JP2008059942A - 燃料電池モジュール及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に製造可能な燃料電池モジュール、当該燃料電池モジュールを収容可能な燃料電池、及び、当該燃料電池を搭載可能な車両を提供する。
【解決手段】複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…と、該複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…を内部に収容するケース部材を備る。該ケース部材は、第1ケース部材10と第2ケース20とからなり、複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…が、並列かつ一列に平面配置された燃料電池モジュールを備える。
【選択図】図5
【解決手段】複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…と、該複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…を内部に収容するケース部材を備る。該ケース部材は、第1ケース部材10と第2ケース20とからなり、複数のチューブ型燃料電池セル50、50、…が、並列かつ一列に平面配置された燃料電池モジュールを備える。
【選択図】図5
Description
本発明は、燃料電池モジュール、燃料電池、及び、車両に関し、特に、容易に製造可能な燃料電池モジュール、当該燃料電池モジュールを収容可能な燃料電池、及び、当該燃料電池を搭載可能な車両に関する。
燃料電池は、電解質層(以下、「電解質膜」という。)と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極(アノード及びカソード)とを備える膜電極接合体(以下、「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と記述する。)における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下、「PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と記述する。)は、低温領域での運転が可能である。また、PEFCは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。
単位体積当たりの発電量を向上させること等を目的として、近年、単セルが柱状のPEFC(以下、「チューブ型PEFC」という。)に関する研究が進められている。チューブ型PEFCのユニットセル(以下において、「チューブ型燃料電池セル」と記述する。)は、一般に、中空形状の電解質膜と当該電解質膜の内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される触媒層とを備える中空形状のMEA、を備えている。そして、例えば、当該MEAの内周面側に水素含有ガスを、外周面側に酸素含有ガスをそれぞれ供給することにより電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。すなわち、チューブ型PEFCでは、各チューブ型燃料電池セルに備えられるMEAの内周面側に一方の反応ガス(例えば、水素含有ガス)を、外周面側に他方の反応ガス(例えば、酸素含有ガス)を供給することにより発電エネルギーを取り出すので、隣り合う2つのユニットセルの外周面側に供給される反応ガスを同一とすることができる。したがって、チューブ型PEFCによれば、従来の平板型PEFCではガス遮蔽性能をも併せ持っていたセパレータが不要となるため、ユニットセルの小型化を図ることが容易になる。
このようなチューブ型PEFCに関する技術として、例えば、特許文献1には、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極、および前記一対の電極にそれぞれ接触する集電材を有するセルモジュールが2個以上集合したセルカートリッジを外装容器に収容してなる燃料電池であって、前記セルカートリッジは、2個以上のセルモジュールと、該セルモジュールを固定する固定部と、セルモジュールの集電材を電気的に接続するモジュール接続部と、接続されたセルモジュールの正極及び負極をそれぞれ統合する正極出力部及び負極出力部を有し、前記外装容器は、2個以上のセルカートリッジを収容する収容部と、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し、2個以上のセルカートリッジが前記外装容器の収容部に収容されていることを特徴とする燃料電池が開示されている。特許文献1によれば、上記形態の燃料電池は、組立、分解に手間がかからず、維持管理性に優れる、としている。そして、特許文献1には、三次元状に配置された複数のセルモジュールを備えるセルカートリッジが図示されている。
特開2005−353494号公報
特表2002−539587号公報
特開平9−223507号公報
しかし、特許文献1に開示されているように、複数のチューブ型燃料電池セルをケース内に3次元状に配置すると、チューブ型燃料電池セルの位置決めが困難であるほか、3次元状に配置された全てのチューブ型燃料電池セルを確実にシールすることが困難であるため、製造が困難であるという問題があった。それゆえ、燃料電池の修理や交換も行い難いという問題があった。
そこで本発明は、容易に製造可能な燃料電池モジュール、当該燃料電池モジュールを収容可能な燃料電池、及び、当該燃料電池を搭載可能な車両を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第1の本発明は、複数のチューブ型燃料電池セルと、該複数のチューブ型燃料電池セルを内部に収容するケース部材とを備え、上記複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されることを特徴とする、燃料電池モジュールである。
第1の本発明は、複数のチューブ型燃料電池セルと、該複数のチューブ型燃料電池セルを内部に収容するケース部材とを備え、上記複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されることを特徴とする、燃料電池モジュールである。
ここに、本発明の燃料電池モジュールに備えられるチューブ型燃料電池セルは、中空形状の電解質膜と当該電解質膜の内周面側及び外周面側にそれぞれ備えられる一対の触媒層とを有する中空形状のMEAを備え、当該MEAの内周面側及び外周面側にそれぞれ集電体が配設される。そして、MEAの内周面側に還元剤(又は酸化剤)を、MEAの外周面側に酸化剤(又は還元剤)を、それぞれ供給することにより、電気化学反応を生じさせ、当該電気化学反応により生じた電気エネルギーが、上記集電体を介して取り出される。MEAへと供給される還元剤の具体例としては、水素含有ガス等を挙げることができ、MEAへと供給される酸化剤の具体例としては、酸素含有ガス等を挙げることができる。さらに、本発明において、「複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置される」とは、電気的に並列に接続された複数のチューブ型燃料電池セルが、2次元状(平面状)に一列に配置されることを意味する。以下の本発明においても同様である。
上記第1の本発明において、ケース部材に、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられ、複数のチューブ型燃料電池セルの少なくとも中央部が、第1ケース部材及び第2ケース部材によって狭持されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、第1ケース部材が導電部材により構成され、第2ケース部材が絶縁部材により構成されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材と複数のチューブ型燃料電池セルとを接着固定し得る接着剤を配置可能な凹部が、第1ケース部材に備えられることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、第2ケース部材と複数のチューブ型燃料電池セルとを接着固定し得る接着剤を配置可能な凹部が、第2ケース部材に備えられることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、複数のチューブ型燃料電池セルの一端側を収容可能な第1端部ケース部材、及び、複数のチューブ型燃料電池セルの他端側を収容可能な第2端部ケース部材が、ケース部材に備えられ、第1ケース部材と、第1端部ケース部材及び第2端部ケース部材とが連結されるとともに、第2ケース部材と、第1端部ケース部材及び第2端部ケース部材とが連結され、複数のチューブ型燃料電池セルの中央部が、第1ケース部材及び第2ケース部材によって狭持され、複数のチューブ型燃料電池セルの上記一端側が第1端部ケース部材に収容されるとともに、複数のチューブ型燃料電池セルの上記他端側が第2端部ケース部材に収容されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、複数のチューブ型燃料電池セルの熱膨張収縮とケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第1許容手段が、ケース部材に備えられることが好ましい。
ここに、「第1許容手段」は、複数のチューブ型燃料電池セルの熱膨張収縮とケース部材の熱膨張収縮との差に起因する、複数のチューブ型燃料電池セルの変形を抑制し得る手段であれば、特に限定されるものではない。当該第1許容手段の具体的な形態例としては、ケース部材を分割し、分割されたケース部材同士を連結することにより本発明の燃料電池モジュールにおけるケース部材が構成される形態や、ケース部材の連結部に上記熱膨張収縮差を許容し得る隙間を設ける形態等を挙げることができる。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材並びに第2ケース部材のそれぞれが分割及び連結可能に構成され、分割された一のケース部材と他のケース部材とが連結されることにより、熱膨張収縮差が許容されることが好ましい。
ここに、「第1ケース部材並びに第2ケース部材のそれぞれが分割及び連結可能に構成され、分割された一のケース部材と他のケース部材とが連結される」とは、例えば、第1ケース部材が第1の部材と第2の部材とに分割されるとともに、第2ケース部材が第3の部材と第4の部材とに分割される場合には、分割された第1の部材と第2の部材とが連結されることにより第1ケース部材が構成され、分割された第3の部材と第4の部材とが連結されることにより第2ケース部材が構成されることを意味する。
さらに、上記第1の本発明において、分割された第1ケース部材の連結部、及び/又は、分割された第2ケース部材の連結部に、熱膨張収縮差を許容し得る許容部が備えられることが好ましい。
