JP2008166206A - Fuel cell module, and fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell module capable of improving power generating performance and productivity, and to provide a fuel cell equipped with the fuel cell module. <P>SOLUTION: This is the fuel cell module which is equipped with an aggregate having a plurality of tubular fuel battery cells arranged in apex positions of a polygon, and a conductor arranged in a space surrounded by the plurality of tubular battery cells, and a case member to house a plurality of the aggregates arranged in one direction, in which a flow passage for a heating medium circulation is equipped in the conductor, in which the outer peripheral face of the conductor and the outer peripheral face of the plurality of tubular fuel battery cells are contacted, and in which a restraining member is arranged and installed at the outer surface of the aggregate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、中空形状の膜電極接合体を備えるチューブ型の単セルを具備する燃料電池モジュール、及び、該燃料電池モジュールを具備する燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell module including a tube-type single cell including a hollow membrane electrode assembly, and a fuel cell including the fuel cell module.

燃料電池は、電解質層（以下、「電解質膜」という。）と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という。）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」という。）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、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。   A fuel cell has a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) including an electrolyte layer (hereinafter referred to as “electrolyte membrane”) and electrodes (anode and cathode) respectively disposed on both sides of the electrolyte membrane. The electrical energy generated by the electrochemical reaction in (1) is taken out to the outside through current collectors arranged on both sides of the MEA. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) used in a home cogeneration system or an automobile can be operated in a low temperature region. In addition, PEFC has attracted attention as a power source and portable power source for electric vehicles because it exhibits high energy conversion efficiency, has a short start-up time, and is compact and lightweight.

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」という。）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つのチューブ型燃料電池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。   For the purpose of improving the amount of power generation per unit volume, etc., research on a PEFC having a single cell columnar shape (hereinafter referred to as “tube type PEFC”) has been underway in recent years. A unit cell of a tube type PEFC (hereinafter referred to as a “tube type fuel cell”) is generally a hollow electrolyte membrane and a catalyst layer disposed on each of the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the electrolyte membrane. And a hollow MEA. For example, an electrochemical reaction is caused by supplying a hydrogen-containing gas to the inner peripheral surface side of the MEA and an oxygen-containing gas to the outer peripheral surface side, and the electric energy generated by this electrochemical reaction is converted into the inner energy of the MEA. It is taken out to the outside through current collectors arranged on the peripheral surface side and the outer peripheral surface side, respectively. That is, in the tube type PEFC, one reaction gas (for example, hydrogen-containing gas) is provided on the inner peripheral surface side of the MEA provided in each tube type fuel cell, and the other reaction gas (for example, oxygen-containing gas) is provided on the outer peripheral surface side. ) Is taken out, so that the reaction gas supplied to the outer peripheral surface side of two adjacent tubular fuel cells can be made the same. Therefore, according to the tube type PEFC, a separator that has gas shielding performance in the conventional flat plate type PEFC is not required, and it is easy to reduce the size of the unit cell.

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、底面の中心が正六角形の各頂点位置に配置された６個のチューブ型燃料電池セルと、当該６個のチューブ型燃料電池セルが正六角形の各頂点位置に配置されることによってその中心部に形成された間隙に挿入された冷却媒体流通管とを有する、燃料電池スタックに関する技術が開示されている。かかる形態の燃料電池スタックによれば、高電流及び高電圧を得ることが可能で、しかも、小型かつ軽量である燃料電池スタックが提供される、としている。また、特許文献２には、複数のチューブ型燃料電池セルが、貫通孔又は溝部を有する複数の拘束部材により、略規則的に配列されていることを特徴とする燃料電池モジュールに関する技術が開示されている。   As a technique related to such a tube-type PEFC, for example, Patent Document 1 discloses six tube-type fuel cells in which the center of the bottom surface is arranged at each vertex position of a regular hexagon, and the six tube-type fuel cells. A technology related to a fuel cell stack is disclosed in which a cell is disposed at each vertex position of a regular hexagon and has a cooling medium flow pipe inserted into a gap formed at the center thereof. According to this type of fuel cell stack, it is possible to provide a fuel cell stack that can obtain a high current and a high voltage and that is small and lightweight. Patent Document 2 discloses a technique related to a fuel cell module, in which a plurality of tube-type fuel cells are arranged approximately regularly by a plurality of restraining members having through holes or grooves. ing.

特開２００４−１５８３３５号公報JP 2004-158335 A 特開２００６−２１６４６４号公報JP 2006-216464 A

しかし、特許文献１に開示されている技術では、冷却媒体流通管と各チューブ型燃料電池セルとの密着性にばらつきが生じやすいため、チューブ型燃料電池セルの冷却性能が低下し、モジュールとしての性能が低下しやすいという問題があった。さらに、特許文献１に開示されている技術では、多数のチューブ型燃料電池セル及び冷却媒体流通管が、１のケーシングに収容されるため、チューブ型燃料電池セル及び冷却媒体流通管の位置決めが困難であり、生産性が低下しやすいという問題もあった。また、特許文献２に開示されている技術によっても、燃料電池モジュールの発電性能と生産性とを両立させることが困難であるという問題があった。   However, in the technique disclosed in Patent Literature 1, since the adhesiveness between the cooling medium flow pipe and each tubular fuel cell tends to vary, the cooling performance of the tubular fuel cell is lowered, and the module There was a problem that the performance was likely to deteriorate. Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 1, since a large number of tube-type fuel cells and cooling medium circulation pipes are accommodated in one casing, it is difficult to position the tube-type fuel battery cells and the cooling medium circulation pipes. There is also a problem that productivity is likely to decrease. Further, even with the technique disclosed in Patent Document 2, there is a problem that it is difficult to achieve both the power generation performance and productivity of the fuel cell module.

そこで本発明は、発電性能と生産性とを向上させることが可能な燃料電池モジュール、及び、該燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of improving power generation performance and productivity, and a fuel cell including the fuel cell module.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第１の本発明は、多角形の頂点位置に配置される複数のチューブ型燃料電池セル、及び、複数のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に配置される導電体、を有する集合体と、一方向に配置される複数の集合体を収容するケース部材と、を備え、導電体に熱媒体流通用の流路が備えられるとともに、導電体の外周面と複数のチューブ型燃料電池セルの外周面とが接触し、複数のチューブ型燃料電池セルの外表面に拘束部材が配設されることを特徴とする、燃料電池モジュールである。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
A first aspect of the present invention is an assembly having a plurality of tube-type fuel cells arranged at a vertex position of a polygon, and a conductor arranged in a space surrounded by the plurality of tube-type fuel cells, A case member that accommodates a plurality of assemblies arranged in one direction, and the conductor is provided with a flow path for circulation of the heat medium, and the outer peripheral surface of the conductor and the outer periphery of the plurality of tubular fuel cells. The fuel cell module is characterized in that the surface is in contact with each other, and a restraining member is disposed on the outer surface of the plurality of tubular fuel cells.

第１の本発明において、複数のチューブ型セルの外周面と接触する「導電体」は、外部集電体としての機能を有し、さらに、熱媒体流通用の流路が備えられるため、温熱媒体又は冷却媒体としての機能をも有する。さらに、第１の本発明において、「集合体」は、例えば、正六角形の各頂点の位置に６個のチューブ型燃料電池セルをそれぞれ配置し、当該６個のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる正六角形の中心位置に導電体を配置した後、さらに、６個のチューブ型燃料電池セルの外側に拘束部材を配置し、当該拘束部材によって、６個のチューブ型燃料電池セルの外周面と導電体の外周面とが接触するように固定される形態、とすることができる。すなわち、第１の本発明において、一の集合体には、１個の導電体と１個の拘束部材と複数のチューブ型燃料電池セルとが備えられる。それゆえ、一の集合体にｎ個（ｎは３以上の自然数）のチューブ型燃料電池セルが備えられる場合には、例えば、正ｎ角形の各頂点の位置にｎ個のチューブ型燃料電池セルをそれぞれ配置し、当該ｎ個のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる正ｎ角形の中心位置に導電体を配置した後、さらに、ｎ個のチューブ型燃料電池セルの外側に拘束部材を配置し、当該拘束部材によって、ｎ個のチューブ型燃料電池セルの外周面と導電体の外周面とが接触するように固定される形態、とすることができる。加えて、第１の本発明において、「拘束部材」は、集合体に備えられる導電体及び複数のチューブ型燃料電池セルを、導電体の外周面と複数のチューブ型燃料電池セルの外周面との接触を維持可能な形態で拘束し得るものであれば、その形態は特に限定されるものではない。拘束部材は、例えば、集合体に備えられる複数のチューブ型燃料電池セルの外表面に巻回された線状部材、及び、当該線状部材の両端を拘束するＯ型の帯状部材により構成することができる。さらに、第１の本発明において、「ケース部材」は、一方向に配置される複数の集合体を収容可能なものであれば、特に限定されるものではないが、チューブ型燃料電池セルの作動時の環境に耐え得る耐熱性及び耐酸性を備えていることが好ましい。ケース部材を構成する材料の具体例としては、絶縁性の樹脂等を挙げることができる。   In the first aspect of the present invention, the “conductor” that is in contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of tube-type cells has a function as an external current collector, and further includes a flow path for circulating a heat medium. It also has a function as a medium or a cooling medium. Further, in the first aspect of the present invention, the “aggregate” includes, for example, six tube fuel cells arranged at the positions of the respective apexes of a regular hexagon, and is surrounded by the six tube fuel cells. After arranging the conductor at the center position of the regular hexagon, further, a restraining member is placed outside the six tube fuel cells, and the restraint member conducts electricity with the outer peripheral surface of the six tube fuel cells. It can be set as the form fixed so that the outer peripheral surface of a body may contact. That is, in the first aspect of the present invention, one assembly is provided with one conductor, one restraint member, and a plurality of tube-type fuel cells. Therefore, when n tube fuel cells are provided in one assembly (n is a natural number of 3 or more), for example, n tube fuel cells at each apex of a regular n-gon. Are arranged, and a conductor is arranged at the center position of a regular n-gonal shape surrounded by the n tube-type fuel cells, and further, a restraining member is arranged outside the n tube-type fuel cells, By the said restraining member, it can be set as the form fixed so that the outer peripheral surface of n tube type fuel cells and the outer peripheral surface of a conductor may contact. In addition, in the first aspect of the present invention, the “restraint member” includes the conductor provided in the assembly and the plurality of tubular fuel cells, and the outer peripheral surface of the conductor and the outer peripheral surfaces of the plurality of tube fuel cells. The form is not particularly limited as long as it can be restrained in a form capable of maintaining the contact. The restraining member is constituted by, for example, a linear member wound around the outer surface of a plurality of tubular fuel cells provided in the assembly, and an O-shaped belt-like member that restrains both ends of the linear member. Can do. Furthermore, in the first aspect of the present invention, the “case member” is not particularly limited as long as it can accommodate a plurality of assemblies arranged in one direction. It is preferable to have heat resistance and acid resistance that can withstand the environment of time. Specific examples of the material constituting the case member include an insulating resin.

上記第１の本発明において、隣接する一の集合体と他の集合体とが、一の集合体の多角形の辺と、他の集合体の多角形の辺とが面するように配置されることが好ましい。   In the first aspect of the present invention, one adjacent aggregate and another aggregate are arranged such that the polygonal side of one aggregate faces the polygonal side of another aggregate. It is preferable.

