out portion 4a of the negative electrode side current collector 4 inserted into the through hole 31 of the sandwiching structure 24A and extending from the hollow interior is electrically connected to the clamp 24A. In this embodiment, the insulating layer 7 is provided on the cell module side of the clamp 24A in order to prevent a short circuit due to contact between the negative electrode side current collector 4 and the anode 2 and the positive electrode side current collector 5 and the cathode 3, but the cell cartridge It may not be provided depending on the design. The open end of the cell module 6A inserted into the through hole 31 of the clamp 24A is inserted and connected to the clamp 24A in a state where hydrogen gas can be supplied into the hollow of the hollow electrolyte membrane.
As a material of the insulating layer 7, an insulating material such as polycarbonate, epoxy glass, nylon, PES or the like can be used.

セルモジュール６Ａの閉鎖端（下端）側は、図１１、１３のように、クランプ２４Ｂの挟み込み構造の貫通孔３１に挿入され、セルモジュール外面に配置された正極側集電材５の取り出し部分５ａが、クランプ２４Ｂに電気的に接続されている。図１３に示すクランプ２４Ｂにおいては、負極側と正極側は絶縁状態となっているため、絶縁層を設けていないが、必要に応じて適宜絶縁層を設けてもよい。なお、クランプ２４Ｂの貫通孔３１に挿入されたセルモジュール６Ａの一端（下端）は、負極側集電材４とアノード２との間に形成されている隙間（水素ガスの流路）４ｃが樹脂により予め封鎖されている。   As shown in FIGS. 11 and 13, the closed end (lower end) side of the cell module 6A is inserted into the through-hole 31 of the sandwiching structure of the clamp 24B, and the take-out portion 5a of the positive current collector 5 arranged on the outer surface of the cell module is , Electrically connected to the clamp 24B. In the clamp 24B shown in FIG. 13, since the negative electrode side and the positive electrode side are in an insulating state, an insulating layer is not provided, but an insulating layer may be provided as needed. One end (lower end) of the cell module 6A inserted into the through-hole 31 of the clamp 24B has a gap (hydrogen gas flow path) 4c formed between the negative electrode side current collector 4 and the anode 2 made of resin. It is blocked beforehand.

セルカートリッジ１３Ａに接続されている全セルモジュール６Ａは、上記のようにしてその負極側集電材４がクランプ２４Ａ、正極側集電材５がクランプ２４Ｂに接続された並列接続となっている。しかしながら、一つのセルカートリッジ内におけるセルモジュール間の接続形態は、このように全セルモジュールを並列接続した形態に限られず、全セルモジュールを直列接続してもよく、或いは、セルモジュール６Ａと６Ｂとを用いて並列接続と直列接続を併用した形態でもよい。   All the cell modules 6A connected to the cell cartridge 13A have a parallel connection in which the negative current collector 4 is connected to the clamp 24A and the positive current collector 5 is connected to the clamp 24B as described above. However, the connection form between the cell modules in one cell cartridge is not limited to the form in which all the cell modules are connected in parallel as described above, and all the cell modules may be connected in series, or the cell modules 6A and 6B A form in which parallel connection and series connection are used together may be used.

各セルモジュールの負極側集電材４が接続するクランプ２４Ａは負極出力部１１、各セルモジュールの正極側集電材５が接続するクランプ２４Ｂは正極出力部１２を有しており、これによって各セルモジュールの負極及び正極が統合され、負極出力部１１及び正極出力部１２からセルカートリッジの電力が出力されることとなる。   The clamp 24A to which the negative current collector 4 of each cell module is connected has a negative output part 11, and the clamp 24B to which the positive current collector 5 of each cell module is connected has a positive output part 12, whereby each cell module. The negative electrode and the positive electrode are integrated, and the power of the cell cartridge is output from the negative electrode output unit 11 and the positive electrode output unit 12.