ここに、「分割された第1ケース部材の連結部、及び/又は、分割された第2ケース部材の連結部に、熱膨張収縮差を許容し得る許容部が備えられる」とは、例えば、第1ケース部材が第1の部材と第2の部材とに分割されるとともに、第2ケース部材が第3の部材と第4の部材とに分割される場合に、分割された第1の部材と第2の部材との連結部(以下、「第1連結部」という。)にのみ熱膨張収縮差を許容可能な許容部(例えば、隙間等。以下において同じ。)が設けられる形態、分割された第3の部材と第4の部材との連結部(以下、「第2連結部」という。)にのみ熱膨張収縮差を許容可能な許容部が設けられる形態のほか、第1連結部及び第2連結部に熱膨張収縮差を許容可能な許容部が設けられる形態が想定されることを意味する。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材の熱膨張収縮と第2ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第2許容手段が、ケース部材に備えられることが好ましい。
ここに、「第2許容手段」は、第1ケース部材の熱膨張収縮と第2ケース部材の熱膨張収縮との差を許容することにより、ケース部材の外形が変化することを抑制可能な手段であれば、特に限定されるものではない。当該第2許容手段の具体的な形態例としては、第1ケース部材を構成する第1ケース材料の線熱膨張係数値と、第2ケース部材を構成する第2ケース材料の線熱膨張係数値との差が所定の範囲内となるように、第1ケース材料及び第2ケース材料を選定する形態等を挙げることができる。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材を構成する第1ケース材料の線熱膨張係数値と、第2ケース部材を構成する第2ケース材料の線熱膨張係数値との差の絶対値が、5×10−6[℃−1]以下となるように、第1ケース材料及び第2ケース材料が選定されることにより、上記熱膨張収縮差が許容されることが好ましい。
ここで、第1ケース材料が、例えば、表面に金メッキ等が施されたアルミニウムのダイキャスト材である場合、現時点において市場で一般に入手可能なダイキャスト材の線熱膨張係数値は、約21×10−6[℃−1]〜約25×10−6[℃−1]である。そのため、線熱膨張係数値が約21×10−6[℃−1]〜約25×10−6[℃−1]である第2ケース材料(例えば、フェノール樹脂やガラス繊維強化樹脂等)を選定すれば、上記絶対値が5×10−6[℃−1]以下となる、第1ケース材料及び第2ケース材料を選定することができる。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材の熱膨張収縮と第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第3許容手段が、ケース部材に備えられることが好ましい。
ここに、「第3許容手段」の具体的な形態例としては、第1ケース部材と第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材との連結部に隙間が設けられる形態のほか、第1ケース部材が熱膨張収縮した際に、当該熱膨張収縮に追従して変形し得る材料(例えば、フッ素ゴムやシリコーンゴム等)により、第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材が構成される形態等を挙げることができる。
さらに、上記第1の本発明において、第1ケース部材と、第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材との連結部に許容部が備えられることにより、第1許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差、第2許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差、及び、第3許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差の少なくとも1以上が許容されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、第2ケース部材の熱膨張収縮と第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第4許容手段が、ケース部材に備えられることが好ましい。
ここに、「第4許容手段」の具体的な形態例としては、第2ケース部材と第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材との連結部に許容部が設けられる形態のほか、第2ケース部材が熱膨張収縮した際に、当該熱膨張収縮に追従して変形し得る材料(例えば、フッ素ゴムやシリコーンゴム等)により、第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材が構成される形態等を挙げることができる。
さらに、上記第1の本発明において、第2ケース部材と、第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材との連結部に許容部が備えられることにより、第1許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差、第2許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差、第3許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差、及び、第4許容手段によって許容され得る熱膨張収縮差の少なくとも1以上が許容されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、複数の燃料電池セルへと供給される流体のマニホールドが、ケース部材の一部によって構成されることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、複数の燃料電池セルの端部を収容するケース部材に、流体のマニホールドが並列に備えられることが好ましい。
ここに、「燃料電池セルの端部」とは、チューブ型燃料電池セルの一端側及び他端側を意味し、具体的には、中空形状のMEAの内周面側に配設される集電体(以下、「内部集電体」という。)の表面が、ケース部材の内部において剥き出しとされている箇所を意味する。すなわち、本発明の燃料電池モジュールに備えられる複数のチューブ型燃料電池セルは、内部集電体の中央部表面に中空形状のMEAが備えられる一方、内部集電体の端部表面には中空形状のMEAが備えられず、内部集電体の端部表面は、ケース内部において剥き出しとされている。そして、当該剥き出しとされている内部集電体の端部表面を介して、中空形状のMEAの内周面へ還元剤(又は酸化剤)が供給される。したがって、「複数の燃料電池セルの端部を収容するケース部材」とは、ケース部材の内部において表面が剥き出しとされた内部集電体を収容する、ケース部材の一部を意味する。さらに、「流体のマニホールドが並列に備えられる」とは、複数の燃料電池セルの一端側及び他端側のそれぞれに、流体のマニホールドが複数備えられ、上記一端側に備えられる流体のマニホールドをA1及びA2とし、上記他端側に備えられる流体のマニホールドをB1及びB2とするとき、複数の燃料電池セルの中央部側にA1及びB1が備えられ、A1の外側にA2が、B1の外側にB2が、それぞれ備えられることを意味する。
さらに、上記第1の本発明において、流体は、複数の燃料電池セルの温度を制御可能な熱媒体、及び、複数の燃料電池セルへと供給される気体であり、複数の燃料電池セルの中央部側に気体のマニホールドが備えられ、気体のマニホールドの外側に熱媒体のマニホールドが備えられることが好ましい。
さらに、上記第1の本発明において、流体のマニホールドの周縁部に、シール部材が備えられることが好ましい。
ここに、「シール部材」を構成する材料としては、従来の平板型PEFCの単セルの気密性を確保する等の目的で使用されるシール部材を構成し得る材料を用いることができる。
第2の本発明は、積層される複数の燃料電池モジュールと、積層された複数の燃料電池モジュールを収容する外部ケース部材とを備え、上記燃料電池モジュールは、複数のチューブ型燃料電池セルと、該複数のチューブ型燃料電池セルを内部に収容するケース部材とを備え、複数のチューブ型燃料電池セルは、並列かつ一列に平面配置されることを特徴とする、燃料電池である。
上記第2の本発明において、隣接する燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、ケース部材に備えられることが好ましい。
ここに、「隣接する燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、ケース部材に備えられる」とは、積層された複数の燃料電池モジュールのうち、互いに接触している燃料電池モジュールの一方の燃料電池モジュールのケース部材に、他方の燃料電池モジュールと通電可能な通電部が備えられることを意味する。本発明では、積層された複数の燃料電池モジュールの全てに、隣接する他の燃料電池モジュールと通電可能な部位を有するケース部材が備えられることが好ましい。
さらに、上記第2の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、隣接する燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、ケース部材を貫通する形態で備えられることが好ましい。
ここに、「隣接する燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、ケース部材を貫通する形態で備えられる」とは、積層された複数の燃料電池モジュールのうち、互いに接触している燃料電池モジュールの一方の燃料電池モジュールに、他方の燃料電池モジュールと通電可能な通電部が備えられ、当該通電部が、当該一方の燃料電池モジュールのケース部材を貫通する形態で備えられることを意味する。本発明では、積層された複数の燃料電池モジュールの全てに、隣接する他の燃料電池モジュールと通電可能な通電部が備えられることが好ましい。
上記第2の本発明において、積層された複数の燃料電池モジュールが、拘束部材によって拘束されることが好ましい。
ここに、「拘束部材」は、少なくとも−40℃以上120℃以下の温度環境において、積層された複数の燃料電池モジュールが脱落しない形態で拘束可能であれば特に限定されるものではく、例えば、アルミニウム等に代表される金属や、各種樹脂等からなる帯状部材を備える拘束部材を用いることができる。
さらに、上記第2の本発明において、外部ケース部材に、複数の燃料電池モジュールへと気体を供給可能な気体供給手段が備えられることが好ましい。
ここに、「気体供給手段」は、複数の燃料電池モジュールへと気体を供給可能なものであれば特に限定されるものではない。気体供給手段の具体例としては、複数の燃料電池モジュールへ酸素含有ガスを供給することが可能な電動ファン等を挙げることができる。
さらに、上記第2の本発明において、積層された複数の燃料電池モジュールと、外部ケース部材との間に、シール部材が配設されることが好ましい。