ここに、「隣接する一の集合体と他の集合体とが、一の集合体の多角形の辺と、他の集合体の多角形の辺とが面するように配置される」とは、一の集合体及び他の集合体に備えられるチューブ型燃料電池セルをｎ個とするとき、一の集合体を構成するｎ個のチューブ型燃料電池セル各々と対応する頂点によって形成されるｎ角形の辺と、他の集合体を構成するｎ個のチューブ型燃料電池セル各々と対応する頂点によって形成されるｎ角形の辺とが面する形態で、一の集合体及び他の集合体が配置されることを意味する。   Here, "adjacent one aggregate and another aggregate are arranged so that the polygon side of one aggregate faces the polygon side of another aggregate" When n tube fuel cells are provided in one assembly and another assembly, n is formed by apexes corresponding to each of n tube fuel cells constituting one assembly. One aggregate and another aggregate are formed in a form in which a square side faces an n-polygonal side formed by apexes corresponding to each of n tube-type fuel cells constituting another aggregate. It means to be placed.

上記第１の本発明（変形例も含む。以下同じ。）において、多角形が、正六角形であることが好ましい。   In the first aspect of the present invention (including modifications, the same applies hereinafter), the polygon is preferably a regular hexagon.

上記第１の本発明において、ケース部材の形状が、多角形と対応する凹凸形状であることが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the case member preferably has an uneven shape corresponding to a polygon.

ここに、「ケース部材の形状が、多角形と対応する凹凸形状である」とは、少なくとも、複数の集合体を収容するケース部材の形状が、複数の集合体が間隔をあけずに一列に配置された場合に形成される複数の集合体の外形形状と、略相似形であることを意味する。   Here, “the shape of the case member is a concavo-convex shape corresponding to a polygon” means that at least the shape of the case member that accommodates the plurality of aggregates is in a line without any interval. It means that the outer shape of a plurality of aggregates formed when arranged is substantially similar.

第２の本発明は、ケース部材の形状が、正六角形と対応する凹凸形状である、上記第１の本発明にかかる燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体を備え、積層体を構成する、隣接する一の燃料電池モジュールと他の燃料電池モジュールとが、一の燃料電池モジュールに備えられるケース部材の凹部及び凸部と、他の燃料電池モジュールに備えられるケース部材の凸部及び凹部とが噛み合う形態で積層されることを特徴とする、燃料電池である。   The second aspect of the present invention includes a laminate configured by laminating a plurality of the fuel cell modules according to the first aspect of the present invention, wherein the case member has an irregular shape corresponding to a regular hexagon. The adjacent one fuel cell module and the other fuel cell module are configured to include a concave portion and a convex portion of a case member provided in the one fuel cell module, and a convex portion of the case member provided in the other fuel cell module, and It is a fuel cell characterized by being laminated | stacked in the form which a recessed part meshes | engages.

ここに、「一の燃料電池モジュールに備えられるケース部材の凹部及び凸部と、他の燃料電池モジュールに備えられるケース部材の凸部及び凹部とが噛み合う形態で積層される」とは、一の燃料電池モジュールのケース部材の凹部と隣接する他の燃料電池モジュールのケース部材の凸部とが噛み合い、かつ、一の燃料電池モジュールのケース部材の凸部と隣接する他の燃料電池モジュールのケース部材の凹部とが噛み合う形態で積層されることを意味する。すなわち、外形が凹凸形状である複数の燃料電池モジュールが、集積度が最大となる形態で積層されることを意味する。   Here, “the recesses and protrusions of the case member provided in one fuel cell module and the protrusions and recesses of the case member provided in the other fuel cell module are stacked in a form of being engaged” Case member of another fuel cell module in which the concave portion of the case member of the fuel cell module meshes with the convex portion of the case member of another fuel cell module adjacent to the convex portion of the case member of one fuel cell module It means that it is laminated | stacked with the form which meshes with the recessed part. That is, it means that a plurality of fuel cell modules whose outer shapes are concave and convex are stacked in a form that maximizes the degree of integration.

上記第２の本発明において、一の燃料電池モジュールの端部と他の燃料電池モジュールの端部とを接触させることにより、一の燃料電池モジュールと他の燃料電池モジュールとが、電気的に直列接続されることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, one fuel cell module and another fuel cell module are electrically connected in series by bringing the end of one fuel cell module into contact with the end of another fuel cell module. It is preferable to be connected.

ここに、「一の燃料電池モジュールの端部と他の燃料電池モジュールの端部とを接触させる」とは、具体的には、一の燃料電池モジュールに備えられ当該一の燃料電池モジュールの端部に突き出た内部集電体と、隣接する他の燃料電池モジュールに備えられ当該他の燃料電池モジュールの端部に突き出た外部集電体とを、直接又は間接的に接触させることを意味し、「間接的に接触させる」とは、導電性部材を介して接触させることを意味する。   Here, “contacting the end of one fuel cell module and the end of another fuel cell module” specifically refers to the end of the one fuel cell module provided in one fuel cell module. Means that the internal current collector protruding from the part and the external current collector provided in the adjacent other fuel cell module and protruding from the end of the other fuel cell module are brought into direct or indirect contact with each other. , “Indirect contact” means contact through a conductive member.

一の燃料電池モジュールの端部と他の燃料電池モジュールの端部とを接触させることにより、一の燃料電池モジュールと他の燃料電池モジュールとが、電気的に直列接続される、上記第２の本発明において、一の燃料電池モジュールの上記端部の端面と、他の燃料電池モジュールの上記端部の端面とが、直接接触することが好ましい。   The first fuel cell module and the other fuel cell module are electrically connected in series by bringing the end of one fuel cell module into contact with the end of another fuel cell module. In the present invention, it is preferable that an end surface of the end portion of one fuel cell module and an end surface of the end portion of another fuel cell module are in direct contact with each other.

第１の本発明によれば、導電体の周囲に配置されるチューブ型燃料電池セルの数を調整することで、チューブ型燃料電池セルの温度制御の最適化を図りつつ、チューブ型燃料電池セルの集積度を向上させることができるので、燃料電池モジュールの発電性能を向上させることができる。さらに、第１の本発明によれば、導電体及び複数のチューブ型燃料電池セルを、集合体毎にまとめることができる。それゆえ、燃料電池モジュールの生産性を向上させることができる。加えて、第１の本発明によれば、拘束部材によって、各集合体に備えられる導電体と複数のチューブ型燃料電池セルとの接触が維持されるので、燃料電池モジュールの発電性能を向上させることができる。したがって、第１の本発明によれば、発電性能と生産性とを向上させることが可能な、燃料電池モジュールを提供できる。   According to the first aspect of the present invention, by adjusting the number of tube-type fuel cells arranged around the conductor, the temperature control of the tube-type fuel cell is optimized, and the tube-type fuel cell Therefore, the power generation performance of the fuel cell module can be improved. Furthermore, according to the first aspect of the present invention, the conductor and the plurality of tubular fuel cells can be grouped for each assembly. Therefore, the productivity of the fuel cell module can be improved. In addition, according to the first aspect of the present invention, since the contact between the conductor provided in each assembly and the plurality of tube-type fuel cells is maintained by the restraining member, the power generation performance of the fuel cell module is improved. be able to. Therefore, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell module capable of improving the power generation performance and productivity can be provided.

第１の本発明において、隣接する一の集合体と他の集合体とを、一の集合体の多角形の辺と他の集合体の多角形の辺とが面する形態で配置することにより、集合体の集積度を向上させることができる。集合体の集積度を向上させることにより、チューブ型燃料電池セルの集積度を向上させることができるので、かかる形態とすることで、燃料電池モジュールの発電性能を向上させることが容易になる。   In the first aspect of the present invention, by arranging one adjacent aggregate and another aggregate in such a manner that a polygon side of one aggregate and a polygon side of another aggregate face each other. , The accumulation degree of the aggregate can be improved. Since the integration degree of the tube-type fuel cell can be improved by improving the integration degree of the assembly, it is easy to improve the power generation performance of the fuel cell module by adopting such a form.

第１の本発明において、多角形を正六角形とすることにより、チューブ型燃料電池セルの集積度を向上させることが容易になる。   In the first aspect of the present invention, by making the polygon a regular hexagon, it becomes easy to improve the degree of integration of the tubular fuel cells.

第１の本発明において、ケース部材の形状を多角形と対応する凹凸形状とすることにより、集合体とケース部材との間に形成され得る空間を低減することができるので、単位体積当たりの発電性能を向上させることが容易になる。   In the first aspect of the present invention, the space that can be formed between the assembly and the case member can be reduced by making the shape of the case member an uneven shape corresponding to the polygon, so that power generation per unit volume can be achieved. It becomes easy to improve performance.

第２の本発明によれば、ケース部材の形状を、正六角形と対応する凹凸形状とすることにより、隣接する一の燃料電池モジュールと他の燃料電池モジュールとの間に形成され得る空間を低減することができるので、燃料電池モジュールの集積度を向上させることができる。燃料電池モジュールの集積度を向上させることにより、チューブ型燃料電池セルの集積を向上させることができるので、かかる形態とすることで、燃料電池の発電性能を向上させることができる。また、第２の本発明には、生産性を向上させることが可能な、上記第１の本発明にかかる燃料電池モジュールが備えられるので、燃料電池の生産性を向上させることもできる。したがって、第２の本発明によれば、発電性能と生産性とを向上させることが可能な、燃料電池を提供できる。   According to the second aspect of the present invention, the space that can be formed between one adjacent fuel cell module and another fuel cell module is reduced by making the shape of the case member an uneven shape corresponding to a regular hexagon. Therefore, the integration degree of the fuel cell module can be improved. By improving the degree of integration of the fuel cell module, it is possible to improve the integration of the tube-type fuel cell, so that the power generation performance of the fuel cell can be improved by adopting such a configuration. The second aspect of the present invention includes the fuel cell module according to the first aspect of the present invention, which can improve the productivity, so that the productivity of the fuel cell can be improved. Therefore, according to the second aspect of the present invention, a fuel cell capable of improving the power generation performance and productivity can be provided.

第２の本発明において、一の燃料電池モジュールの端部と他の燃料電池モジュールの端部とを接触させて電気的に直列接続させることにより、積層体の端部（燃料電池モジュールの外側両端部）に形成される空間を、電気的に直列接続させるための空間として利用することができる。したがって、無駄な空間を低減することにより、単位体積当たりの発電性能を向上させることが容易になる。   In the second aspect of the present invention, the end of one of the fuel cell modules and the end of another fuel cell module are brought into contact with each other and electrically connected in series, whereby the end of the laminate (the outer ends of the fuel cell module) Part) can be used as a space for electrical connection in series. Therefore, it becomes easy to improve the power generation performance per unit volume by reducing the useless space.

第２の本発明において、一の燃料電池モジュールの端面と他の燃料電池モジュールの端面とを直接接触させることによっても、単位体積当たりの発電性能を向上させることが容易な、燃料電池を提供できる。   In the second aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell that can easily improve the power generation performance per unit volume by directly contacting the end face of one fuel cell module and the end face of another fuel cell module. .