クランプ要素２５を形成する材料として用いることができる導電性材料としては、平型の燃料電池の集電部材に用いられているものが挙げられ、例えば、金属、炭素材料、導電性セラミックス、導電性樹脂等が挙げられる。これら導電性材料は１種のみであってもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。具体的な金属材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｉｎ等の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、又はステンレス鋼（ＳＵＳ）などのそれらの合金が挙げられる。得られるクランプ要素２５の強度の点からはＳＵＳやＴｉ、軽量化の点からはＡｌ、Ｔｉ、導電性の点からはＣｕ，Ａｌが好ましい。金属材料は、クランプ要素２５が晒される環境に応じて適宜選択することもできる。例えば、クランプ要素２５が水素と接触する場合には、水素の吸着によって金属材料が脆くなる水素脆化に対して耐性を有しているものを選択することが好ましい。また、耐腐食性が要求される場合にはＴｉやＳＵＳ等を用いることが好ましい。   Examples of the conductive material that can be used as a material for forming the clamp element 25 include those used for current collecting members of flat fuel cells, such as metals, carbon materials, conductive ceramics, and conductive materials. Examples thereof include resins. These conductive materials may be used alone or in combination. Specific examples of the metal material include at least one metal selected from Al, Cu, Fe, Ni, Cr, Ta, Ti, Zr, Sm, In, and the like, or stainless steel (SUS). These alloys are mentioned. SUS and Ti are preferable from the viewpoint of the strength of the obtained clamp element 25, Al and Ti are preferable from the viewpoint of weight reduction, and Cu and Al are preferable from the viewpoint of conductivity. The metal material can be appropriately selected depending on the environment to which the clamp element 25 is exposed. For example, when the clamp element 25 is in contact with hydrogen, it is preferable to select one that has resistance to hydrogen embrittlement in which the metal material becomes brittle due to hydrogen adsorption. Further, when corrosion resistance is required, it is preferable to use Ti, SUS or the like.

図１４〜図１６に示すように、第二のセルモジュール６Ｂを用いた第二のセルカートリッジ１３Ｂは、第一のセルカートリッジ１３Ａにおいて、セルモジュール６Ａをセルモジュール６Ｂとし、クランプ２４Ｂが上面、クランプ２４Ａが下面に配置されるようにした以外は同じ構成である。ここで、図１５及び図１６は、図１４における領域Ｘ’及び領域Ｙ’の拡大図である。   As shown in FIGS. 14 to 16, the second cell cartridge 13B using the second cell module 6B is the first cell cartridge 13A, in which the cell module 6A is the cell module 6B, the clamp 24B is the upper surface, and the clamp The configuration is the same except that 24A is arranged on the lower surface. Here, FIGS. 15 and 16 are enlarged views of the region X ′ and the region Y ′ in FIG. 14.

以上説明したように、本発明のセルモジュール集合体を用いて構成される燃料電池は、生産性が高く、また、クランプの材料によっては、生産性と共に発電効率に優れるものである。   As described above, the fuel cell configured using the cell module assembly of the present invention has high productivity, and, depending on the material of the clamp, has excellent productivity and power generation efficiency.

上記のようなセルカートリッジは、当該セルカートリッジを２個以上収容する収容部と、収容したセルカートリッジの正極出力部及び負極出力部を電気的に接続するカートリッジ接続部と、接続されたセルカートリッジの正極出力部及び負極出力部をそれぞれ統合する正極出力端子及び負極出力端子を有する外装容器に収容して用いることができる。
以下、図１６を用いて外装容器について説明する。図１６は、セルカートリッジ１３（１３Ａ及び１３Ｂ）を収容することができる外装容器２１である。外装容器２１は、２個以上のセルカートリッジ１３がその広幅の前面と背面を、隣接するカートリッジの背面又は前面と向き合わせて整列して収容することが可能な収容部１４を有している。 The cell cartridge as described above includes an accommodating portion that accommodates two or more of the cell cartridges, a cartridge connecting portion that electrically connects the positive electrode output portion and the negative electrode output portion of the accommodated cell cartridge, and the connected cell cartridge. The positive electrode output part and the negative electrode output part can be accommodated and used in an exterior container having a positive electrode output terminal and a negative electrode output terminal, respectively.
Hereinafter, the exterior container will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows an outer container 21 that can accommodate the cell cartridge 13 (13A and 13B). The outer container 21 has a storage portion 14 in which two or more cell cartridges 13 can be accommodated in such a manner that the wide front surface and the back surface thereof are aligned with the back surface or the front surface of an adjacent cartridge.