ここに、「シール部材」は、燃料電池の運転時に気体供給手段から供給される気体が、複数の燃料電池モジュールへと効率良く到達可能とする機能を果たし得るものであれば、特に限定されるものではない。シール部材を構成し得る材料の具体例としては、従来の平板型PEFCの単セルの気密性を確保する等の目的で使用されるシール部材を構成し得る材料を用いることができる。
さらに、上記第2の本発明において、燃料電池モジュールが、上記第1の本発明の燃料電池モジュールであることが好ましい。
第3の本発明は、気体供給手段が、前方側に設けられていることを特徴とする、上記第2の本発明にかかる燃料電池を備える車両である。
ここに、「前方側」とは、気体供給手段を有する燃料電池を備える車両の前方側を意味する。
第1の本発明によれば、複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されるので、複数のチューブ型燃料電池セルを容易かつ確実にシールすることが可能な燃料電池モジュールを提供できる。さらに、複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されるので、各チューブ型燃料電池セルに備えられる集電体も一列に平面配置することができ、集電が容易な燃料電池モジュールを提供できる。さらに、複数のチューブ型燃料電池セルが平面配置されるので、内部に収容される複数のチューブ型燃料電池セルの位置決めが容易になり、容易に製造可能な燃料電池モジュールを提供できる。
さらに、第1の本発明において、ケース部材に、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられ、第1ケース部材を導電部材により構成し、第2ケース部材を絶縁部材により構成することにより、複数のチューブ型燃料電池セルを電気的に直列に接続することが容易な燃料電池モジュールを提供できる。加えて、第1の本発明において、第1ケース部材及び/又は第2ケース部材に、接着剤を配置可能な凹部が備えられる構成とすることで、製造時の作業性を向上させることができる。
さらに、第1の本発明において、チューブ型燃料電池セルの端部を、中央部と異なる部材(第1端部ケース部材、第2端部ケース部材)に収容することで、ケース部材とチューブ型燃料電池セルとの熱膨張収縮差に起因するチューブ型燃料電池セルの変形を抑制することが可能になる。加えて、ケース部材に第1許容手段が備えられる構成とすることで、この効果をより顕著にすることができる。
さらに、第1の本発明において、ケース部材に第2許容手段〜第4許容手段が備えられる構成とすることで、例えば、内部に複数のチューブ型燃料電池セルを収容するケース部材の変形、及び/又は、ケース部材とチューブ型燃料電池セルとの熱膨張収縮差に起因するチューブ型燃料電池セルの変形を防止することができる。これにより、シール性を向上させること、及び/又は、チューブ型燃料電池セルの発電性能の低下を抑制することが可能になる。
さらに、第1の本発明において、ケース部材の一部によって流体のマニホールドが構成されることにより、燃料電池モジュールを構成する部材数の増加を抑制することが可能になる。加えて、流体のマニホールドが並列に備えられる構成とすることにより、燃料電池モジュールの小型化を図ることが容易になる。さらに、第1の本発明において、マニホールドの周縁部にシール部材が備えられる構成とすることにより、流体を確実にシールすることが可能な燃料電池モジュールを提供できる。
一方、第2の本発明によれば、複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されるので、複数のチューブ型燃料電池セルを確実にシールすることが可能であるとともに、集電が容易であり、かつ、容易に製造可能な燃料電池モジュールが備えられる。したがって、シール性及び集電効率を向上させることが可能であり、かつ、容易に製造可能な、燃料電池を提供できる。
さらに、第2の本発明において、ケース部材に、及び/又は、ケース部材を貫通する形態で、通電部が備えられる構成とすることで、積層される複数の燃料電池モジュールを電気的に直列に接続することが容易な、燃料電池を提供できる。
さらに、第2の本発明において、積層された複数の燃料電池モジュールが、拘束部材によって拘束される構成とすることで、燃料電池の構造を簡素化することが可能になるほか、燃料電池モジュール間の接触抵抗を低減するために必要とされる圧力を、当該拘束部材を介して加えることが可能になる。
さらに、第2の本発明において、外部ケース部材に気体供給手段が備えられる構成とすることで、複数のチューブ型燃料電池セルへ多くの反応ガスを供給することが可能になるため、燃料電池の発電性能を向上させることができる。そして、積層された複数の燃料電池モジュールと外部ケース部材との間に、シール部材が配設される構成とすることにより、この効果を一層向上させることが可能になる。
さらに、第2の本発明にかかる燃料電池に、第1の本発明にかかる燃料電池モジュールが備えられていれば、シール性及び集電効率を向上させることが容易になり、かつ、製造が容易になる。
他方、第3の本発明によれば、気体供給手段により増幅された走行風を、複数のチューブ型燃料電池セルへ供給できるので、走行風の利用効率を向上させることが可能な、燃料電池搭載車両を提供できる。
図面を参照しつつ、本発明の燃料電池モジュール及び本発明の燃料電池について、以下に説明する。以下の説明では、チューブ型燃料電池セルに備えられる中空形状のMEAの外周面側へ酸素含有ガス(以下、「空気」という。)が供給されるとともに、同MEAの内周面側へ水素含有ガス(以下、「水素」という。)が供給され、チューブ型燃料電池セルに冷媒が供給される形態を例示するが、本発明は当該形態に限定されるものではない。チューブ型燃料電池セルには、中空形状のMEAの外周面側へ水素を供給し、同MEAの内周面側へ空気を供給することも可能であり、寒冷地等で使用される場合には、冷媒に代えて温水等の温熱媒体を供給することもできる。
1.燃料電池モジュール
1.1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す上面図である。図2は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す側面図である。図3は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す下面図である。図4は、図1に点線で示した部位を一部省略して示す拡大図であり、本発明の燃料電池モジュールに収容される複数のチューブ型燃料電池セルを破線で示している。図5は、図1のX−X断面を示す拡大図であり、一部を省略して示している。図6は、図2のY−Y断面図であり、一部のみを拡大して示している。図7は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールが積層された形態を示す断面図であり、図が煩雑になることを防ぐため、符合を適宜省略して示している。図1〜図5、及び、図7の直線矢印は、重力方向を示しており、図6では、紙面に垂直な方向が重力方向である。以下、図1〜図7を適宜参照しつつ、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールについて説明する。
1.1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す上面図である。図2は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す側面図である。図3は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す下面図である。図4は、図1に点線で示した部位を一部省略して示す拡大図であり、本発明の燃料電池モジュールに収容される複数のチューブ型燃料電池セルを破線で示している。図5は、図1のX−X断面を示す拡大図であり、一部を省略して示している。図6は、図2のY−Y断面図であり、一部のみを拡大して示している。図7は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールが積層された形態を示す断面図であり、図が煩雑になることを防ぐため、符合を適宜省略して示している。図1〜図5、及び、図7の直線矢印は、重力方向を示しており、図6では、紙面に垂直な方向が重力方向である。以下、図1〜図7を適宜参照しつつ、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールについて説明する。
図1〜図4に示すように、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュール100(以下、「燃料電池モジュール100」という。)は、ケース部材としての第1ケース部材10及び第2ケース部材20を備え、それぞれ一体に成形された第1ケース部材10及び第2ケース部材20の両端部には、冷媒用マニホールド31、32と、水素用マニホールド33、34と、が備えられ、ケース部材の側面には、空気流入口35が備えられている。燃料電池モジュール100の作動時には、重力方向上方側から冷媒(例えば、LLC等)が供給され、チューブ型燃料電池セル(以下、単に「セル」ということがある。)50、50、…を冷却した後の冷媒は、重力方向下方側から排出される。一方、水素は空気よりも軽いため、重力方向下方側から供給されて重力方向上方側へと移動し、セル50、50、…にて使用されなかった水素は、重力方向上方側から排出されて回収される。そして、冷媒用マニホールド31、32、及び、水素用マニホールド33、34の周縁部には、ビードガスケット40、40、…が備えられ、ビードガスケット40、40、…は、第1ケース部材10に加硫接着されている。かかる形態の燃料電池モジュール100が積層されて積層方向に圧縮圧力が加えられると、ビードガスケット40、40、…がシール部材として機能する(図7参照)。
図4及び図5に示すように、燃料電池モジュール100に収容される複数のセル50、50、…は、並列かつ一列に平面配置され、当該セル50、50、…が、第1ケース部材10及び第2ケース部材20によって狭持されている。ここで、第1ケース部材10は、例えば、所定の形状に成形したアルミニウムのダイキャスト材の表面に金めっきを施すことにより構成され、第2ケース部材20は、絶縁材料であるガラス繊維強化樹脂(FRP)を所定の形状に成形することにより構成されている。
図5〜図7に示すように、第1ケース部材10及び第2ケース部材20によって狭持されるセル50は、内部に冷媒流路55を備え、且つ、外表面に反応ガス流路54、54、…を備える内部集電体52と、当該内部集電体52の外表面に配設される中空形状のMEA51と、当該MEA51の外表面に巻回される外部集電体53と、を備えている。燃料電池モジュール100では、外部集電体53と第1ケース部材10との間に絶縁性のシート状部材(絶縁シート)57が備えられることにより、短絡が防止されている。そして、外部集電体53及び外部集電板56、56が、図5にB、Bで示される部位にて接触し、内部集電体52及び第1ケース部材10が、図5にA、A、…で示される部位にて接触している。ここで、内部集電体52、外部集電体53、及び、外部集電板56、56は、表面に金めっきが施された銅等の導電材料により構成されている。