図面を参照しつつ、本発明の燃料電池モジュール及び燃料電池について、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、導電体に備えられる熱媒体流通用の流路に冷媒が供給される形態を例示するが、本発明は当該形態に限定されるものではない。チューブ型燃料電池セルには、中空形状のＭＥＡの外周面側へ水素を供給し、同ＭＥＡの内周面側へ空気を供給することも可能であり、寒冷地等で使用される場合には、例えば始動時に、冷媒に代えて温水等の温熱媒体を供給することもできる。   The fuel cell module and fuel cell of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “air”) is supplied to the outer peripheral surface side of the hollow MEA provided in the tubular fuel cell, and the hydrogen-containing gas is supplied to the inner peripheral surface side of the MEA. Although a mode in which a gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied and a refrigerant is supplied to a flow path for circulating a heat medium provided in the conductor is exemplified, the present invention is not limited to this mode. . It is also possible to supply hydrogen to the outer peripheral surface side of the hollow MEA and supply air to the inner peripheral surface side of the MEA in the tubular fuel cell. For example, at the time of starting, a hot medium such as hot water can be supplied instead of the refrigerant.

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断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。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に備えられるケース部材の端面を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向が、ケース部材に収容されるチューブ型燃料電池セルの軸方向である。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を概略的に示す正面図であり、燃料電池モジュールに備えられる外部集電板の記載を省略している。図３の紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図４は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールに備えられる集合体の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図５は、図４に示す形態にかかる集合体の一部を拡大して示す側面図であり、構成の理解を容易にするため、側面視で確認可能なチューブ型燃料電池セル４個のうち、チューブ型燃料電池セル２個の記載を省略している。図５の紙面左右方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図６は、図４に示す形態にかかる集合体の一部を拡大して示す断面図であり、紙面左右方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。以下、図１〜図６を参照しつつ、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. Fuel cell module 1.1. First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell module of the present invention according to the first embodiment, and the back / front direction of the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an end face of a case member provided in the fuel cell module of the present invention according to the first embodiment, and a tube-type fuel cell in which the back / front direction of the paper is accommodated in the case member. It is the axial direction of the cell. FIG. 3 is a front view schematically showing the fuel cell module of the present invention according to the first embodiment, and illustration of an external current collector plate provided in the fuel cell module is omitted. The back / front direction in FIG. 3 is the axial direction of the tubular fuel cell. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of an assembly provided in the fuel cell module of the present invention according to the first embodiment, and the back / front direction of the drawing is the axial direction of the tube-type fuel cell. . FIG. 5 is an enlarged side view showing a part of the assembly according to the embodiment shown in FIG. 4. Among the four tubular fuel cells that can be confirmed in a side view, in order to facilitate understanding of the configuration. The description of two tube-type fuel cells is omitted. The left-right direction in FIG. 5 is the axial direction of the tubular fuel cell. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of the assembly according to the embodiment shown in FIG. 4, and the horizontal direction on the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. Hereinafter, the fuel cell module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１〜図３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、一方向に配置された複数の集合体３０、３０、…と、当該複数の集合体３０、３０、…を収容するケース部材４０と、を備える。そして、ケース部材４０の内形及び外形の断面形状は、図１及び図２にＡで示される端部を除き、間隔を空けずに一列に配置される複数の集合体３０、３０、…の外形の断面形状と略相似形とされている。図４〜図６に示すように、燃料電池モジュール１００に備えられる集合体３０は、多角形（正六角形）の頂点位置に配置される６個のチューブ型燃料電池セル１０、１０、…（以下、「セル１０」ということがある。）と、当該セル１０、１０、…によって囲まれる空間に配置される導電体２０（以下、「外部集電体２０」という。）と、セル１０、１０、…の外表面に配設される拘束部材としての拘束ワイヤ３１と、を備えている。拘束ワイヤ３１は、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って、所定の間隔を空けて巻回され、その両端は図示されていない固定手段によって固定されており、当該拘束ワイヤ３１で拘束されることにより、外部集電体２０と複数のセル１０、１０、…との接触が維持されている。セル１０は、水素用流路２、２、…を備える内部集電体１と、内部集電体１の外周面に配設される中空形状のＭＥＡ３と、ＭＥＡ３の外周面に配設される外部集電部４と、を備え、複数のセル１０、１０、…の外部集電部４、４、…と接触している外部集電体２０には、熱媒体流通用の流路２１（以下、「冷媒流路２１」という。）が備えられている。燃料電池モジュール１００において、外部集電体２０の外径は、セル１０の外径と略同一とされている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell module 100 of the present invention according to the first embodiment (hereinafter referred to as “fuel cell module 100”) includes a plurality of assemblies 30, 30 arranged in one direction. ,... And a case member 40 that houses the plurality of aggregates 30, 30,. And the cross-sectional shape of the inner shape and the outer shape of the case member 40 includes a plurality of aggregates 30, 30,... Arranged in a row without any interval except for an end portion indicated by A in FIGS. The cross-sectional shape of the outer shape is substantially similar. As shown in FIGS. 4 to 6, the assembly 30 provided in the fuel cell module 100 includes six tubular fuel cells 10, 10,... (Hereinafter, referred to as polygonal (regular hexagonal) apex positions). , “Cell 10”), a conductor 20 (hereinafter referred to as “external current collector 20”) disposed in a space surrounded by the cells 10, 10,. ,..., And a restraining wire 31 as a restraining member disposed on the outer surface. The constraining wire 31 is wound at a predetermined interval over substantially the entire axial length of the cells 10, 10,..., And both ends thereof are fixed by fixing means (not shown). , The contact between the external current collector 20 and the plurality of cells 10, 10,... Is maintained. The cell 10 includes an internal current collector 1 having hydrogen flow paths 2, 2,..., A hollow MEA 3 disposed on the outer peripheral surface of the internal current collector 1, and an outer peripheral surface of the MEA 3. The external current collector 20 is provided with an external current collector 4 and is in contact with the external current collectors 4, 4,... Of the plurality of cells 10, 10,. Hereinafter, it is referred to as “refrigerant channel 21”. In the fuel cell module 100, the outer diameter of the external current collector 20 is substantially the same as the outer diameter of the cell 10.

図５及び図６に示すように、集合体３０に備えられる複数のセル１０、１０、…の内部集電体１、１、…は、内部集電板３２と接触し、外部集電体２０は外部集電板３３と接触している。図６に示すように、内部集電板３２は、複数の内部集電体１、１、…と外部集電体２０との間に配設される内部集電板３２ａと、内部集電体１、１、…に対して内部集電板３２ａと反対側に配設される内部集電板３２ｂと、を備えている。一方、外部集電板３３は、外部集電板３３ａ及び外部集電板３３ｂを備え、外部集電板３３ａは、外部集電板３３ｂ及び外部集電体２０によって狭持されている。さらに、図６に示すように、集合体３０には、絶縁体３４が備えられ、当該絶縁体３４が内部集電板３２ａと外部集電体２０との間に配設されることにより、短絡が防止されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the internal current collectors 1, 1,... Of the plurality of cells 10, 10,. Is in contact with the external current collector plate 33. As shown in FIG. 6, the internal current collector 32 includes an internal current collector 32 a disposed between the plurality of internal current collectors 1,... And the external current collector 20, and an internal current collector. , 1,... Are provided on the opposite side of the internal current collector plate 32a. On the other hand, the external current collector plate 33 includes an external current collector plate 33 a and an external current collector plate 33 b, and the external current collector plate 33 a is sandwiched between the external current collector plate 33 b and the external current collector 20. Further, as shown in FIG. 6, the assembly 30 includes an insulator 34, and the insulator 34 is disposed between the internal current collector plate 32 a and the external current collector 20, thereby causing a short circuit. Is prevented.

図１〜図３に示すように、燃料電池モジュール１００に備えられる６０個のセル１０、１０、…と１０個の外部集電体２０、２０、…をケース部材４０へ収容する際には、外部集電体２０と６個のセル１０、１０、…とを拘束ワイヤ３１によって予め拘束することにより作製した１０個の集合体３０、３０、…を一列に配置すればよい。そのため、６０個のチューブ型燃料電池セル１０、１０、…と１０個の外部集電体２０、２０、…とを、位置決めしながら順に配置していた従来の形態と比較して、本発明の燃料電池モジュール１００によれば、組立時の作業効率（生産性）を大幅に向上させることができる。   As shown in FIG. 1 to FIG. 3, when accommodating 60 cells 10, 10,... And 10 external current collectors 20, 20,. ... 10 assemblies 30, 30... Produced by previously constraining the external current collector 20 and the six cells 10, 10,. Therefore, compared with the conventional form which has arrange | positioned 60 tube-type fuel battery cells 10,10, ... and 10 external electrical power collectors 20, 20, ... in order, positioning, the present invention. According to the fuel cell module 100, work efficiency (productivity) during assembly can be significantly improved.

さらに、本発明の燃料電池モジュール１００には、６個のセル１０、１０、…に対して１個の外部集電体２０が備えられている。１個のチューブ型燃料電池セルに対して１個の冷却媒体が備えられていた従来の形態と比較して、本発明の燃料電池モジュール１００では、冷却媒体としても機能する外部集電体２０の数が低減されるので、セル１０、１０、…の集積密度を容易に向上させることができる。   Further, the fuel cell module 100 of the present invention is provided with one external current collector 20 for the six cells 10, 10,. Compared to the conventional configuration in which one cooling medium is provided for one tube type fuel cell, the fuel cell module 100 of the present invention has an external current collector 20 that also functions as a cooling medium. Since the number is reduced, the integration density of the cells 10, 10,... Can be easily improved.

本発明の燃料電池モジュール１００には、複数の集合体３０、３０、…が備えられ、集合体３０に備えられる、外部集電体２０及び６個のセル１０、１０、…は、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って配設される拘束ワイヤ３１によって拘束されている。それゆえ、集合体３０は、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って、セル１０、１０、…と外部集電体２０との接触（密着）が維持されるので、セル１０、１０、…を均一に冷却することができる。かかる形態の集合体３０、３０、…が備えられるので、燃料電池モジュール１００によれば、発電性能を向上させることができる。また、拘束ワイヤ３１により、外部集電体２０と複数のセル１０、１０、…との接触は、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って維持されるので、６個のセル１０、１０、…に対して１個の外部集電体２０が備えられる形態であっても、外部集電体２０の冷媒流路２１を流れる冷媒によって、６個のセル１０、１０、…を効率良く冷却することができる。   The fuel cell module 100 of the present invention includes a plurality of assemblies 30, 30,..., And the external current collector 20 and the six cells 10, 10,. .. Are restrained by restraining wires 31 arranged over substantially the entire length in the axial direction. Therefore, the assembly 30 maintains contact (adhesion) between the cells 10, 10,... And the external current collector 20 over substantially the entire axial length of the cells 10, 10,. 10 can be uniformly cooled. Since the aggregates 30, 30,... In this form are provided, according to the fuel cell module 100, the power generation performance can be improved. Further, the contact between the external current collector 20 and the plurality of cells 10, 10,... By the restraining wire 31 is maintained over substantially the entire axial length of the cells 10, 10,. Even if one external current collector 20 is provided for 10, 10,..., The six cells 10, 10,... Are separated by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 21 of the external current collector 20. It can be cooled efficiently.