収容部１４は、カートリッジ接続部１５が備えられた前後一対の壁板１６及び１７と、底部１８、側壁１９により規定されており、上記のようにして整列して収容されるセルカートリッジ１３群を取り囲むような筐体である。収容部１４に収容されるセルカートリッジ１３は個々に収容部への出し入れが可能となっている。収容部１４は２個以上のセルモジュールを収容できれば、図１６に示すような筐体に限らず、フレーム構造を有するものであってもよいし、セルカートリッジ１３を積載できるトレーのようなものでもよい。本実施形態では、壁板１６及び１７はその外周を取り囲む枠以外は、網目状の開放構造を有しており、外装容器内には外気が自由に流入できる。
本実施形態においては、第一のセルカートリッジ１３Ａは図１１に示すように上面付近に負極出力部１１、下面付近に正極出力部１２が位置した状態、第二のセルカートリッジ１３Ｂは図１４に示すように上面付近に正極出力部１２、下面付近に負極出力部１１が位置した状態で、交互に整列して外装容器の収容部に収容され、直列に接続される。このとき、双方のセルカートリッジ１３Ａ，１３Ｂが有するセルモジュールの開口端は、共に上面側を向いて開口した状態となっている。 The accommodating portion 14 is defined by a pair of front and rear wall plates 16 and 17 provided with the cartridge connecting portion 15, a bottom portion 18, and a side wall 19. The accommodating portion 14 is a group of cell cartridges 13 arranged and accommodated as described above. It is a case that surrounds. The cell cartridges 13 accommodated in the accommodating part 14 can be individually taken into and out of the accommodating part. As long as the accommodating portion 14 can accommodate two or more cell modules, the housing 14 is not limited to the housing as shown in FIG. 16, and may have a frame structure or a tray on which the cell cartridge 13 can be loaded. Good. In the present embodiment, the wall plates 16 and 17 have a mesh-like open structure except for the frame surrounding the outer periphery thereof, and outside air can freely flow into the exterior container.
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the first cell cartridge 13A is in a state where the negative electrode output portion 11 is located near the upper surface and the positive electrode output portion 12 is located near the lower surface, and the second cell cartridge 13B is shown in FIG. Thus, with the positive electrode output portion 12 positioned near the upper surface and the negative electrode output portion 11 positioned near the lower surface, they are alternately arranged and accommodated in the accommodating portion of the outer container and connected in series. At this time, the open ends of the cell modules included in both the cell cartridges 13A and 13B are both open toward the upper surface side.