図5に示すように、第1ケース部材10には、接着剤を配置可能な凹部11、12、13が備えられるとともに、第2ケース部材20には、接着剤を配置可能な凹部21、22、23が備えられている。そのため、例えば、凹部21、22、23に接着剤を配置するとともに、外部集電体56、56用の孔24、24に外部集電体56、56を配置した第2ケース部材20の上に、セル50、50、…を並列かつ一列に平面配置し、さらに、第2ケース部材20の上に配置されたセル50、50、…に備えられる外部集電体53、53、…の上に絶縁シート57を配置した後、凹部11、12、13に接着剤を配置した第1ケース部材10を、第1ケース部材10の凹部11と第2ケース部材20の凹部21とが対向する形態で配置する等の工程を経ることにより、燃料電池モジュール100を容易に組み立てる(製造する)ことができる。
このように、燃料電池モジュール100によれば、複数のセル50、50、…が並列かつ一列に平面配置されるので、第1ケース部材10と複数のセル50、50、…と第2ケース部材20とを、接着剤を介して固定することにより、全てのセル50、50、…を容易かつ確実にシールすることができる。さらに、後述するように、外部集電体56、56の上に複数のセル50、50、…を配置するのみで、燃料電池モジュール100に収容される複数のセル50、50、…を位置決めすることができる。加えて、複数のセル50、50、…が並列かつ一列に平面配置されるので、全てのセル50、50、…と第1ケース部材10とを、図5にA、A、…で示される部位を介して接触させることができ、アノード側の集電を容易に行うことが可能になる。したがって、燃料電池モジュール100によれば、製造が容易になるのみならず、セル50、50、…の位置決め、シール性、及び、集電効率を向上させることが可能になる。
燃料電池モジュール100の作動時には、重力方向上方側に位置する冷媒用マニホールド31の冷媒流入口31aから冷媒が供給される。冷媒流入口31aから流入した冷媒の一部は、冷媒用マニホールド31を介して複数のセル50、50、…の冷媒流路55、55、…へと分岐することにより、セル50、50、…の冷媒流路55、55、…へと流入する。これに対し、冷媒流入口31から流入した残りの冷媒は、冷媒流出口31bから燃料電池モジュール100の外へと流出し、当該燃料電池モジュール100と隣接して積層される他の燃料電池モジュール100の冷媒流入口から、当該他の燃料電池モジュール内へと流入する(図7参照)。上記工程を経て冷媒用マニホールド31から冷媒流路55へと流入した冷媒は、冷媒流路55内を流れる間にセル50を冷却することにより、MEA51を所定の温度(例えば、80℃前後)に維持するために機能する。その後、冷却流路55から重力方向下方側に位置する冷媒用マニホールド32へと流出した冷媒は、隣接する他の燃料電池モジュールから冷媒流入口32aを介して流入してきた冷媒とともに、冷媒流出口32bから燃料電池モジュール100の外へと流出し、回収される。
一方、燃料電池モジュール100の作動時には、重力方向下方側に位置する水素用マニホールド33の水素流入口33aから水素が供給される。水素流入口33aから流入した水素の一部は、水素用マニホールド33を介して複数のセル50、50、…の反応ガス流路54、54、…へと分岐することにより、セル50、50、…の反応ガス流路54、54、…へと流入し、当該反応ガス流路54、54、…からMEA51、51、…の内周面側へ水素が供給される。これに対し、水素流入口33aから流入した残りの水素は、水素流出口33bから燃料電池モジュール100の外へと流出し、当該燃料電池モジュール100と隣接して積層される他の燃料電池モジュール100の水素流入口から、当該他の燃料電池モジュール100の内部へと流入する。上記工程を経てMEA51、51、…の内周面側へと供給された水素は、その後、MEA51、51、…における電気化学反応に使用され、内部集電体52、52、…及び第1ケース部材10を介して、MEA51、51、…のアノード側の集電がなされる。MEA51、51、…における上記電気化学反応に使用されなかった水素は、その後、重力方向上方側に位置する水素用マニホールド34へと到達する。このようにして水素用マニホールド34へと到達した水素は、隣接する他の燃料電池モジュール100から水素流入口34aを介して流入してきた水素とともに、水素流出口34bから燃料電池モジュール100の外へと流出し、回収される。
すなわち、燃料電池モジュール100では、ケース部材の一部によって構成される冷媒用マニホールド31及び水素用マニホールド33を介して、冷媒及び水素がセル50、50、…へと供給され、ケース部材の一部によって構成される冷媒用マニホールド32及び水素用マニホールド34を介して、冷媒及び水素が燃料電池モジュール100の外へと流出する。このように、燃料電池モジュール100は、ケース部材の一部によって冷媒用マニホールド及び水素用マニホールドが構成され、かつ、冷媒用マニホールド及び水素用マニホールドが並列に備えられているので、燃料電池モジュールを構成する部材数の増加を抑制することが可能になり、燃料電池モジュールの小型化を図ることが容易になる。また、主に図4及び図5に示すように、燃料電池モジュール100では、冷媒用マニホールド31、32、及び水素用マニホールド33、34(より正確には、冷媒流入口31a、32a、及び、冷媒流出口31b、32b、並びに、水素流入口33a、34a、及び、水素流出口33b、34b)の周囲にビードガスケット40、40、…が備えられているので、水素及び冷媒を確実にシールすることができる。さらに、水素用マニホールド33、34の外側に冷媒用マニホールド31、32が配置されるので、過冷却状態で供給される水素を、冷媒用マニホールド31、32を介して供給される冷媒によって暖めることができ、暖められた水素をセル50、50、…へと供給することができる。
他方、図2及び図6に示すように、燃料電池モジュール100の作動時には、燃料電池モジュール100の側面に備えられる空気流入口35を介して、MEA51、51の外周面側へ空気が供給される。MEA51、51の外周面側へと供給された空気は、MEA51、51における電気化学反応に使用され、外部集電体53、53及び外部集電板56を介して、カソード側の集電がなされる。MEA51、51における上記電気化学反応に使用されなかった空気は、その後、空気流入口35が備えられる側面とは反対側の側面に備えられる空気流出口(不図示)から燃料電池モジュール100の外へと排出される。
加えて、図6に示すように、燃料電池モジュール100に備えられる外部集電板56は、セル50、50側の面に凹部が備えられ、当該凹部は、外部集電体53、53と対応した形状とされている。したがって、燃料電池モジュール100によれば、外部集電板56、56の凹部にセル50、50、…を並列かつ一列に平面配置することのみによって、セル50、50、…の位置決めをすることができるので、燃料電池モジュール100を容易に組み立てる(製造する)ことができる。
図7に示すように、燃料電池モジュール100、100、…は、外部集電板56、56、…と第1ケース部材10、10、…とが接触する形態で積層される。それゆえ、燃料電池モジュール100によれば、導電部材である外部集電板56、56、…、及び、第1ケース部材10、10、…を介して、複数の燃料電池モジュール100、100、…を電気的に直列に接続することができる。
また、上述のように、燃料電池モジュール100において、第1ケース部材10は、表面に金めっきが施されたアルミニウムのダイキャスト材からなり、第2ケース部材20はFRPからなる。ここで、アルミニウムのダイキャスト材の線熱膨張係数値は約21×10−6[℃−1]〜約25×10−6[℃−1]であり、第2ケース部材20を構成するFRPの線熱膨張係数値も約21×10−6[℃−1]〜約25×10−6[℃−1]である。すなわち、第1ケース部材10を構成する材料の線熱膨張係数値と第2ケース部材20を構成する材料の線熱膨張係数値との差の絶対値が5×10−6[℃−1]以下となるため、燃料電池モジュール100によれば、第1ケース部材10と第2ケース部材20との熱膨張収縮差が小さい。当該熱膨張収縮差が大きいと、第1ケース部材と第2ケース部材との間に隙間が生じやすくなる等、燃料電池モジュールのケース部材の変形が懸念されるが、燃料電池モジュール100によれば、当該熱膨張収縮差に起因するケース部材の変形を抑制することが可能になる。
燃料電池モジュール100に関する上記説明では、一体に成形された第1ケース部材10及び第2ケース部材20によって、複数のセル50、50、…が狭持される形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは当該形態に限定されるものではない。図5に示すように、第1ケース部材10と第2ケース部材20は、凹部11及び凹部21に配置される接着剤によって接着固定され、内部集電体52と第1ケース部材10及び第2ケース部材20は、凹部12及び凹部22に配置される接着剤によって接着固定され、MEA51と第1ケース部材10及び第2ケース部材20は、凹部13及び凹部23に配置される接着剤によって接着固定されている。すなわち、燃料電池モジュール100の内部に収容される複数のセル50、50、…は、その両端部が接着剤によって固定されている。ここで、燃料電池モジュール100の作動時又は停止時に、燃料電池モジュール100の温度は、例えば、−40℃〜120℃の範囲内で変動し得る。そのため、燃料電池モジュール100に収容されている複数のセル50、50、…は、熱膨張又は熱収縮し得る。そして、燃料電池モジュール100において、少なくとも、MEA51と第1ケース部材10及び第2ケース部材20とは、異なる材料からなるため、第1ケース部材10の熱膨張収縮度とセル50の熱膨張収縮度は異なり、第2ケース部材20の熱膨張収縮度とセル50の熱膨張収縮度も異なる。したがって、燃料電池モジュール100では、上記熱膨張収縮度の差に起因する応力が生じ得ると考えられる。ところが、上述のように、燃料電池モジュール100に収容される複数のセル50、50、…は両端部が固定されているため、熱膨張・熱収縮の自由度が制限され、その結果、外部集電体53が巻回されているセル50、50、…の中央部等が変形する虞がある。そこで、かかる変形を防止する等の観点から、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールは、例えば、分割・連結可能な2以上の部材を連結することにより構成される第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられる形態とすることが好ましい。このようにすれば、第1ケース部材及び第2ケース部材の分割・連結部において、上記応力を分散することができるので、セル50、50、…の変形を抑制することが可能になる。
1.2.第2実施形態