加えて、集合体３０では、外部集電体２０と複数のセル１０、１０、…との接触が、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って維持されるので、当該軸方向の略全長に亘って、６個のセル１０、１０、…に備えられる外部集電部４、４、…と外部集電体２０との接触を維持することができる。したがって、かかる形態の集電体３０が備えられる本発明の燃料電池モジュール１００によれば、集電効率を向上させることができる。   In addition, in the aggregate 30, the contact between the external current collector 20 and the plurality of cells 10, 10,... Is maintained over substantially the entire axial length of the cells 10, 10,. The contact between the external current collectors 4, 4,... Provided in the six cells 10,... And the external current collector 20 can be maintained over substantially the entire length. Therefore, according to the fuel cell module 100 of the present invention provided with the current collector 30 in such a form, the current collection efficiency can be improved.

このように、本発明の燃料電池モジュール１００によれば、セル１０、１０、…の集積度を向上させることができ、冷却効率及び集電効率を向上させることができるので、発電性能を向上させることができる。   As described above, according to the fuel cell module 100 of the present invention, the degree of integration of the cells 10, 10,... Can be improved, and the cooling efficiency and the current collection efficiency can be improved. be able to.

１．２．第２実施形態
図７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断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。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に備えられるケース部材の端面を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向が、ケース部材に収容されるチューブ型燃料電池セルの軸方向である。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を概略的に示す正面図であり、燃料電池モジュールに備えられる外部集電板の記載を省略している。図９の紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。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に備えられる集合体の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１１は、図１０に示す形態にかかる集合体の一部を拡大して示す側面図であり、構成の理解を容易にするため、側面視で確認可能なチューブ型燃料電池セル４個のうち、チューブ型燃料電池セル２個の記載を省略している。図１１の紙面左右方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１２は、図１０に示す形態にかかる集合体の一部を拡大して示す断面図であり、紙面左右方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図７〜図１２において、図１〜図６に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図６で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７〜図１２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。 1.2. Second Embodiment FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell module of the present invention according to the second embodiment, and the back / front direction of the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an end surface of a case member provided in the fuel cell module of the present invention according to the second embodiment, and a tube type fuel cell in which the back / front direction of the paper is accommodated in the case member. It is the axial direction of the cell. FIG. 9 is a front view schematically showing the fuel cell module of the present invention according to the second embodiment, and illustration of an external current collector plate provided in the fuel cell module is omitted. 9 is the axial direction of the tubular fuel cell. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of an assembly provided in the fuel cell module of the present invention according to the second embodiment, and the back / front direction of the drawing is the axial direction of the tube-type fuel cell. . FIG. 11 is an enlarged side view showing a part of the assembly according to the embodiment shown in FIG. 10. Of the four tubular fuel cells that can be confirmed in side view, in order to facilitate understanding of the configuration, FIG. The description of two tube-type fuel cells is omitted. The left-right direction in FIG. 11 is the axial direction of the tubular fuel cell. FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the assembly according to the embodiment shown in FIG. 10, and the horizontal direction on the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. 7 to 12, components having the same configurations as those shown in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 6, and description thereof will be omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell module according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図７〜図９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。）は、一方向に配置された複数の集合体５０、５０、…と、当該複数の集合体５０、５０、…を収容するケース部材６０と、を備える。そして、ケース部材６０の内形及び外形の断面形状は、図７及び図８にＢで示される端部を除き、間隔を空けずに一列に配置される複数の集合体５０、５０、…の外形の断面形状と略相似形とされている。図１０〜図１２に示すように、燃料電池モジュール２００に備えられる集合体５０は、多角形（正八角形）の頂点位置に配置される８個のセル１０、１０、…と、当該セル１０、１０、…によって囲まれる空間に配置される導電体２２（以下、「外部集電体２２」という。）と、セル１０、１０、…の外表面に配設される拘束ワイヤ３１と、拘束ワイヤ３１の両端部に配設されるＯ型の帯状部材３５（以下、「緩み止めバンド３５」という。）を備えている。燃料電池モジュール２００において、外部集電体２２の外径をＤ、チューブ型燃料電池モジュール１０の外径をｄとするとき、Ｄ≒１．１６３ｄとされている。   As shown in FIGS. 7 to 9, the fuel cell module 200 of the present invention according to the second embodiment (hereinafter referred to as “fuel cell module 200”) has a plurality of assemblies 50, 50 arranged in one direction. ,... And a case member 60 that houses the plurality of aggregates 50, 50,. And the cross-sectional shape of the inner shape and the outer shape of the case member 60 is such that a plurality of aggregates 50, 50,... Arranged in a row without any interval except for the end portion indicated by B in FIGS. The cross-sectional shape of the outer shape is substantially similar. As shown in FIGS. 10 to 12, the assembly 50 provided in the fuel cell module 200 includes eight cells 10, 10,... Arranged at the vertex positions of polygons (regular octagons), the cells 10, .., A constraining wire 31 disposed on the outer surface of the cells 10, 10,..., And a constraining wire O-shaped belt-like members 35 (hereinafter referred to as “loosening prevention bands 35”) disposed at both ends of 31. In the fuel cell module 200, when the outer diameter of the external current collector 22 is D and the outer diameter of the tubular fuel cell module 10 is d, D≈1.163d.

図１１及び図１２に示すように、集合体５０に備えられる複数のセル１０、１０、…の内部集電体１、１、…は、内部集電板３６と接触し、外部集電体２０は外部集電板３７と接触している。図１２に示すように、内部集電板３６は、複数の内部集電体１、１、…と外部集電体２０との間に配設される内部集電板３６ａと、内部集電体１、１、…に対して内部集電板３６ａと反対側に配設される内部集電板３６ｂと、を備えている。一方、外部集電板３７は、外部集電板３７ａ及び外部集電板３７ｂを備え、外部集電板３７ａは、外部集電板３７ｂ及び外部集電体２０によって狭持されている。   As shown in FIGS. 11 and 12, the internal current collectors 1, 1,... Of the plurality of cells 10, 10,. Is in contact with the external current collector plate 37. As shown in FIG. 12, the internal current collector plate 36 includes an internal current collector plate 36a disposed between the plurality of internal current collectors 1, 1,... , 1,... Are provided on the opposite side of the internal current collector plate 36a. On the other hand, the external current collecting plate 37 includes an external current collecting plate 37 a and an external current collecting plate 37 b, and the external current collecting plate 37 a is sandwiched between the external current collecting plate 37 b and the external current collector 20.

このように、集合体５０では、拘束ワイヤ３１の両端部が緩み止めバンド３５によって固定されているので、簡易な構成で拘束ワイヤ３１の両端を固定することができる。拘束ワイヤ３１は、外部集電体２０と８個のセル１０、１０、…とを拘束することにより、集合体５０の冷却効率及び集電効率を向上させ得る機能を有する部材であるため、拘束ワイヤ３１の両端が簡易な構成で固定されることにより、集合体の冷却効率及び集電効率を容易に向上させることができる。したがって、かかる形態の集合体５０、５０、…を備える形態とすることで、容易に発電性能を向上させることが可能な、燃料電池モジュール２００を提供することができる。   As described above, in the assembly 50, since both ends of the restraining wire 31 are fixed by the locking band 35, both ends of the restraining wire 31 can be fixed with a simple configuration. The restraining wire 31 is a member having a function of improving the cooling efficiency and the current collecting efficiency of the assembly 50 by restraining the external current collector 20 and the eight cells 10, 10,. By fixing both ends of the wire 31 with a simple configuration, the cooling efficiency and current collection efficiency of the aggregate can be easily improved. Therefore, the fuel cell module 200 that can easily improve the power generation performance can be provided by providing the assembly 50, 50,.

また、燃料電池モジュール２００は、拘束ワイヤ３１によって予め拘束された外部集電体２０及びセル１０、１０、…を具備する集合体５０、５０、…を備えている。そのため、燃料電池モジュール１００と同様に、組立時の作業効率（生産性）を大幅に向上させることができる。   In addition, the fuel cell module 200 includes assemblies 50, 50,... Each including an external current collector 20 and cells 10, 10,. Therefore, as with the fuel cell module 100, work efficiency (productivity) during assembly can be significantly improved.

１．３．第３実施形態
図１３は、本発明の燃料電池モジュールの他の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１３において、図１〜図６に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図６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１３を参照しつつ、第３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。 1.3. Third Embodiment FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing another example of the fuel cell module of the present invention, and the back / front direction of the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. In FIG. 13, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 6 are given to those having the same configuration as the members shown in FIGS. 1 to 6, and description thereof will be omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell module according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図１３に示すように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュール３００（以下、「燃料電池モジュール３００」という。）は、規則的に配置された、複数のセル１０、１０、…、及び、複数の内部集電体２０、２０、…と、これらを収容するケース部材７０と、を備えている。ケース部材７０は、セル１０、１０、…の軸方向の両端部にそれぞれ備えられ、燃料電池モジュール３００では、ケース部材７０によって拘束されることにより、セル１０、１０、…と内部集電体２０、２０、…との接触が維持され、当該ケース部材７０により、燃料電池モジュール３００の外形形状が維持される。すなわち、燃料電池モジュール３００に備えられるケース部材７０は、燃料電池モジュール１００におけるケース部材４０の機能及び拘束ワイヤ３１の機能を有し、燃料電池モジュール２００におけるケース部材６０の機能及び拘束ワイヤ３１の機能を有している。   As shown in FIG. 13, the fuel cell module 300 of the present invention according to the third embodiment (hereinafter referred to as “fuel cell module 300”) includes a plurality of regularly arranged cells 10, 10,. And a plurality of internal current collectors 20, 20,... And a case member 70 for housing them. The case members 70 are provided at both ends in the axial direction of the cells 10, 10,..., And the fuel cell module 300 is restrained by the case member 70, so that the cells 10, 10,. , 20,... Are maintained, and the outer shape of the fuel cell module 300 is maintained by the case member 70. That is, the case member 70 provided in the fuel cell module 300 has the function of the case member 40 and the function of the restraining wire 31 in the fuel cell module 100, and the function of the case member 60 and the function of the restraining wire 31 in the fuel cell module 200. have.