カートリッジ接続部１５は、収容されるセルカートリッジ１３の一対の側面の上面側及び下面側にそれぞれ設けられた、負極出力部１１及び正極出力部１２の位置に合わせて、壁板１６及び１７の内面側の所定位置に規則的に間隔を空けて配置されており、セルカートリッジ１３を収容部の所定位置に収容すると、負極出力部１１と正極出力部１２がカートリッジ接続部１５と自然に接触し、接続されるようになっている。
このカートリッジ接続部１５において、外装容器２１に収容されるセルカートリッジ１３Ａと１３Ｂは交互に整列した状態で、その負極出力部１１又は正極出力部１２が隣り合うセルカートリッジの異極の出力部と接続され、次々と直列接続される。
図１７に示す外装容器２１内の両端に収容される各セルカートリッジは、一方の出力部が隣接するセルカートリッジと接続されるカートリッジ接続部１５と、他方の出力部が壁板１７の外面側に設けられた正極出力端子２２又は負極出力端子２３と接続される。そして、複数のセルカートリッジ１３Ａとセルカートリッジ１３Ｂを直列接続したこの燃料電池の電力は、外装容器外面に設けられた正極出力端子２２及び上記負極出力端子２３から出力されることとなる。カートリッジ接続部１５、負極出力端子２３及び正極出力端子２２には、上記した導電性材料と同様のものを用いることができる。 The cartridge connecting portion 15 is provided on the inner surfaces of the wall plates 16 and 17 according to the positions of the negative electrode output portion 11 and the positive electrode output portion 12 provided on the upper surface side and the lower surface side of the pair of side surfaces of the cell cartridge 13 to be accommodated. When the cell cartridge 13 is accommodated in a predetermined position of the accommodating portion, the negative electrode output portion 11 and the positive electrode output portion 12 naturally come into contact with the cartridge connecting portion 15. Connected.
In this cartridge connection portion 15, the cell cartridges 13A and 13B accommodated in the outer container 21 are alternately aligned, and the negative electrode output portion 11 or the positive electrode output portion 12 is connected to the output portion of a different polarity of the adjacent cell cartridge. Are connected in series.
Each cell cartridge housed at both ends in the outer container 21 shown in FIG. 17 has a cartridge connecting portion 15 with one output portion connected to an adjacent cell cartridge, and the other output portion on the outer surface side of the wall plate 17. It is connected to the provided positive output terminal 22 or negative output terminal 23. And the electric power of this fuel cell which connected the some cell cartridge 13A and the cell cartridge 13B in series will be output from the positive electrode output terminal 22 and the said negative electrode output terminal 23 which were provided in the outer container outer surface. For the cartridge connecting portion 15, the negative electrode output terminal 23, and the positive electrode output terminal 22, the same materials as those described above can be used.

ここではセルカートリッジの直列接続について説明したが、外装容器内におけるセルカートリッジの接続方法は直列接続に限られず、例えば、セルカートリッジ１３Ａのみ又は１３Ｂのみを用いて並列接続することもできるし、並列接続したセルカートリッジ１３Ａ群と並列接続したセルカートリッジ１３Ｂ群とを直列接続することもできる。カートリッジ接続部１５の形態は特に限られず、接続するセルカートリッジの出力部の形状、セルカートリッジの接続方法等に応じて適宜設計すればよい。   Here, the serial connection of the cell cartridges has been described. However, the connection method of the cell cartridges in the outer container is not limited to the serial connection. For example, the cell cartridges can be connected in parallel using only the cell cartridge 13A or 13B. The cell cartridge 13A group and the cell cartridge 13B group connected in parallel can be connected in series. The form of the cartridge connection portion 15 is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the shape of the output portion of the cell cartridge to be connected, the connection method of the cell cartridge, and the like.

以上のように、複数のセルモジュールが接続されたセルカートリッジ（セルモジュール集合体）を、外装容器に２個以上収容し、電気的に接続してなる燃料電池は、セルカートリッジに接続されたセルモジュールの中空内（アノード、本実施形態では燃料極）及び外面（カソード、本実施形態では空気極）に水素及び空気（酸素）を供給することにより、電気化学反応を起こし、発電することが可能となる。本実施形態では、セルモジュールの中空内に水素ガス、外面に空気を供給する。   As described above, a fuel cell in which two or more cell cartridges (cell module aggregates) connected to a plurality of cell modules are accommodated in an outer container and electrically connected is a cell connected to the cell cartridge. By supplying hydrogen and air (oxygen) to the hollow inside (anode, fuel electrode in this embodiment) and the outer surface (cathode, air electrode in this embodiment) of the module, it is possible to generate an electrochemical reaction and generate electric power. It becomes. In this embodiment, hydrogen gas is supplied into the hollow of the cell module and air is supplied to the outer surface.