図8は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す上面図である。図9は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す側面図である。図10は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す下面図である。図11は、図8のZ−Z断面を示す拡大図であり、一部を省略して示している。図12は、図11にCで示す部位を拡大して示す概略図である。図13は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールが積層された形態を示す断面図であり、図が煩雑になることを防ぐため、符号を適宜省略して示している。図8〜図13において、図1〜図7と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図7にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図8〜図13を参照しつつ、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールについて説明する。ここで、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールは、上記燃料電池モジュール100と同様に、並列かつ一列に平面配置された複数のチューブ型燃料電池セルを備えている。したがって、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールによっても、複数のチューブ型燃料電池セルを並列かつ一列に平面配置することにより得られる上記効果を奏することができる。
図8は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す上面図である。図9は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す側面図である。図10は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す下面図である。図11は、図8のZ−Z断面を示す拡大図であり、一部を省略して示している。図12は、図11にCで示す部位を拡大して示す概略図である。図13は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールが積層された形態を示す断面図であり、図が煩雑になることを防ぐため、符号を適宜省略して示している。図8〜図13において、図1〜図7と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図7にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図8〜図13を参照しつつ、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールについて説明する。ここで、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールは、上記燃料電池モジュール100と同様に、並列かつ一列に平面配置された複数のチューブ型燃料電池セルを備えている。したがって、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールによっても、複数のチューブ型燃料電池セルを並列かつ一列に平面配置することにより得られる上記効果を奏することができる。
図8〜図12に示すように、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュール200(以下、「燃料電池モジュール200」ということがある。)は、セル50、50、…の中央部を狭持可能な第1ケース部材61及び第2ケース部材62と、セル50、50、…の端部を収容可能な第1端部ケース部材63及び第2端部ケース部材64と、を備え、第1端部ケース部材63には、冷媒用マニホールド31と水素用マニホールド34とが備えられ、第2端部ケース部材64には、冷媒用マニホールド32と水素用マニホールド33とが備えられている。ここで、第1ケース部材61は、所定の形状に成形したアルミニウムのダイキャスト材の表面に金めっきを施した一体の部材により構成され、第2ケース部材62は、絶縁材料であるガラス繊維強化樹脂(FRP)を所定の形状に成形した一体の部材により構成されている。一方、第1端部ケース部材63及び第2端部ケース部材64は、フェノール樹脂を所定の形状に成形することにより構成されている。
図12に示すように、燃料電池モジュール200において、第1ケース部材61と第1端部ケース部材63は、嵌合爪63eを介して連結され、第1ケース部材61と第1端部ケース部材63との連結部には、許容部としての隙間63f、63f、…が設けられている。さらに、第1ケース部材61と第2端部ケース部材64、第2ケース部材62と第1端部ケース部材63、及び、第2ケース部材62と第2端部ケース部材64は、上記嵌合爪63eと同様の嵌合爪を介して連結され、各連結部には、許容部としての上記隙間63f、63f、…と同様の隙間(許容部)が設けられている。
燃料電池モジュール200において、第1端部ケース部材63と内部集電体52は、凹部63a、63b、63c、及び63dに配設された接着剤によって接着固定され、これによって、冷媒及び水素のシール性が確保されている。同様に、第2端部ケース部材64と内部集電体52は、凹部64a、64b、64c、及び64dに配設された接着剤によって接着固定され、これによって、冷媒及び水素のシール性が確保されている。これに対し、第1ケース部材61及び第2ケース部材62とセル50は、接着固定されていない。それゆえ、セル50は、端部のみが、第1端部ケース部材63及び第2端部ケース部材64と接着固定され、当該第1端部ケース部材63及び第2端部ケース部材64と第1ケース部材61及び第2ケース部材62とは、上記隙間(許容部)を介して連結されている。したがって、燃料電池モジュール200によれば、セル50が熱膨張・熱収縮した場合であっても、上記隙間(許容部)によってこの熱膨張・熱収縮に起因する変位を吸収(許容)できるので、セル50の変形を抑制できる。
図13に示すように、燃料電池モジュール200、200、…は、一方の燃料電池モジュール200の外部集電板56、56、…と、当該一方の燃料電池モジュール200と隣接する他方の燃料電池モジュール200の第1ケース部材61、61、…とが接触する形態で積層される。ここで、第1ケース部材61は、図12にA、Aで示される部位において内部集電体52と接触しているため、燃料電池モジュール200では、内部集電体52及び第1ケース部材61を介して、アノード側の集電がなされる。一方、外部集電板56、56は、図12にB、Bで示される部位において外部集電体53と接触しているため、燃料電池モジュール200では、外部集電体53及び外部集電板56、56を介して、カソード側の集電がなされる。したがって、図13に示す形態で燃料電池モジュール200、200、…を積層することで、燃料電池モジュール200、200、…を電気的に直列に接続することができる。
第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、第1端部ケース部材と第1ケース部材との連結部、第1端部ケース部材と第2ケース部材との連結部、第2端部ケース部材と第1ケース部材との連結部、及び、第2端部ケース部材と第2ケース部材との連結部に、熱膨張収縮差を許容し得る許容手段として機能する隙間(許容部)が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは、当該形態に限定されるものではない。上記形態のほか、例えば、第1端部ケース部材と第1ケース部材との連結部、及び、第1端部ケース部材と第2ケース部材との連結部にのみ、許容手段として機能する隙間(許容部)が備えられる形態や、第2端部ケース部材と第1ケース部材との連結部、及び、第2端部ケース部材と第2ケース部材との連結部にのみ、許容手段として機能する隙間(許容部)が備えられる形態とすることも可能である。ただし、許容手段としての隙間(許容部)の数が多いほど、熱膨張収縮差に起因するセルの変形等を抑制する効果が増大すると考えられるため、許容手段としての隙間(許容部)がケース部材に備えられる場合には、上記燃料電池モジュール200の形態とすることが好ましい。
また、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、熱膨張収縮差を許容し得る許容手段として機能する隙間(許容部)がケース部材に備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールに備えられる許容手段の形態は、これに限定されるものではない。上記形態のほか、第1端部ケース部材及び/又は第2端部ケース部材を、熱膨張収縮差に起因する応力を吸収可能な材料(例えば、フッ素ゴムやシリコーンゴム等)で構成することにより、熱膨張収縮差に起因するセルの変形が抑制される形態とすることも可能である。
また、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、一体に成形された第1ケース部材61及び第2ケース部材62によって、複数のセル50、50、…の中央部が狭持される形態を例示したが、第1端部ケース部材及び第2端部ケース部材を備える本発明の燃料電池モジュールは、当該形態に限定されるものではない。例えば、セル50、50、…の中央部を狭持する第1ケース部材及び第2ケース部材が、セル50、50、…の中央で分割・連結され得る2つの部材により構成されていても良い。このようにすれば、第1ケース部材及び第2ケース部材の分割・連結部においても、熱膨張収縮差に起因する応力を分散することができるので、セル50、50、…の変形をより一層抑制することが可能になる。
本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、シール部材としてのビードガスケットが第1ケース部材に加硫接着されている形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは当該形態に限定されるものではない。ただし、シール部材が第1ケース部材に接着固定されている形態とすれば、燃料電池モジュールの組立作業時にシール部材が落下する等の事態を回避することができ、組立作業時の作業性を容易に向上させることができるので好ましい。
本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、導電部材により構成される第1ケース部材及び絶縁部材により構成される第2ケース部材が、それぞれ、線熱膨張係数値の近い材料で構成される形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは、当該形態に限定されるものではない。ただし、第1ケース部材及び第2ケース部材が、線熱膨張係数値が大きく異なる材料により構成されると、第1ケース部材の熱膨張収縮量と第2ケース部材の熱膨張収縮量との差が大きくなってケース部材が変形し、冷媒及び/又は水素のシール性等が低下する虞がある。そこで、冷媒及び/又は水素のシール性を維持する等の観点から、第1ケース部材及び第2ケース部材は、それぞれ、線熱膨張係数値の近い材料で構成されることが好ましい。