上記第１実施形態及び第２実施形態とは異なり、燃料電池モジュール３００では、複数のセル１０、１０、…に加え、複数の外部集電体２０、２０、…が、ケース部材７０の内側に収容されている。燃料電池モジュール３００に備えられる各セル１０、１０、…は、１個の外部集電体２０、又は、２個の外部集電体２０、２０と接触しており、１個の外部集電体２０の周囲に、６個のセル１０、１０、…が配設されている。したがって、かかる形態とすることにより、冷却媒体としての機能も有する外部集電体２０の数を低減できるので、セル１０、１０、…の集積密度を向上させることができ、その結果、燃料電池モジュール３００の発電性能を向上させることができる。
また、燃料電池モジュール３００によれば、セル１０、１０、…の軸方向の両端部にそれぞれ配設されるケース部材によって、複数のセル１０、１０、…と複数の外部集電体２０、２０、…の接触が、セル１０、１０、…の軸方向の略全長に亘って維持される。それゆえ、燃料電池モジュール３００によれば、集電効率を向上させることができるほか、セル１０、１０、…の冷却効率を向上させることができるので、容易に発電性能を向上させることができる。
さらに、燃料電池モジュール３００には、複数のセル１０、１０、…と外部集電体２０、２０、…とを拘束するケース部材７０が備えられるので、当該ケース部材７０の形状は、複数のセル１０、１０、…と外部集電体２０、２０、…とを図１３に示す形態（集積密度を向上させやすい形態）で配置させ得る形状とされている。かかる形状のケース部材７０が備えられることで、当該ケース部材７０の内側に配設される複数のセル１０、１０、…、及び、外部集電体２０、２０、…の位置決めが容易になるので、燃料電池モジュール３００によれば、生産性を向上させることができる。
したがって、図１３に示す形態とすることにより、発電性能と生産性とを向上させることが可能な、燃料電池モジュール３００を提供することができる。 Unlike the first embodiment and the second embodiment, in the fuel cell module 300, in addition to the plurality of cells 10, 10,..., The plurality of external current collectors 20, 20,. Contained. Each cell 10, 10,... Provided in the fuel cell module 300 is in contact with one external current collector 20 or two external current collectors 20, 20, and one external current collector. .. Are arranged around 20 cells. Therefore, by adopting such a configuration, the number of external current collectors 20 that also function as a cooling medium can be reduced, so that the integration density of the cells 10, 10,... Can be improved, and as a result, the fuel cell module. The power generation performance of 300 can be improved.
Further, according to the fuel cell module 300, the plurality of cells 10, 10,... And the plurality of external current collectors 20, 20 are provided by case members respectively disposed at both axial ends of the cells 10, 10,. ,... Is maintained over substantially the entire axial length of the cells 10, 10,. Therefore, according to the fuel cell module 300, the current collection efficiency can be improved, and the cooling efficiency of the cells 10, 10,... Can be improved, so that the power generation performance can be easily improved.
Furthermore, since the fuel cell module 300 includes a case member 70 that restrains the plurality of cells 10, 10,... And the external current collectors 20, 20,. .. And the external current collectors 20, 20,... Can be arranged in the form shown in FIG. 13 (a form in which the integration density is easily improved). Since the case member 70 having such a shape is provided, positioning of the plurality of cells 10, 10,... And the external current collectors 20, 20,. According to the fuel cell module 300, productivity can be improved.
Therefore, the fuel cell module 300 capable of improving the power generation performance and productivity can be provided by adopting the form shown in FIG.

さらに、燃料電池モジュール３００に備えられる外部集電体２０、２０、…の外径は、セル１０、１０、…の外径と略同一とされているので、図１３にＣ、Ｃ、…で示される面を、平滑面とすることができる。それゆえ、複数の燃料電池モジュール３００、３００、…を積層する際に、その集積密度を向上させることができる。   Further, the outer diameters of the external current collectors 20, 20,... Provided in the fuel cell module 300 are substantially the same as the outer diameters of the cells 10, 10,. The surface shown can be a smooth surface. Therefore, when stacking a plurality of fuel cell modules 300, 300,..., The integration density can be improved.

燃料電池モジュール３００に関する上記説明では、平行四辺形の一の対角線上に配置された一組の頂点を、他の対角線と平行な方向へ切断する等の方法により形成される、六角形を断面形状とするケース部材７０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。ただし、ケース部材７０の、図１３の紙面上下方向の長さと紙面左右方向の長さとの比が１：１に近づくほど、セル１０、１０、…の集積密度を向上させることが可能になるため、セル１０、１０、…の集積密度を向上させることにより、燃料電池モジュールの発電性能を向上させる等の観点からは、図１３に示す形態とすることが好ましい。第３実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールに備えられる集合体の他の形態例を、図１４に示す。   In the above description regarding the fuel cell module 300, the hexagon is formed in a cross-sectional shape by a method such as cutting a set of apexes arranged on one diagonal of the parallelogram in a direction parallel to the other diagonal. However, the fuel cell module of the present invention is not limited to this form. However, as the ratio of the length of the case member 70 in the vertical direction in FIG. 13 to the horizontal direction in FIG. 13 approaches 1: 1, the integration density of the cells 10, 10,. From the viewpoint of improving the power generation performance of the fuel cell module by improving the integration density of the cells 10, 10,..., The form shown in FIG. FIG. 14 shows another example of the assembly provided in the fuel cell module of the present invention according to the third embodiment.

図１４は、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池モジュールの他の形態例を概略的に示す断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１４において、図１３に示す部材と同様の構成を採るものには、図１３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。
図１４に示す燃料電池モジュール３００’は、三角形の全ての頂点を対辺と平行に切断する等の方法により形成される六角形を断面形状とするケース部材８０を備えている。ケース部材８０は、セル１０、１０、…の軸方向の両端部にそれぞれ備えられ、燃料電池モジュール３００’では、ケース部材８０によって拘束されることにより、複数のセル１０、１０、…と複数の外部集電体２０、２０、…との接触が維持され、当該ケース部材８０により、燃料電池モジュール３００’の外形形状が維持されている。すなわち、図１４に示す形態であっても、図１３に示す形態と同様に、チューブ型燃料電池セル１０、１０、…の冷却効率を維持しつつ、集積密度を向上させることができる。さらに、燃料電池モジュール３００’に備えられるケース部材８０も、複数のセル１０、１０、…と外部集電体２０、２０、…とを集積密度を向上させやすい形態で配置させ得る形状とされているので、複数のセル１０、１０、…及び外部集電体２０、２０、…の位置決めが容易になる。したがって、燃料電池モジュール３００’によっても、発電性能と生産性とを向上させることが可能になる。加えて、燃料電池モジュール３００’に備えられる外部集電体２０、２０、…の外径は、セル１０、１０、…の外径と略同一とされているので、図１３にＤ、Ｄ、…で示される面を、平滑面とすることができる。それゆえ、複数の燃料電池モジュール３００’、３００’、…を積層する際に、その集積密度を向上させることができる。 FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing another example of the fuel cell module of the present invention according to the third embodiment, where the back / front direction of the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. In FIG. 14, the same reference numerals as those used in FIG. 13 are assigned to the same components as those shown in FIG. 13, and description thereof will be omitted as appropriate.
A fuel cell module 300 ′ shown in FIG. 14 includes a case member 80 having a hexagonal cross section formed by a method such as cutting all vertices of a triangle parallel to the opposite side. The case members 80 are respectively provided at both ends of the cells 10, 10,... In the axial direction. In the fuel cell module 300 ′, the case members 80 are constrained by the case member 80, whereby a plurality of cells 10, 10,. The contact with the external current collectors 20, 20,... Is maintained, and the outer shape of the fuel cell module 300 ′ is maintained by the case member 80. That is, even in the form shown in FIG. 14, as in the form shown in FIG. 13, the integration density can be improved while maintaining the cooling efficiency of the tubular fuel cells 10, 10,. In addition, the case member 80 provided in the fuel cell module 300 ′ is also shaped so that the plurality of cells 10, 10,... And the external current collectors 20, 20,. Therefore, positioning of the plurality of cells 10, 10,... And the external current collectors 20, 20,. Therefore, the power generation performance and productivity can be improved also by the fuel cell module 300 ′. In addition, the outer diameters of the external current collectors 20, 20,... Provided in the fuel cell module 300 ′ are substantially the same as the outer diameters of the cells 10, 10,. The surface indicated by... Can be a smooth surface. Therefore, when stacking a plurality of fuel cell modules 300 ′, 300 ′,..., The integration density can be improved.

本発明の燃料電池モジュール１００、２００において、ケース部材４０、６０は、複数の集合体３０、３０、…、５０、５０、…を収容可能であり、かつ、燃料電池モジュール１００、２００の運転時の環境に耐え得る性質（例えば、耐熱性、耐水性等。以下同じ。）を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。また、本発明の燃料電池モジュール３００、３００’において、ケース部材７０、８０は、複数のセル１０、１０、…、及び、複数の外部集電体２０、２０、…を収容可能であるとともに、燃料電池モジュール３００の外形を維持可能であり、かつ、燃料電池モジュール３００の運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。ケース部材４０、６０、７０、８０を構成する材料の具体例としては、絶縁性樹脂等を挙げることができる。   In the fuel cell modules 100 and 200 of the present invention, the case members 40 and 60 can accommodate a plurality of assemblies 30, 30,..., 50, 50, and so on, and the fuel cell modules 100 and 200 are in operation. The form is not particularly limited as long as it has a property capable of withstanding the environment (for example, heat resistance, water resistance, etc., the same applies hereinafter). In the fuel cell modules 300 and 300 ′ of the present invention, the case members 70 and 80 can accommodate the plurality of cells 10, 10,... And the plurality of external current collectors 20, 20,. The form of the fuel cell module 300 is not particularly limited as long as the outer shape of the fuel cell module 300 can be maintained and the fuel cell module 300 can withstand the environment during operation. Specific examples of the material constituting the case members 40, 60, 70, and 80 include an insulating resin.

燃料電池モジュール１００、２００において、複数のセル１０、１０、…の外表面に配設される拘束ワイヤ３１は、複数のセル１０、１０、…、及び、外部集電体２０、２２を拘束可能であるとともに、燃料電池モジュール１００、２００の運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。拘束ワイヤ３１は、絶縁性材料又は導電性材料のいずれによって構成されていても良い。さらに、燃料電池モジュール１００、２００に関する説明では、拘束部材として、所定の間隔を空けて巻回された拘束ワイヤ３１（線状部材）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。外部集電体と複数のチューブ型燃料電池セルとを拘束する拘束部材は、集合体に備えられる複数のチューブ型燃料電池セルの外周面へ酸素含有ガスを供給可能な形態であれば、その形態は特に限定されない。拘束部材が採り得る形態としては、上述のような、所定の間隔を空けて巻回された線状部材によって構成される形態のほか、例えば、格子状（網状）形態の拘束部材によって、複数のセル１０、１０、…、及び、外部集電体２０、２２が拘束される形態とすることも可能である。   In the fuel cell modules 100, 200, the restraining wires 31 disposed on the outer surfaces of the plurality of cells 10, 10,... Can restrain the plurality of cells 10, 10,. In addition, the form is not particularly limited as long as it has a property capable of withstanding the environment when the fuel cell modules 100 and 200 are operated. The restraining wire 31 may be made of either an insulating material or a conductive material. Furthermore, in the description related to the fuel cell modules 100 and 200, an example in which the restraining wire 31 (linear member) wound at a predetermined interval is provided as the restraining member is illustrated. However, the fuel cell module according to the present invention includes: It is not limited to the said form. If the restraining member that restrains the external current collector and the plurality of tube-type fuel cells is in a form capable of supplying oxygen-containing gas to the outer peripheral surface of the plurality of tube-type fuel cells provided in the assembly, the form Is not particularly limited. As a form which a restraint member can take, in addition to a form constituted by a linear member wound at a predetermined interval as described above, for example, a plurality of restraint members in a lattice (net-like) form, The cells 10, 10,... And the external current collectors 20 and 22 may be constrained.