図示されていないが、外装容器の蓋２０には水素ガス入口部２０ａから天板部２０ｂの内部を通り、天板部下面に開口する水素ガス流路が形成されている。水素ガスは、この流路を通り、各セルカートリッジの上面に配置されたクランプ２４Ａ又はクランプ２４Ｂに至り、当該クランプ２４の貫通孔に挿入されたセルモジュールの開口端に流入し、中空内に供給される。水素ガス供給源から、各セルカートリッジのクランプの貫通孔を通り、セルモジュール中空内へと連通する水素ガスの流路は、水素ガスの漏洩を防止するために気密性が保持されており、例えば、蓋２０の天板部２０ｂの下面に設けられた開口部と、各セルカートリッジの上面に設けられたモジュール接続部との接続箇所は、Ｏリング等により気密状態となっている。本実施形態においては、セルモジュールの開口端を上面側に配置し、上面側からセルモジュール内に水素ガスを供給しているが、開口端を下面側に配置し、下面側から水素ガスを供給してもよい。   Although not shown in the figure, a hydrogen gas flow path is formed in the lid 20 of the outer container so as to pass through the interior of the top plate portion 20b from the hydrogen gas inlet portion 20a and open to the bottom surface of the top plate portion. The hydrogen gas passes through this flow path, reaches the clamp 24A or the clamp 24B arranged on the upper surface of each cell cartridge, flows into the open end of the cell module inserted into the through hole of the clamp 24, and is supplied into the hollow space. Is done. The hydrogen gas flow path communicating from the hydrogen gas supply source through the clamp through hole of each cell cartridge to the inside of the cell module hollow is kept airtight to prevent leakage of hydrogen gas, for example, The connection portion between the opening provided on the lower surface of the top plate portion 20b of the lid 20 and the module connection portion provided on the upper surface of each cell cartridge is airtight by an O-ring or the like. In this embodiment, the open end of the cell module is arranged on the upper surface side, and hydrogen gas is supplied into the cell module from the upper surface side. However, the open end is arranged on the lower surface side and hydrogen gas is supplied from the lower surface side. May be.

一方、空気は、外装容器の開放構造（壁板１６、１７の網目構造）を通って外装容器内へと流入し、さらに、各セルカートリッジの開放構造（正極出力部１２、負極出力部１１間の開口部）を通ってセルカートリッジ内へ流入し、セルモジュールの外面に供給されることとなる。本実施形態では、外装容器及びセルカートリッジ共に外気が自由に流入可能な開放構造を有しているため、空気を供給するための空気供給源を特に設けなくても、外気である空気を開放構造から自然と取り込み、セルモジュール外面に設けられた空気極に供給することが可能である。従って、空気供給装置、及びこれを設置するためのスペースが不要となり、低コストで、コンパクトな燃料電池を構築することができる。本発明の燃料電池において、外装容器及びセルカートリッジは上記のように開放構造を有していなくてもよく、例えば、開放構造を持たない外装容器と開放構造を有するセルカートリッジを組み合わせたり、共に開放構造をもたない外装容器及びセルカートリッジを用いることもできる。ただし、これらの場合には、空気供給源を設置して、該空気供給源からセルモジュール外面へと連通する流路を設ける。   On the other hand, air flows into the exterior container through the open structure of the exterior container (mesh structure of the wall plates 16 and 17), and further, the open structure of each cell cartridge (between the positive electrode output unit 12 and the negative electrode output unit 11). Through the opening) into the cell cartridge and supplied to the outer surface of the cell module. In the present embodiment, both the outer container and the cell cartridge have an open structure in which the outside air can freely flow in. Therefore, even if an air supply source for supplying air is not particularly provided, the open air is opened. Can be taken in naturally and supplied to the air electrode provided on the outer surface of the cell module. Therefore, an air supply device and a space for installing the air supply device are not necessary, and a compact fuel cell can be constructed at low cost. In the fuel cell of the present invention, the outer container and the cell cartridge do not have to have an open structure as described above. For example, an outer container having no open structure and a cell cartridge having an open structure are combined or opened together. An exterior container and a cell cartridge having no structure can also be used. However, in these cases, an air supply source is installed, and a flow path communicating from the air supply source to the outer surface of the cell module is provided.