本発明の燃料電池モジュールにおいて、「導電部材」及び「絶縁部材」は、少なくとも−40℃以上120℃以下の温度環境において使用可能であれば特に限定されるものではないが、平板型のPEFC運転時の単セル内と同等の環境に耐え得る耐食性を有することが好ましい。「導電部材」の具体例としては、アルミニウム、銀、白金、金等に代表される金属等を挙げることができる。「絶縁部材」は、さらに、成形可能なものであれば特に限定されず、その具体例としては、エンジニアリングプラスチック、フェノール樹脂、ガラス繊維強化樹脂等を挙げることができる。
また、本発明の燃料電池モジュールにおいて、外部集電体と接触する外部電極板は、第2ケース部材側に備えられ、かつ、複数の燃料電池モジュールが積層された時に隣接する燃料電池モジュールの第1ケース部材と接触可能な形態で備えられていれば、その形態は特に限定されない。ここで、複数の燃料電池モジュールを積層してスタック形態の燃料電池(以下、「スタック」という。)とする場合、燃料電池モジュール間の接触抵抗を低減するために、スタックの両端側からは圧力が加えられる。それゆえ、当該圧力が加えられた状態において、外部電極板と第1ケース部材とが接触することにより複数の燃料電池モジュールを電気的に直列に接続可能とする観点から、外部電極板は、第2ケース部材からわずかに(例えば、50〜100μm程度)外側へはみ出す形態で備えられることが好ましい。さらに、複数の燃料電池モジュールを電気的に直列に接続可能とする観点からは、上記圧力が加えられた状態の単一の燃料電池モジュール内において、外部集電体と外部集電板とが接触した状態に維持されること、すなわち、外部集電板が燃料電池モジュールの外側へ脱離しないことが必要とされる。それゆえ、本発明の燃料電池モジュールでは、上記圧力が加えられた状態において、外部集電板が第2ケース部材に引っかかる形態で備えられることが好ましい。当該形態は、例えば、上記第1実施形態及び第2実施形態にかかる燃料電池モジュールのように、外部集電板が配置されるべき第2ケース部材の箇所に断面形状T字型の孔を形成するとともに、外部集電板の断面形状を上記孔と対応するT字型とした上で、第2ケース部材の上記孔に外部集電板を配置することにより、構成することができる。
また、本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、内部に複数のセルを収容するケース部材が複数の部材からなる形態を例示したが、本発明の燃料電池モジュールは当該形態に限定されるものではなく、単一の部材からなるケース部材が備えられる形態とすることも可能である。かかる形態であっても、ケース部材に収容される複数のセルが、並列かつ一列に平面配置されていれば、セルの位置決め及び集電が容易になるので、容易に製造し得る燃料電池モジュールを提供することができる。ただし、より組み立て易い構造とする等の観点からは、複数の部材からなるケース部材が備えられる形態とすることが好ましい。
以上のように、本発明の燃料電池モジュールによれば、容易に製造することができるほか、集電の容易化を図ることができ、さらに、セルの位置決めを容易に行うことができる。それゆえ、別の観点から言えば、本発明の燃料電池モジュールは、チューブ型燃料電池セルを備える従来の燃料電池モジュールと比較して、容易に分解することができる。したがって、本発明の燃料電池モジュールによれば、修理性・交換性を向上させることも可能になる。
2.燃料電池及びこれを備える車両
2.1.第1実施形態
図14は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を示す側面図であり、積層された複数の燃料電池モジュールと、冷媒用配管及び水素用配管と、エンドプレートと、電極素子との配置を概略的に示している。図14の直線矢印は、重力方向を示している。図15は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を示す上面図であり、積層された複数の燃料電池モジュールと、冷媒用配管及び水素用配管と、電極端子と、外部ケースとの配置を概略的に示している。図15の点線矢印は、空気の流れ方向を示しており、図15では、紙面に垂直な方向が重力方向である。図14及び図15において、図1〜図7と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図7にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図1〜図7、並びに、図14及び図15を参照しつつ、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池について説明する。
2.1.第1実施形態
図14は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を示す側面図であり、積層された複数の燃料電池モジュールと、冷媒用配管及び水素用配管と、エンドプレートと、電極素子との配置を概略的に示している。図14の直線矢印は、重力方向を示している。図15は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を示す上面図であり、積層された複数の燃料電池モジュールと、冷媒用配管及び水素用配管と、電極端子と、外部ケースとの配置を概略的に示している。図15の点線矢印は、空気の流れ方向を示しており、図15では、紙面に垂直な方向が重力方向である。図14及び図15において、図1〜図7と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図7にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図1〜図7、並びに、図14及び図15を参照しつつ、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池について説明する。
第1実施形態にかかる本発明の燃料電池1000(以下、「燃料電池1000」ということがある。)は、電気的に直列に接続された複数の燃料電池モジュール100、100、…と、マニホールド一体型エンドプレート505(以下、「マニホールド505」という。)及びエンドプレート506と、電極素子601、602と、を備え、マニホールド505には、冷媒用配管501、502、及び、水素用配管503、504が接続されている。そして、複数の燃料電池モジュール100、100、…の積層方向両端側から、圧力付与手段(不図示)によって、燃料電池モジュール間の接触抵抗を低減させ得る圧力が付与されている。燃料電池1000では、水素用配管503を介して供給された水素が、マニホールド505を介して、燃料電池モジュール100、100、…へと供給され、発電に利用される。そして、燃料電池モジュール100、100、…から排出された水素は、マニホールド505、及び、水素用配管504を介して回収される。一方、冷媒用配管501を介して供給された冷媒は、マニホールド505を介して燃料電池モジュール100、100、…へと供給され、燃料電池モジュール100、100、…から排出された冷媒は、マニホールド505、及び、冷媒用配管502を介して回収される。そして、電気的に直列に接続された燃料電池モジュール100、100、…の最も外側(図14及び図15の紙面左側)に位置する燃料電池モジュール100に備えられる外部集電板56、56と電極素子601とが接続され、電極素子601が接続された上記燃料電池モジュール100と反対側の最も外側(図14及び図15の紙面右側)に位置する燃料電池モジュール100に備えられる第1ケース部材10と、電極素子602とが接続されている。したがって、燃料電池1000によれば、電極素子601及び電極素子602を介して電気エネルギーを取り出すことができる。
図15に示すように、燃料電池1000は、外部ケース部材700を備え、当該外部ケース部材700の中に、図14で示した各部材が収容される。外部ケース部材700には、塵や埃等を排除可能であるとともに空気を透過可能な透過膜701、701、…を配置可能な開口部が備えられ、透過膜701、701、…を通過した空気が、燃料電池モジュール100、100、…へと供給される。
このように、燃料電池1000には、容易に製造することが可能な燃料電池100、100、…が備えられている。したがって、本発明によれば、容易に製造することが可能な燃料電池1000を提供できる。
なお、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池に関する上記説明では、燃料電池モジュール100、100、…が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、燃料電池モジュール200、200、…が備えられる形態のほか、燃料電池モジュール100、100、…、及び、燃料電池モジュール200、200、…が備えられる形態、さらには、中央部で分割・連結可能な部材からなる第1ケース部材及び第2ケース部材を有する本発明の燃料電池モジュールが備えられる形態とすることも可能である。上述のように、本発明の燃料電池モジュールは、容易に製造することができるので、燃料電池モジュール100以外の本発明の燃料電池モジュールが備えられる形態であっても、容易に製造することが可能な燃料電池を提供できる。
また、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池に関する上記説明では、燃料電池モジュール100、100、…が一列に積層される形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されず、後述する図17に示すように、2列以上に積層することも可能である。
2.2.第2実施形態
図16及び図17は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられる複数の燃料電池モジュールの形態例を示す正面図であり、図16は、複数の燃料電池モジュールが拘束手段によって拘束される前の状態を、図17は、複数の燃料電池モジュールが拘束手段によって拘束された後の状態を、それぞれ概略的に示している。図18は、図17におけるXVIII−XVIII矢視図である。図19は、拘束手段の形態例を示す概略図である。図20は、車両に搭載される第2実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す上面図であり、紙面下方が車両前方側である。図21は、図20におけるXXI−XXI矢視図であり、直線矢印は重力方向を示している。図16〜図21において、図1〜図15と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図15にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。また、図20及び図21において、図16〜図19と同様の構成を採る部材には、図16〜図19にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図1〜図21を参照しつつ、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池について説明する。