燃料電池モジュール２００に備えられる緩み止めバンド３５は、拘束ワイヤ３１の両端を固定可能であるとともに、燃料電池モジュール２００の運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。緩み止めバンド３５は、絶縁性材料又は導電性材料のいずれによって構成されていても良い。また、第１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、緩み止めバンド３５が備えられない形態を例示したが、第１実施形態にかか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く、拘束ワイヤ３１の両端が緩み止めバンド３５によって固定される形態とすることも可能である。さらに、緩み止めバンド３５の幅は、拘束ワイヤ３１の両端を固定可能な幅であれば、特に限定されるものではないが、幅が過度に広くなると、セル１０、１０、…の外周面へ酸素含有ガスが供給され難くなる恐れがある。それゆえ、緩み止めバンド３５は、拘束ワイヤ３１の両端を固定するために必要とされる最小の幅とすることが好ましい。   The form of the locking band 35 provided in the fuel cell module 200 is particularly limited as long as both ends of the restraining wire 31 can be fixed and the fuel cell module 200 has a property that can withstand the environment during operation of the fuel cell module 200. It is not something. The locking band 35 may be made of either an insulating material or a conductive material. Moreover, in the said description regarding the fuel cell module of this invention concerning 1st Embodiment, although the form without the locking band 35 was illustrated, the fuel cell module of this invention concerning 1st Embodiment is limited to the said form. Instead, the both ends of the restraining wire 31 may be fixed by the locking band 35. Further, the width of the locking band 35 is not particularly limited as long as both ends of the restraining wire 31 can be fixed, but when the width becomes excessively wide, the outer surfaces of the cells 10, 10,. There is a risk that the oxygen-containing gas is difficult to be supplied. Therefore, it is preferable that the locking band 35 has a minimum width required for fixing both ends of the restraining wire 31.

本発明の燃料電池モジュールに関する上記説明では、一の集合体の多角形の辺と、当該一の集合体と隣接する他の集合体の多角形の辺とが面するように配置される形態を例示したが（図１、図７等参照）、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、例えば、一の集合体の多角形の頂点と、当該一の集合体と隣接する他の集合体の多角形の頂点とが接触するように配置される形態とすることも可能である。ただし、ケース部材に収容される集合体の集積密度を向上させることにより、良好な発電性能を有する燃料電池モジュールを提供する等の観点からは、一の集合体の多角形の辺と、当該一の集合体と隣接する他の集合体の多角形の辺とが接触するように配置される形態とすることが好ましい。   In the above description regarding the fuel cell module of the present invention, the polygonal side of one assembly and the polygonal side of another assembly adjacent to the one assembly are arranged to face each other. Although illustrated (refer FIG. 1, FIG. 7, etc.), the fuel cell module of this invention is not limited to the said form, For example, the vertex of the polygon of one aggregate, the said one aggregate, It is also possible to adopt a form in which the polygonal vertices of other adjacent aggregates are in contact with each other. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module having good power generation performance by improving the integration density of the assembly accommodated in the case member, the polygon side of one assembly and the one It is preferable that the assembly is arranged in such a manner that the polygon side of another assembly adjacent to the assembly is in contact.

本発明の燃料電池モジュール１００、２００、３００、３００’（以下、これらをまとめて「本発明の燃料電池モジュール」という。）に備えられるセル１０を構成する内部集電体１は、ＭＥＡ３の内周面側の集電（以下、「内部集電」という。）を行うことができ、かつ、本発明の燃料電池モジュールの運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、電気抵抗を低減することにより発電性能を容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する観点からは、良好な電子伝導性を有する金属（銅、金等）により構成されることが好ましい。   The internal current collector 1 constituting the cell 10 included in the fuel cell modules 100, 200, 300, and 300 ′ (hereinafter collectively referred to as “the fuel cell module of the present invention”) of the present invention is included in the MEA 3. If the peripheral surface side current collection (hereinafter referred to as “internal current collection”) can be performed and has the property to withstand the environment during operation of the fuel cell module of the present invention, the constituent material thereof is It is not particularly limited. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can easily improve power generation performance by reducing electrical resistance, it is preferably composed of a metal (copper, gold, etc.) having good electronic conductivity. .

セル１０を構成する中空形状のＭＥＡ３は、水素からプロトン及び電子が生じる電気化学反応を生じさせるアノード触媒層と、プロトン及び電子と酸素とから水が発生する電気化学反応を生じさせるカソード触媒層との間に、プロトン伝導体（プロトン伝導性ポリマー）により構成される固体高分子膜が備えられていれば、その形態は特に限定されるものではない。固体高分子膜を構成するプロトン伝導性ポリマーの具体例としては、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するフッ素系のポリマーや、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とする炭化水素系のポリマー等を挙げることができる。上記フッ素系のポリマーを含有する固体高分子膜の具体例としては、Ｎａｆｉｏｎ（「Ｎａｆｉｏｎ」は米国デュポン社の登録商標。）やフレミオン（「フレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標）等を挙げることができる。一方、上記炭化水素系のポリマーを含有する固体高分子膜の具体例としては、セレミオン等（「セレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標）を挙げることができる。   The hollow MEA 3 constituting the cell 10 includes an anode catalyst layer that generates an electrochemical reaction in which protons and electrons are generated from hydrogen, and a cathode catalyst layer that generates an electrochemical reaction in which water is generated from protons, electrons, and oxygen. As long as a solid polymer film composed of a proton conductor (proton conductive polymer) is provided between the two, the form thereof is not particularly limited. Specific examples of the proton conductive polymer constituting the solid polymer membrane include a fluorine-based polymer having at least one of a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphoric acid group with a fluorine-containing polymer as a skeleton, and a polyolefin polymer. Examples thereof include hydrocarbon-based polymers having a hydrocarbon skeleton. Specific examples of the solid polymer film containing the fluorine polymer include Nafion (“Nafion” is a registered trademark of DuPont, USA) and Flemion (“Flemion” is a registered trademark of Asahi Glass Co., Ltd.). Can do. On the other hand, as a specific example of the solid polymer film containing the hydrocarbon-based polymer, there can be mentioned Selemion (“Selemion” is a registered trademark of Asahi Glass Co., Ltd.).

ＭＥＡ３に備えられるアノード触媒層及びカソード触媒層は、上記電気化学反応の触媒として機能する物質（触媒）と、上記電気化学反応で生じるプロトンを伝導させ得る物質（プロトン伝導性物質）を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。触媒層に含有される触媒の具体例としては、Ｐｔのほか、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗからなる群より選択される１以上の金属とＰｔとを有するＰｔ合金等を挙げることができる。触媒層に含有されるプロトン伝導性物質の具体例としては、上記固体高分子膜に含有され得る上記プロトン伝導性ポリマー等を挙げることができる。   The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer provided in the MEA 3 have a substance (catalyst) that functions as a catalyst for the electrochemical reaction and a substance that can conduct protons generated by the electrochemical reaction (proton conductive substance). The form is not particularly limited. Specific examples of the catalyst contained in the catalyst layer include Pt, Co, Ru, Ir, Au, Ag, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn, V, Ti, Mo, Pd, Rh, and W. Examples thereof include a Pt alloy having one or more metals selected from the group and Pt. Specific examples of the proton conductive material contained in the catalyst layer include the proton conductive polymer that can be contained in the solid polymer membrane.

セル１０を構成する外部集電部４は、ＭＥＡ３の外周面側の集電（以下、「外部集電」という。）を行うことができ、かつ、本発明の燃料電池モジュール運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、電気抵抗を低減することにより発電性能を容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する観点からは、良好な電子伝導性を有する金属（銅、金等）により構成されることが好ましい。また、外部集電部４は、ＭＥＡ３の外周面へ酸素含有ガスを供給可能であり、かつ、ＭＥＡ３の外部集電を行い得る形態で配設されていれば、その配設形態は特に限定されるものではない。外部集電部４が導電性材料からなる線材により構成される場合には、当該線材を、所定の間隔を空けて配設することが好ましい。   The external current collector 4 constituting the cell 10 can perform current collection on the outer peripheral surface side of the MEA 3 (hereinafter referred to as “external current collection”), and is in an environment when the fuel cell module of the present invention is operated. The constituent material is not particularly limited as long as the material can withstand it. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can easily improve power generation performance by reducing electrical resistance, it is preferably composed of a metal (copper, gold, etc.) having good electronic conductivity. . The external collector 4 is not particularly limited as long as the oxygen-containing gas can be supplied to the outer peripheral surface of the MEA 3 and the external collector 4 is provided in a form capable of collecting the external current of the MEA 3. It is not something. When the external current collector 4 is composed of a wire made of a conductive material, it is preferable that the wire is disposed at a predetermined interval.

複数のセル１０、１０、…と接触する外部集電体２０、２２は、セル１０、１０、…の外部集電を行うことができ、かつ、本発明の燃料電池モジュール運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、電気抵抗を低減することにより発電性能を容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する観点からは、良好な電子伝導性を有する金属（銅、金等）により構成されることが好ましい。   The external current collectors 20 and 22 that are in contact with the plurality of cells 10, 10,... Can perform external current collection of the cells 10, 10,. If it has the property to obtain, the constituent material will not be specifically limited. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can easily improve power generation performance by reducing electrical resistance, it is preferably composed of a metal (copper, gold, etc.) having good electronic conductivity. .

また、燃料電池モジュール１００、２００に関する上記説明では、外部集電体として機能するとともに冷却媒体としても機能する外部集電体２０、２２が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。ただし、部品点数削減及び軽量化を図るとともに、チューブ型燃料電池セルの集積密度を向上させることにより、より一層発電性能を向上させ得る形態の燃料電池モジュールとする観点からは、外部集電体及び冷却媒体として機能する外部集電体が備えられる形態とすることが好ましい。   Further, in the above description regarding the fuel cell modules 100 and 200, the form in which the external current collectors 20 and 22 that function as an external current collector and also function as a cooling medium is illustrated, but the present invention is limited to this form. Is not to be done. However, from the viewpoint of reducing the number of parts and reducing the weight and improving the integration density of the tube-type fuel cell, the fuel cell module can be further improved in power generation performance. It is preferable that an external current collector functioning as a cooling medium is provided.

外部集電体２０、２２に備えられる冷媒流路２１は、外部集電体２０、２２に予め備えられる空間であっても良く、外部集電体２０、２２を加工することにより形成されていても良い。外部集電体２０、２２が上記金属により構成され、冷媒流路２１の表面が当該金属面により構成される場合には、漏電を防止する等の観点から、冷媒流路２１には絶縁性の冷媒を流通することが好ましい。   The refrigerant flow path 21 provided in the external current collectors 20 and 22 may be a space provided in advance in the external current collectors 20 and 22, and is formed by processing the external current collectors 20 and 22. Also good. When the external current collectors 20 and 22 are made of the above metal and the surface of the coolant channel 21 is made of the metal surface, the coolant channel 21 has an insulating property from the viewpoint of preventing electric leakage. It is preferable to distribute the refrigerant.

集合体３０、５０に備えられる内部集電板３２、３６は、例えば、燃料電池モジュール１００、２００に備えられる複数の内部集電体１、１、…の全てと接触することにより、燃料電池モジュール１００、２００の内部集電を行うことができ、かつ、燃料電池モジュール１００、２００の運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、電気抵抗を低減することにより発電性能を容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する観点からは、良好な電子伝導性を有する金属（銅、金等）により構成されることが好ましい。   The internal current collector plates 32 and 36 provided in the aggregates 30 and 50 are brought into contact with, for example, all of the plurality of internal current collectors 1, 1,... Provided in the fuel cell modules 100 and 200. The constituent materials are not particularly limited as long as the internal current collection of 100 and 200 can be performed and the fuel cell modules 100 and 200 can withstand the environment during operation. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can easily improve power generation performance by reducing electrical resistance, it is preferably composed of a metal (copper, gold, etc.) having good electronic conductivity. .