本発明に用いられるチューブ状セルモジュールの断面図ある。It is sectional drawing of the tubular cell module used for this invention. 図１のチューブ状セルモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the tubular cell module of FIG. 本発明において用いられるクランプの一形態例を示す概略図であって、当該クランプによって固定されるセルモジュールの一端を該端面側から見た図である。It is the schematic which shows one example of the clamp used in this invention, Comprising: It is the figure which looked at the end of the cell module fixed by the said clamp from this end surface side. 図３に示すクランプの第一のクランプ要素の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a first clamping element of the clamp shown in FIG. 3. 図３に示すクランプの第二のクランプ要素の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a second clamping element of the clamp shown in FIG. 3. クランプの整列部により、セルモジュールが挟み込まれている状態を示す図である。It is a figure which shows the state by which the cell module is pinched | interposed by the alignment part of a clamp. 本発明のセルモジュール集合体（カートリッジ）の一形態例を示す概略図である。It is the schematic which shows one example of a cell module aggregate | assembly (cartridge) of this invention. 図７に示すセルカートリッジの前面（背面）図である。FIG. 8 is a front (rear) view of the cell cartridge shown in FIG. 7. 図７に示すセルカートリッジの側面図である。FIG. 8 is a side view of the cell cartridge shown in FIG. 7. 図８におけるセルカートリッジのＡＡ断面図である。It is AA sectional drawing of the cell cartridge in FIG. 本発明のセルモジュール集合体（セルカートリッジ）の一形態例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing an example of a form of a cell module aggregate (cell cartridge) of the present invention. 図１１における領域Ｘの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region X in FIG. 図１１における領域Ｙの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region Y in FIG. 本発明のセルモジュール集合体（セルカートリッジ）の他の一形態例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other examples of a cell module aggregate (cell cartridge) of the present invention. 図１４における領域Ｘ’の拡大図である。FIG. 15 is an enlarged view of a region X ′ in FIG. 14. 図１５における領域Ｙ’の拡大図である。FIG. 16 is an enlarged view of a region Y ′ in FIG. 15. 外装容器の一形態例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 form of an exterior container.

符号の説明Explanation of symbols

１…中空電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）
２…アノード
３…カソード
４…負極側集電材（内面側集電材）
５…正極側集電材（外面側集電材）
６，６Ａ，６Ｂ…セルモジュール
７…絶縁層
９，１０…平板
１１…負極出力部
１２…正極出力部
１３，１３Ａ，１３Ｂ…セルカートリッジ
１４…収容部
１５…カートリッジ接続部
１６，１７…壁板
１８…底部
１９…側壁
２０…蓋
２１…外装容器
２２…正極出力端子
２３…負極出力端子
２４，２４Ａ，２４Ｂ…クランプ
２５…クランプ要素（２５Ａ…第一のクランプ要素、２５Ｂ…第二のクランプ要素）
２６…付勢部材
２７，２７ａ，２７ｂ…整列部
２８,２８ａ，２８ｂ…位置決め用凹み
２９…ステージ部（２９ａ…支持面）
３０…挟み込み構造
３１…貫通孔 1 ... Hollow electrolyte membrane (perfluorocarbon sulfonic acid membrane)
2 ... Anode 3 ... Cathode 4 ... Negative current collector (inner current collector)
5 ... Positive current collector (outer collector)
6, 6A, 6B ... cell module 7 ... insulating layer 9, 10 ... flat plate 11 ... negative electrode output part 12 ... positive electrode output part 13, 13A, 13B ... cell cartridge 14 ... housing part 15 ... cartridge connection part 16, 17 ... wall plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Bottom part 19 ... Side wall 20 ... Lid 21 ... Exterior container 22 ... Positive electrode output terminal 23 ... Negative electrode output terminal 24, 24A, 24B ... Clamp 25 ... Clamp element (25A ... 1st clamp element, 25B ... 2nd clamp element )
26 ... Biasing members 27, 27a, 27b ... Alignment portions 28, 28a, 28b ... Positioning recesses 29 ... Stage (29a ... support surface)
30 ... sandwiched structure 31 ... through hole