図16及び図17は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられる複数の燃料電池モジュールの形態例を示す正面図であり、図16は、複数の燃料電池モジュールが拘束手段によって拘束される前の状態を、図17は、複数の燃料電池モジュールが拘束手段によって拘束された後の状態を、それぞれ概略的に示している。図18は、図17におけるXVIII−XVIII矢視図である。図19は、拘束手段の形態例を示す概略図である。図20は、車両に搭載される第2実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す上面図であり、紙面下方が車両前方側である。図21は、図20におけるXXI−XXI矢視図であり、直線矢印は重力方向を示している。図16〜図21において、図1〜図15と同様の構成を採る部位・部材には、図1〜図15にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。また、図20及び図21において、図16〜図19と同様の構成を採る部材には、図16〜図19にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図1〜図21を参照しつつ、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池について説明する。
図16、図17、及び図20に示すように、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池2000(以下、「燃料電池2000」ということがある。)は、燃料電池モジュール積層体171〜174を備え、燃料電池モジュール積層体171〜174は、複数の燃料電池モジュール100、100、…を備えている。燃料電池モジュール積層体171〜174の一端側には、エンドプレート175が備えられるとともに、他端側には、マニホールド一体型エンドプレート176が備えられ、マニホールド一体型エンドプレート176には、冷媒用配管501、502、及び、水素用配管503、504が接続されている。そして、燃料電池モジュール積層体171〜174、エンドプレート175、及び、マニホールド一体型エンドプレート176(以下、これらをまとめて「スタック構成部材」という。)の周囲に、拘束部材177が配置され、当該拘束部材177によって、スタック構成部材が拘束されている(図17及び図18参照)。
一方、図17にα、β、γで示される箇所には、導電部材により構成される通電板(不図示)が備えられ、当該通電板を介して、燃料電池モジュール積層体171〜174を構成する全ての燃料電池モジュール100、100、…が、電気的に直列に接続されている。そして、燃料電池モジュール積層体171の一端側の燃料電池モジュール100に備えられる外部集電板56、56(図5参照)と電極素子601とが接続され、燃料電池モジュール積層体174の一端側の燃料電池モジュール100に備えられる第1ケース部材10(図5参照)と電極素子602とが接続されている。したがって、燃料電池2000によれば、電極素子601及び電極素子602を介して電気エネルギーを取り出すことができる。
上述のように、燃料電池2000では、スタック構成部材が拘束部材177によって拘束され、燃料電池モジュール積層体171〜174は電気的に直列に接続されている。ここで、燃料電池モジュール間の接触抵抗を低減するためには、エンドプレート175及びマニホールド一体型エンドプレート176を介して、燃料電池モジュール積層体171〜174の積層方向に圧縮圧力を加えることが望まれるところ、燃料電池2000によれば、拘束部材177を介して当該圧縮圧力を付与することができ、拘束部材177の拘束度合いを調整することで、燃料電池モジュール100、100、…へと加えられる圧縮圧力を調整することが可能になる。
燃料電池2000において、拘束部材177は、スタック構成部材の周囲を拘束することで、各燃料電池モジュール100、100、…が脱落しないように保持可能なものであれば、その形態は特に限定されるものではない。拘束部材177は、例えば図19に示すような、拘束体177aとバンド部177bとを備える形態とすることができる。拘束部材177が図19に示される形態である場合、バンド部177bの材料は、例えば、−40℃〜120℃の温度環境において拘束部材177の上記機能を発揮させ得るものであれば特に限定されるものではない。バンド部177bを構成する材料の具体例としては、アルミニウム等に代表される金属や、各種樹脂等を挙げることができる。燃料電池2000において、燃料電池モジュール間の接触抵抗を低減させ得る圧縮圧力を加えることが可能な拘束部材177とする観点からは、バンド部177bを高強度の材料により構成することが好ましい。当該高強度の材料の具体例としては、アルミニウム等に代表される金属や、ガラス繊維強化が施された樹脂等を挙げることができる。
図20及び図21に示すように、燃料電池2000は、拘束部材177によって拘束された複数の燃料電池モジュール100、100、…、エンドプレート175及びマニホールド一体型エンドプレート176、シール部材803、緊急遮断リレー804、804、サービスプラグ805、並びに、高電圧系配線806が、外部ケース部材800に収容されている。外部ケース部材800には、塵や埃等を排除可能であるとともに空気を透過可能な透過膜801、801、…を配置可能な開口部が備えられ、さらに燃料電池モジュール100、100、…へ空気を供給可能な空気供給手段としての電動ファン802、802が備えられている。
燃料電池2000が搭載された車両の運転が開始されることにより燃料電池2000へと到達する走行風は、電動ファン802、802によって増幅され、増幅された走行風(空気)が燃料電池モジュール100、100、…へと供給される。燃料電池2000において、増幅された空気の大部分は、燃料電池モジュール100、100、…へと供給される一方、一部の空気は、拘束部材177によって拘束されたスタック構成部材の周りを迂回してサービスプラグ805や高電圧系配線806等の高電圧系部品へと供給され、高電圧系部品を冷却するために利用される。ここで、電動ファン802、802は、燃料電池モジュール100、100、…へ多量の空気を供給可能とすることを主目的として備えられる部材であるため、電動ファン802、802によって増幅された空気の大部分が燃料電池モジュール100、100、…へと供給され、高電圧系部品へと供給される空気は残りの一部に留まることが好ましい。そこで、燃料電池2000では、拘束部材177によって拘束されたスタック構成部材を迂回して高電圧系部品へと達する空気の量を一部に留めるため、外部ケース部材800とスタック構成部材との間にシール部材803を配置している。このように、電動ファン802、802が外部ケース部材800に備えられるとともに、外部ケース部材800の内側にシール部材803が備えられる形態とすれば、走行風を燃料電池モジュール100、100、…へ効率良く供給することができるので、セル50、50、…の外側への空気の供給効率を向上させることができ、その結果、燃料電池2000の発電効率を向上させることが可能になる。
燃料電池2000において、シール部材803は、上記機能を発揮可能な材料により構成されていれば、その構成材料は特に限定されるものではなく、シール部材803を構成し得る材料の具体例としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エンジニアリングプラスチックに代表される樹脂等を挙げることができる。ここで、燃料電池2000の運転時には、燃料電池モジュール100、100、…の内部で水が生成され、燃料電池モジュール100、100、…からは高湿度の空気が排出される。それゆえ、燃料電池2000の運転時には、外部ケース800の内部に水が溜まる虞があり、かかる水は、短絡の原因となり得る。したがって、燃料電池2000の運転時における短絡を抑制する等の観点から、シール部材803は絶縁材料により構成することが好ましい。
また、燃料電池2000において、外部ケース部材800を構成する材料は特に限定されるものではないが、燃料電池2000の軽量化を可能とし、さらに、車両搭載時における剛性を容易に確保可能とする等の観点から、アルミニウム等に代表される軽金属や、ガラス繊維強化等を施した高強度の樹脂等により構成することが好ましい。
なお、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池に関する上記説明では、燃料電池モジュール100、100、…が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、燃料電池モジュール200、200、…が備えられる形態のほか、燃料電池モジュール100、100、…、及び、燃料電池モジュール200、200、…が備えられる形態、さらには、中央部で分割・連結可能な部材からなる第1ケース部材及び第2ケース部材を有する本発明の燃料電池モジュールが備えられる形態とすることも可能である。上述のように、本発明の燃料電池モジュールは、容易に製造することができるので、燃料電池モジュール100以外の本発明の燃料電池モジュールが備えられる形態であっても、容易に製造することが可能な燃料電池を提供できる。
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、マニホールド一体型エンドプレートが備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、マニホールドとエンドプレートが別体に構成され、冷媒及び水素が互いに流入・流出可能なように連結される形態のマニホールド及びエンドプレートが備えられる形態とすることも可能である。
10 第1ケース部材
11、12、13 凹部
20 第2ケース部材
21、22、23 凹部
31、32 冷媒用マニホールド
31a、32a 冷媒流入口
31b、32b 冷媒流出口
33、34 水素用マニホールド
33a、34a 水素流入口
33b、34b 水素流出口
35 空気流入口
40 ビードガスケット(シール部材)
50 チューブ型燃料電池セル
51 MEA
52 内部集電体
53 外部集電体
54 反応ガス流路
55 冷媒流路
56 外部集電板
57 絶縁シート
61 第1ケース部材
62 第2ケース部材
63 第1端部ケース部材
63a、63b 凹部
63c、63d 凹部
63e 嵌合爪
63f 隙間(許容部)
64 第2端部ケース部材
64a、64b 凹部
64c、64d 凹部
100 燃料電池モジュール
171、172 燃料電池モジュール積層体
173、174 燃料電池モジュール積層体
175 エンドプレート
176 マニホールド一体型エンドプレート
177 拘束部材
177a 拘束体
177b バンド部
200 燃料電池モジュール
501、502 冷媒用配管
503、504 水素用配管
505 マニホールド一体型エンドプレート
506 エンドプレート
601、602 電極素子
700 外部ケース部材
701 透過膜
800 外部ケース部材