燃料電池モジュール１００、２００に関する上記説明では、内部集電板３２ａ及び内部集電板３２ｂからなる形態の内部集電板３２、並びに、内部集電板３６ａ及び内部集電板３６ｂからなる形態の内部集電板３６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、単一の部材によって構成される形態の内部集電板が備えられる形態とすることも可能である。ただし、内部集電板と複数の内部集電体との密着性を確保しつつ、製造時に組み立て易い形態の内部集電板とする等の観点からは、複数の部材からなる形態の内部集電板が備えられることが好ましい。
本発明において、内部集電板３２は、例えば、金属の板状部材にプレス成形を施す等により作製することができる。このように構成される内部集電板３２が備えられる形態とすることにより、後述する図１６に示されるモジュール１００ａ及びモジュール１００ｃでは、紙面手前側が内部集電板３２の表面となるように配置するとともに、モジュール１００ｂでは、紙面手前側が内部集電板３２の裏面となるように配置することができる。すなわち、内部集電板３２の表面及び裏面をそれぞれ用いることにより、部品の共通化を図ることができるので好ましい。一方で、内部集電板３６は、例えば、金属の板状部材を機械加工する等により作製することができる。 In the above description regarding the fuel cell modules 100 and 200, the internal current collecting plate 32 including the internal current collecting plate 32a and the internal current collecting plate 32b, and the internal including the internal current collecting plate 36a and the internal current collecting plate 36b are used. Although the current collector plate 36 has been illustrated, the fuel cell module of the present invention is not limited to this form, and may be a form in which an internal current collector plate configured by a single member is provided. is there. However, from the standpoint of ensuring the adhesion between the internal current collector plate and the plurality of internal current collectors and making the internal current collector plate easy to assemble at the time of manufacture, the internal current collector in the form of a plurality of members A plate is preferably provided.
In the present invention, the internal current collector plate 32 can be produced, for example, by subjecting a metal plate member to press molding. By adopting a configuration in which the internal current collector plate 32 configured as described above is provided, in a module 100a and a module 100c shown in FIG. 16 to be described later, the front side of the paper is arranged to be the surface of the internal current collector plate 32. At the same time, the module 100b can be arranged such that the front side of the paper is the back surface of the internal current collector plate 32. That is, it is preferable to use the front surface and the back surface of the internal current collector plate 32 because the components can be shared. On the other hand, the internal current collector plate 36 can be produced, for example, by machining a metal plate-like member.

集合体３０、５０に備えられる外部集電板３３、３７は、例えば、燃料電池モジュール１００、２００に備えられる複数の外部集電体２０、２０、…、２２、２２、…の全てと接触することにより、燃料電池モジュール１００、２００の外部集電を行うことができ、かつ、燃料電池モジュール１００、２００の運転時の環境に耐え得る性質を備えていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。ただし、電気抵抗を低減することにより発電性能を容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供する観点からは、良好な電子伝導性を有する金属（銅、金等）により構成されることが好ましい。   The external current collector plates 33 and 37 included in the aggregates 30 and 50 are in contact with all of the plurality of external current collectors 20, 20,..., 22, 22,. Therefore, the constituent materials are particularly limited as long as the external current collection of the fuel cell modules 100 and 200 can be performed and the fuel cell modules 100 and 200 can withstand the environment during operation. It is not a thing. However, from the viewpoint of providing a fuel cell module in a form that can easily improve power generation performance by reducing electrical resistance, it is preferably composed of a metal (copper, gold, etc.) having good electronic conductivity. .

燃料電池モジュール１００、２００に関する上記説明では、外部集電板３３ａ及び外部集電板３３ｂからなる形態の外部集電板３３、並びに、外部集電板３７ａ及び外部集電板３７ｂからなる形態の外部集電板３７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、単一の部材によって構成される形態の外部集電板が備えられる形態とすることも可能である。ただし、外部集電板と複数の外部集電体との密着性を確保しつつ、製造時に組み立て易い形態の外部集電板とする等の観点からは、複数の部材からなる形態の外部集電板が備えられることが好ましい。
本発明において、外部集電板３３は、例えば、金属の板状部材により構成することができる。これに対し、外部集電板３７は、例えば、金属の板状部材を機械加工する等により作製することができる。 In the above description regarding the fuel cell modules 100 and 200, the external current collector 33 in the form of the external current collector 33a and the external current collector 33b, and the external in the form of the external current collector 37a and the external current collector 37b. Although the current collector plate 37 has been illustrated, the fuel cell module of the present invention is not limited to this form, and may be a form in which an external current collector plate configured by a single member is provided. is there. However, from the standpoint of securing the adhesion between the external current collector plate and the plurality of external current collectors and making the external current collector plate easy to assemble at the time of manufacture, etc., the external current collector in the form of a plurality of members is used. A plate is preferably provided.
In the present invention, the external current collector plate 33 can be constituted by, for example, a metal plate member. On the other hand, the external current collector plate 37 can be produced by, for example, machining a metal plate member.

集合体３０、５０に備えられる絶縁体３４は、内部集電板３２と外部集電体２０、又は、内部集電板３６と外部集電体２２との接触を防止することにより、内部集電板３２と外部集電体２０、又は、内部集電板３６と外部集電体２２との通電（短絡）を防止し得る形態を備えていれば、その構成材料及び形状は特に限定されるものではない。絶縁体３４を構成する材料の具体例としては、絶縁性樹脂等を挙げることができる。   The insulator 34 provided in the aggregates 30 and 50 prevents the internal current collector 32 and the external current collector 20 or the internal current collector 36 and the external current collector 22 from contacting each other, thereby If the plate 32 and the external current collector 20, or the internal current collector plate 36 and the external current collector 22 are provided with a configuration that can prevent energization (short circuit), the constituent materials and shapes thereof are particularly limited. is not. Specific examples of the material constituting the insulator 34 include an insulating resin.

燃料電池モジュール１００に関する上記説明では、１個の外部集電体２０と６個のセル１０、１０、…とを備える集合体３０が備えられる形態を例示し、燃料電池モジュール２００に関する上記説明では、１個の外部集電体２２と８個のセル１０、１０、…とを備える集合体５０が備えられる形態を例示したが、１個の外部集電体の周囲に配置されるチューブ型燃料電池セルの個数は、上記形態に限定されるものではない。ただし、チューブ型燃料電池セルの集積密度を向上させつつ集電効率を向上させる等の観点からは、１個の外部集電体の周囲に配置されるチューブ型燃料電池セルの個数を、６個以上８個以下とすることが好ましい。１個の外部集電体の周囲に９個以上のチューブ型燃料電池セルを配置すると、外部集電体の外径が大きくなるため、チューブ型燃料電池セルの集積密度が低下する恐れがある。これに対し、１個の外部集電体の周囲に３個以上５個以下のチューブ型燃料電池セルを配置すると、これらのチューブ型燃料電池セルによって周囲を囲まれる空間が小さくなるため、電子の移動路としての役割を果たす外部集電体の厚みが薄くなりやすく、その結果、電気抵抗が増大する恐れがある。   In the above description regarding the fuel cell module 100, an example in which the assembly 30 including one external current collector 20 and six cells 10, 10,... Is provided, and in the above description regarding the fuel cell module 200, An example in which the assembly 50 including one external current collector 22 and eight cells 10, 10,... Is provided has been illustrated, but a tube type fuel cell disposed around one external current collector The number of cells is not limited to the above form. However, from the viewpoint of improving the current collection efficiency while improving the integration density of the tube type fuel cells, the number of tube type fuel cells arranged around one external current collector is six. The number is preferably 8 or less. If nine or more tube-type fuel cells are arranged around one external current collector, the outer diameter of the external current collector increases, which may reduce the integration density of the tube-type fuel cells. On the other hand, when three or more and five or less tube-type fuel cells are arranged around one external current collector, the space surrounded by these tube-type fuel cells is reduced, so that The thickness of the external current collector that serves as a moving path tends to be thin, and as a result, the electrical resistance may increase.

２．燃料電池
２．１．第１実施形態
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概略的に示す断面図であり、構造の理解を容易にするため、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うち、３個の燃料電池モジュールのみを抽出し、積層されるこれらの燃料電池モジュールを、間隔を空けて示している。図１５の紙面奥／手前方向が燃料電池に備えられるチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１６は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す正面図であり、紙面奥／手前方向が燃料電池に備えられるチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１６では紙面奥側に配置される内部集電板等を視認可能なように、外部集電板を透過させて当該内部集電板等を示している。図１７は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部を概略的に示す断面図であり、紙面の左右方向が燃料電池に備えられるチューブ型燃料電池セルの軸方向である。構造の理解を容易にするとともに図が煩雑になることを防止するため、図１７では符号の記載を適宜省略している。図１５〜図１７において、図１〜図６に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図６で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図１６及び図１７において、図１５に示す部材と同様の構成を採るものには、図１５で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１〜図６、及び、図１５〜図１７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. Fuel cell 2.1. First Embodiment FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. A plurality of fuel cells according to the present invention are provided in order to facilitate understanding of the structure. Of these fuel cell modules, only three fuel cell modules are extracted, and these fuel cell modules to be stacked are shown at intervals. The back / front direction in FIG. 15 is the axial direction of the tubular fuel cell provided in the fuel cell. FIG. 16 is a front view schematically showing the fuel cell of the present invention according to the first embodiment, and the back / front direction of the drawing is the axial direction of the tube-type fuel cell provided in the fuel cell. In FIG. 16, the internal current collector plate or the like is shown by being transmitted through the external current collector plate so that the internal current collector plate or the like disposed on the back side of the paper surface can be seen. FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a part of the fuel cell of the present invention according to the first embodiment, and the left-right direction of the drawing is the axial direction of the tube-type fuel cell provided in the fuel cell. In order to facilitate understanding of the structure and prevent the figure from becoming complicated, the reference numerals are omitted as appropriate in FIG. 15 to FIG. 17, the same reference numerals as those used in FIG. 1 to FIG. 6 are given to those having the same configuration as the members shown in FIG. 1 to FIG. 16 and 17, components having the same configuration as those shown in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 15, and description thereof will be omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 and FIGS. 15 to 17.