Claims (9)

中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールを２個以上、クランプで一体に固定したセルモジュール集合体であって、前記クランプは、第一のクランプ要素、第二のクランプ要素、及び、付勢部材を備えており、前記第一及び第二の各クランプ要素は少なくとも１つの整列部を有し、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を形成し、且つ、対をなす整列部のうち少なくとも一方には、２個以上のセルモジュールを該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列することができる位置決め用凹みが所定間隔で設けられており、前記第一及び第二のクランプ要素は、対をなす整列部の間の間隔を、セルモジュールの挿入及び固定が可能なように拡張及び縮小する相対的な可動性を有し、前記付勢部材は、対をなす整列部の間にセルモジュールを挟み込んで固定する締付け力を第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方に付与することができ、前記２個以上のセルモジュールは、前記対をなす整列部の間に、前記位置決め用凹みの位置で挟み込まれて、該セルモジュールの長手方向が平行となるように整列されていること特徴とするセルモジュール集合体。   A cell module assembly in which two or more cell modules having a pair of electrodes provided on an inner surface and an outer surface of a hollow electrolyte membrane are integrally fixed by a clamp, the clamp including a first clamp element, a second clamp A clamp element and a biasing member, each of the first and second clamp elements having at least one alignment portion, the alignment portion of the first clamp element and the alignment portion of the second clamp element; And a pair of two or more cell modules are sandwiched between them, and at least one of the paired alignment portions has two or more cell modules in parallel in the longitudinal direction of the cell modules. Positioning recesses that can be aligned are provided at predetermined intervals, and the first and second clamping elements are arranged so that the distance between the pair of alignment portions is determined by inserting and fixing the cell module. The first and second clamping elements have a relative movability to expand and contract so that the first and second clamping elements have a clamping force that sandwiches and fixes the cell module between the pair of alignment portions. The two or more cell modules are sandwiched between the pair of alignment portions at the position of the positioning recess, and the longitudinal directions of the cell modules are parallel to each other. A cell module assembly characterized by being arranged so as to become. 前記対をなす整列部の両方に、前記位置決め用凹みが設けられている請求項１に記載のセルモジュール集合体。   The cell module assembly according to claim 1, wherein the positioning recess is provided in both of the paired alignment portions. 前記第一及び第二の各クランプ要素は、セルモジュールを整列させる方向が平行な少なくとも２つの整列部を有しており、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが交互に配置され、前記整列部が対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を２列以上形成し、その各列に前記セルモジュールが挟み込まれて２列以上に整列されている請求項１又は２に記載のセルモジュール集合体。   Each of the first and second clamping elements has at least two alignment portions parallel in the direction in which the cell modules are aligned, and includes an alignment portion of the first clamping element and an alignment portion of the second clamping element. Are arranged alternately to form two or more rows of structures in which two or more cell modules are sandwiched in pairs, and the cell modules are sandwiched in each row and aligned in two or more rows. Item 3. The cell module assembly according to Item 1 or 2. 前記第一のクランプ要素は、前記第二のクランプ要素を支持する支持面が設けられたステージ部と、該支持面から突出させた整列部を有し、前記第二のクランプ要素は、第一のクランプ要素に対して、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を形成するように配置され、且つ、対をなす整列部の間の間隔を拡張及び縮小できるようにスライド可能な状態で該ステージ部の支持面上に支持されている請求項１乃至３のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   The first clamp element includes a stage portion provided with a support surface that supports the second clamp element, and an alignment portion that protrudes from the support surface. The first clamp element alignment portion and the second clamp element alignment portion are paired with each other to form a structure sandwiching two or more cell modules. 