801 透過膜
802 電動ファン(気体供給手段)
803 シール部材
804 緊急遮断リレー
805 サービスプラグ
806 高電圧系配線
1000 燃料電池
2000 燃料電池
11、12、13 凹部
20 第2ケース部材
21、22、23 凹部
31、32 冷媒用マニホールド
31a、32a 冷媒流入口
31b、32b 冷媒流出口
33、34 水素用マニホールド
33a、34a 水素流入口
33b、34b 水素流出口
35 空気流入口
40 ビードガスケット(シール部材)
50 チューブ型燃料電池セル
51 MEA
52 内部集電体
53 外部集電体
54 反応ガス流路
55 冷媒流路
56 外部集電板
57 絶縁シート
61 第1ケース部材
62 第2ケース部材
63 第1端部ケース部材
63a、63b 凹部
63c、63d 凹部
63e 嵌合爪
63f 隙間(許容部)
64 第2端部ケース部材
64a、64b 凹部
64c、64d 凹部
100 燃料電池モジュール
171、172 燃料電池モジュール積層体
173、174 燃料電池モジュール積層体
175 エンドプレート
176 マニホールド一体型エンドプレート
177 拘束部材
177a 拘束体
177b バンド部
200 燃料電池モジュール
501、502 冷媒用配管
503、504 水素用配管
505 マニホールド一体型エンドプレート
506 エンドプレート
601、602 電極素子
700 外部ケース部材
701 透過膜
800 外部ケース部材
801 透過膜
802 電動ファン(気体供給手段)
803 シール部材
804 緊急遮断リレー
805 サービスプラグ
806 高電圧系配線
1000 燃料電池
2000 燃料電池
Claims (27)
- 複数のチューブ型燃料電池セルと、前記複数のチューブ型燃料電池セルを内部に収容するケース部材とを備え、前記複数のチューブ型燃料電池セルが、並列かつ一列に平面配置されることを特徴とする、燃料電池モジュール。
- 前記ケース部材に、第1ケース部材及び第2ケース部材が備えられ、前記複数のチューブ型燃料電池セルの少なくとも中央部が、前記第1ケース部材及び前記第2ケース部材によって狭持されることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材が導電部材により構成され、前記第2ケース部材が絶縁部材により構成されることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材と前記複数のチューブ型燃料電池セルとを接着固定し得る接着剤を配置可能な凹部が、前記第1ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項2又は3に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第2ケース部材と前記複数のチューブ型燃料電池セルとを接着固定し得る接着剤を配置可能な凹部が、前記第2ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記複数のチューブ型燃料電池セルの一端側を収容可能な第1端部ケース部材、及び、前記複数のチューブ型燃料電池セルの他端側を収容可能な第2端部ケース部材が、前記ケース部材に備えられ、
前記第1ケース部材と、前記第1端部ケース部材及び前記第2端部ケース部材とが連結されるとともに、前記第2ケース部材と、前記第1端部ケース部材及び前記第2端部ケース部材とが連結され、
前記複数のチューブ型燃料電池セルの中央部が、前記第1ケース部材及び前記第2ケース部材によって狭持され、前記複数のチューブ型燃料電池セルの前記一端側が前記第1端部ケース部材に収容されるとともに、前記複数のチューブ型燃料電池セルの前記他端側が前記第2端部ケース部材に収容されることを特徴とする、請求項2〜5のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。 - 前記複数のチューブ型燃料電池セルの熱膨張収縮と前記ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第1許容手段が、前記ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項2〜6のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材並びに前記第2ケース部材のそれぞれが分割及び連結可能に構成され、分割された一のケース部材と他のケース部材とが連結されることにより、前記熱膨張収縮差が許容されることを特徴とする、請求項7に記載の燃料電池モジュール。
- 分割された前記第1ケース部材の連結部、及び/又は、分割された前記第2ケース部材の連結部に、前記熱膨張収縮差を許容し得る許容部が備えられることを特徴とする、請求項8に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材の熱膨張収縮と前記第2ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第2許容手段が、前記ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項2〜9のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材を構成する第1ケース材料の線熱膨張係数値と、前記第2ケース部材を構成する第2ケース材料の線熱膨張係数値との差の絶対値が、5×10−6[℃−1]以下となるように、前記第1ケース材料及び前記第2ケース材料が選定されることにより、前記熱膨張収縮差が許容されることを特徴とする、請求項10に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材の熱膨張収縮と前記第1端部ケース部材及び/又は前記第2端部ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第3許容手段が、前記ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項6〜11のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第1ケース部材と、前記第1端部ケース部材及び/又は前記第2端部ケース部材との連結部に許容部が備えられることにより、前記第1許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差、前記第2許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差、及び、前記第3許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差の少なくとも1以上が許容されることを特徴とする、請求項12に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第2ケース部材の熱膨張収縮と前記第1端部ケース部材及び/又は前記第2端部ケース部材の熱膨張収縮との熱膨張収縮差を許容し得る第4許容手段が、前記ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項6〜13のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記第2ケース部材と、前記第1端部ケース部材及び/又は前記第2端部ケース部材との連結部に許容部が備えられることにより、前記第1許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差、前記第2許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差、前記第3許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差、及び、前記第4許容手段によって許容され得る前記熱膨張収縮差の少なくとも1以上が許容されることを特徴とする、請求項14に記載の燃料電池モジュール。
- 前記複数の燃料電池セルへと供給される流体のマニホールドが、前記ケース部材の一部によって構成されることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記複数の燃料電池セルの端部を収容する前記ケース部材に、前記流体のマニホールドが並列に備えられることを特徴とする、請求項16に記載の燃料電池モジュール。
- 前記流体は、前記複数の燃料電池セルの温度を制御可能な熱媒体、及び、前記複数の燃料電池セルへと供給される気体であり、
前記複数の燃料電池セルの中央部側に前記気体のマニホールドが備えられ、前記気体のマニホールドの外側に前記熱媒体のマニホールドが備えられることを特徴とする、請求項17に記載の燃料電池モジュール。 - 前記流体のマニホールドの周縁部に、シール部材が備えられることを特徴とする、請求項16〜18のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 積層される複数の燃料電池モジュールと、積層された前記複数の燃料電池モジュールを収容する外部ケース部材とを備え、
前記燃料電池モジュールは、複数のチューブ型燃料電池セルと、前記複数のチューブ型燃料電池セルを内部に収容するケース部材とを備え、前記複数のチューブ型燃料電池セルは、並列かつ一列に平面配置されることを特徴とする、燃料電池。 - 隣接する前記燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、前記ケース部材に備えられることを特徴とする、請求項20に記載の燃料電池。
- 隣接する前記燃料電池モジュールと通電可能な通電部が、前記ケース部材を貫通する形態で備えられることを特徴とする、請求項20又は21に記載の燃料電池。
- 積層された前記複数の燃料電池モジュールが、拘束部材によって拘束されることを特徴とする、請求項20〜22のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 前記外部ケース部材に、前記複数の燃料電池モジュールへと気体を供給可能な気体供給手段が備えられることを特徴とする、請求項20〜23のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 積層された前記複数の燃料電池モジュールと、前記外部ケース部材との間に、シール部材が配設されることを特徴とする、請求項20〜24のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記燃料電池モジュールが、請求項2〜21のいずれか1項に記載の燃料電池モジュールであることを特徴とする、請求項20〜25のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 前記気体供給手段が、前方側に設けられていることを特徴とする、請求項24〜26のいずれか1項に記載の燃料電池を備える車両。
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