4. The cell module assembly according to claim 1, wherein the cell module assembly is supported on the support surface of the stage portion so as to be slidable so that the interval between the alignment portions forming the same can be expanded and reduced. 前記ステージ部を有する第一のクランプ要素と該ステージ部上に支持される前記第二のクランプ要素のどちらもが、セルモジュールを整列させる方向が平行な少なくとも２つの整列部を有しており、第一のクランプ要素の整列部と第二のクランプ要素の整列部とが交互に配置され、前記整列部が対をなして２個以上のセルモジュールを挟み込む構造を２列以上形成し、対をなす整列部と、これに隣接して別の対をなす整列部の間に、前記付勢部材が装着され、前記セルモジュールを挟み込む構造の各列に前記セルモジュールが挟み込まれて２列以上に整列されている請求項４に記載のセルモジュール集合体。   Both the first clamping element having the stage part and the second clamping element supported on the stage part have at least two alignment parts in which the cell modules are aligned in parallel. The alignment portions of the first clamp elements and the alignment portions of the second clamp elements are alternately arranged, and the alignment portions form a pair to form two or more rows sandwiching two or more cell modules, The urging member is mounted between the alignment portion formed and another alignment portion adjacent to the alignment portion, and the cell modules are sandwiched in each row of the structure for sandwiching the cell modules so that two or more rows are formed. The cell module assembly according to claim 4, which is aligned. 前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の整列部の少なくともセルモジュールを挟み込む部位が、導電性材料で形成されており、且つ、整列させた各セルモジュールの内面側又は外面側に配置された集電材と接触しており、前記クランプが集電部材として機能する請求項１乃至５のいずれかに記載のセルモジュール集合体。   Of the first and second clamp elements, at least a portion of the alignment portion that sandwiches the cell module is formed of a conductive material, and is disposed on the inner surface side or outer surface side of each aligned cell module. The cell module assembly according to claim 1, wherein the cell module assembly is in contact with the collected current collector, and the clamp functions as a current collection member. 前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の前記位置決め用凹みを含む部位が導電性材料で形成されており、前記セルモジュールは外面側に接する集電材を有しており、該セルモジュールの外面部が前記対をなす整列部の間に位置決め用凹みの位置で挟み込まれて、該位置決め用凹みの内面に前記外面側の集電材が接触している請求項６に記載のセルモジュール集合体。   A portion including at least one of the positioning recesses of the first and second clamp elements is formed of a conductive material, and the cell module has a current collector in contact with an outer surface side, the cell module 7. The cell module assembly according to claim 6, wherein the outer surface portions of the outer surface side are sandwiched between the paired alignment portions at the positions of the positioning recesses, and the outer surface-side current collector is in contact with the inner surface of the positioning recesses. body. 前記第一及び第二のクランプ要素のうち少なくとも一方の前記位置決め用凹みを含む部位が導電性材料で形成されており、前記セルモジュールは、該セルモジュールの内周面と接し且つガス流路の溝を設けた柱状の集電材を有しており、該セルモジュールの前記内面側に配置された前記柱状の集電材が、前記対をなす整列部の間に前記位置決め用凹みの位置で挟み込まれている請求項６に記載のセルモジュール集合体。   A portion including the positioning recess of at least one of the first and second clamping elements is formed of a conductive material, and the cell module is in contact with an inner peripheral surface of the cell module and has a gas flow path. A columnar current collector provided with a groove, and the columnar current collector disposed on the inner surface side of the cell module is sandwiched between the pair of alignment portions at the position of the positioning recess. The cell module assembly according to claim 6. 前記請求項１乃至８のいずれかに記載のセルモジュール集合体を含む燃料電池。   A fuel cell comprising the cell module assembly according to any one of claims 1 to 8.
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