図１５及び図１６に示すように、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。）は、複数の燃料電池モジュール１００、１００、…（以下、「モジュール１００ａ」、「モジュール１００ｂ」、「モジュール１００ｃ」等ということがある。）を積層して構成される積層体５００を備え、互いに隣接する一のモジュール１００ａと他のモジュール１００ｂとが、モジュール１００ａを構成するケース部材４０の凹部及び凸部と、モジュール１００ｂを構成するケース部材４０の凸部及び凹部とが噛み合う形態で積層され、互いに隣接するモジュール１００ｂ及びモジュール１００ｃもそれぞれの凹凸が噛み合う形態で積層されている。それゆえ、本発明によれば、モジュール１００ａ、モジュール１００ｂ、及び、モジュール１００ｃを間隔を空けずに積層することができる。したがって、本発明の燃料電池１０００によれば、セル１０、１０、…の集積密度を向上することが可能になり、その結果、発電性能を向上させることができる。   As shown in FIGS. 15 and 16, the fuel cell 1000 according to the first embodiment (hereinafter referred to as “fuel cell 1000”) includes a plurality of fuel cell modules 100, 100,. 100a ”,“ module 100b ”,“ module 100c ”, etc.), and one module 100a adjacent to each other and another module 100b The concave portions and convex portions of the case member 40 constituting the module and the convex portions and concave portions of the case member 40 constituting the module 100b are stacked so as to mesh with each other, and the adjacent modules 100b and the module 100c are also stacked so that the respective irregularities mesh with each other. Has been. Therefore, according to the present invention, the module 100a, the module 100b, and the module 100c can be stacked without being spaced apart. Therefore, according to the fuel cell 1000 of the present invention, the integration density of the cells 10, 10,... Can be improved, and as a result, the power generation performance can be improved.

図１６に示すように、モジュール１００ａ及びモジュール１００ｂは、モジュール１００ａに備えられる内部集電板３２（より具体的には、内部集電板３２ｂ）とモジュール１００ｂに備えられる外部集電板３３（より具体的には、外部集電板３３ｂ）とが、図１６にＥで示される、モジュール１００ａ及びモジュール１００ｂの端部で接触しており、当該接触によって、モジュール１００ａとモジュール１００ｂとが電気的に直列に接続されている。さらに、モジュール１００ｂ及びモジュール１００ｃは、モジュール１００ｂに備えられる内部集電板３２（内部集電板３２ｂ）とモジュール１００ｃに備えられる外部集電板３３（外部集電板３３ｂ）とが、図１６にＦで示される、モジュール１００ｂ及びモジュール１００ｃの端部で接触しており、当該接触によって、モジュール１００ｂとモジュール１００ｃとが電気的に直列に接続されている。このように、本発明の燃料電池１０００によれば、モジュール１００ａ、モジュール１００ｂ、及び、モジュール１００ｃの両端側に形成される空間で、モジュール１００ａ、モジュール１００ｂ、及び、モジュール１００ｃが電気的に直列に接続されるので、無駄な空間を低減することにより、単位体積当たりの発電性能を向上させることが可能になる。   As shown in FIG. 16, the module 100a and the module 100b include an internal current collector 32 (more specifically, an internal current collector 32b) provided in the module 100a and an external current collector 33 (more from the module 100b). Specifically, the external current collector plate 33b) is in contact with the ends of the module 100a and the module 100b indicated by E in FIG. 16, and the module 100a and the module 100b are electrically connected by the contact. Connected in series. Further, the module 100b and the module 100c include an internal current collecting plate 32 (internal current collecting plate 32b) provided in the module 100b and an external current collecting plate 33 (external current collecting plate 33b) provided in the module 100c in FIG. The ends of the module 100b and the module 100c indicated by F are in contact with each other, and the module 100b and the module 100c are electrically connected in series by the contact. As described above, according to the fuel cell 1000 of the present invention, the module 100a, the module 100b, and the module 100c are electrically connected in series in the spaces formed at both ends of the module 100a, the module 100b, and the module 100c. Since they are connected, the power generation performance per unit volume can be improved by reducing the useless space.

図１７を参照しつつ、モジュール１００ａに備えられる内部集電板３２とモジュール１００ｂに備えられる外部集電板３３との接触形態について説明する。図１７に示すように、モジュール１００ａに備えられる内部集電板３２ｂと、モジュール１００ｂに備えられる外部集電板３３ｂとが、連結体９０を介して接触している。そして、内部集電板３２ｂと連結体９０と外部集電板３３ｂとがボルト９１を介して固定されることにより、モジュール１００ａとモジュール１００ｂとの接続が維持されている。ここで、モジュール１００ａに備えられる内部集電板３２ｂは、モジュール１００ａに備えられる全ての内部集電体１、１、…と接触している内部集電板３２を構成する部材であり、モジュール１００ａの内部集電を行う。一方、モジュール１００ｂに備えられる外部集電板３３ｂは、モジュール１００ｂに備えられる全ての外部集電体２０、２０、…と接触している外部集電板３３を構成する部材であり、モジュール１００ｂの外部集電を行う。そして、連結体９０及びボルト９１は、導電性材料によって構成されている。それゆえ、図１７に示す形態でモジュール１００ａとモジュール１００ｂとを接続することにより、モジュール１００ａとモジュール１００ｂとを電気的に直列に接続することが可能になるので、本発明の燃料電池１０００によれば、容易に高電圧化を図ることができる。   With reference to FIG. 17, a contact form between the internal current collector plate 32 provided in the module 100a and the external current collector plate 33 provided in the module 100b will be described. As shown in FIG. 17, the internal current collector plate 32 b provided in the module 100 a and the external current collector plate 33 b provided in the module 100 b are in contact via a connector 90. Then, the connection between the module 100a and the module 100b is maintained by fixing the internal current collector plate 32b, the connecting body 90, and the external current collector plate 33b via bolts 91. Here, the internal current collector plate 32b provided in the module 100a is a member constituting the internal current collector plate 32 in contact with all the internal current collectors 1, 1,... Provided in the module 100a. To collect internal current. On the other hand, the external current collector 33b provided in the module 100b is a member constituting the external current collector 33 in contact with all the external current collectors 20, 20,... Provided in the module 100b. Perform external current collection. And the connection body 90 and the volt | bolt 91 are comprised with the electroconductive material. Therefore, the module 100a and the module 100b can be electrically connected in series by connecting the module 100a and the module 100b in the form shown in FIG. Thus, it is possible to easily increase the voltage.

２．２．第２実施形態
図１８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燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す断面図であり、紙面左右方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１８では、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部のみを拡大して示している。図１８において、図１〜図１７に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図１７で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１８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。なお、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられる燃料電池モジュール１００’と、上記燃料電池モジュール１００とは、内部集電板及び外部集電板の形態が異なり、燃料電池モジュール１００’には上記連結体９０及びボルト９１が備えられていない。 2.2. Second Embodiment FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell module provided in a fuel cell of the present invention according to a second embodiment, where the left-right direction on the paper is the axial direction of the tube-type fuel cell. It is. In FIG. 18, only a part of the fuel cell of the present invention according to the second embodiment is shown enlarged. In FIG. 18, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 17 denote the same parts as those shown in FIGS. 1 to 17, and a description thereof will be omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell module 100 ′ provided in the fuel cell of the present invention according to the second embodiment and the fuel cell module 100 are different in the form of the internal current collecting plate and the external current collecting plate, and the fuel cell module 100 ′. Is not provided with the connecting body 90 and the bolt 91.

図１８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。）は、複数の燃料電池モジュール１００’、１００’、…（以下、「モジュール１００ａ’」、「モジュール１００ｂ’」等ということがある。）を備えている。隣接する一の燃料電池モジュール１００ａ’と他の燃料電池モジュール１００ｂとは、モジュール１００ａ’に備えられる内部集電板３２ｂ’とモジュール１００ｂ’に備えられる外部集電板３３ｂ’とが、図１８にＧで示される、モジュール１００ａ’及びモジュール１００ｂ’の端部で直接接触（面接触）しており、当該接触によって、モジュール１００ａ’とモジュール１００ｂ’とが電気的に直列に接続されている。かかる形態でモジュール１００ａ’とモジュール１００ｂ’とが接触しても、モジュール１００ａ’とモジュール１００ｂ’とを電気的に直列に接続することができるので、燃料電池２０００によれば、容易に高電圧化を図ることができる。なお、燃料電池２０００では、接触抵抗を低減することにより、発電性能を向上させ得る形態の燃料電池とする観点から、図１８の上下方向から所定の圧縮圧力が加えられることが好ましい。かかる形態とすることにより、モジュール１００ａ’に備えられる内部集電板３２ｂ’とモジュール１００ｂ’に備えられる外部集電板３３ｂ’との間の接触抵抗を低減することが可能になる。   As shown in FIG. 18, the fuel cell 2000 of the present invention according to the second embodiment (hereinafter referred to as “fuel cell 2000”) includes a plurality of fuel cell modules 100 ′, 100 ′,. '"," Module 100b' ", etc.). One adjacent fuel cell module 100a ′ and the other fuel cell module 100b include an internal current collecting plate 32b ′ provided in the module 100a ′ and an external current collecting plate 33b ′ provided in the module 100b ′ in FIG. The ends of the modules 100a ′ and 100b ′ indicated by G are in direct contact (surface contact), and the module 100a ′ and the module 100b ′ are electrically connected in series by the contact. Even if the module 100a ′ and the module 100b ′ come into contact with each other in this manner, the module 100a ′ and the module 100b ′ can be electrically connected in series. Therefore, according to the fuel cell 2000, the voltage can be easily increased. Can be achieved. In the fuel cell 2000, it is preferable that a predetermined compression pressure is applied from the vertical direction of FIG. 18 from the viewpoint of reducing the contact resistance to a fuel cell that can improve the power generation performance. With this configuration, it is possible to reduce the contact resistance between the internal current collector plate 32b 'provided in the module 100a' and the external current collector plate 33b 'provided in the module 100b'.

本発明の燃料電池１０００、２０００に関する上記説明では、外部集電体２０の周囲に６個のチューブ型燃料電池セル１０、１０、…が配置された形態の集合体３０を複数備える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、例えば、複数の燃料電池モジュール２００、２００、…が備えられる形態とすることも可能である。ただし、積層される燃料電池モジュール間に形成され得る空間を低減することにより燃料電池モジュールの集積密度を向上させ、その結果として発電性能を向上させ得る形態の燃料電池とする観点からは、１個の外部集電体の周囲に６個のチューブ型燃料電池セルが配置された形態の集合体が備えられる燃料電池とすることが好ましい。   In the above description regarding the fuel cells 1000 and 2000 according to the present invention, the fuel cell module 100 including a plurality of assemblies 30 in the form of six tube fuel cells 10,. , 100 ′ is illustrated, but the fuel cell of the present invention is not limited to this mode. For example, a configuration in which a plurality of fuel cell modules 200, 200,. is there. However, from the viewpoint of a fuel cell having a configuration in which the integration density of the fuel cell modules can be improved by reducing the space that can be formed between the stacked fuel cell modules, and as a result, the power generation performance can be improved. It is preferable that the fuel cell is provided with an assembly in which six tubular fuel cells are arranged around the external current collector.

本発明の燃料電池に関する上記説明では、内部集電板３２ａ及び内部集電板３２ｂを備える内部集電板３２、並びに、外部集電板３３ａ及び外部集電板３３ｂを備える外部集電板３３が備えられる形態、又は、内部集電板３２ａ’及び内部集電板３２ｂ’を備える内部集電板３２’、並びに、外部集電板３３ａ’及び外部集電板３３ｂ’を備える外部集電板３３’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い。ただし、内部集電板と複数の内部集電体との良好な接触を維持しつつ、組み立て易い形態の燃料電池とする等の観点からは、複数の部材を備える内部集電板が備えられる形態とすることが好ましく、外部集電板と複数の外部集電体との良好な接触を維持しつつ、組み立て易い形態の燃料電池とする等の観点からは、複数の部材を備える外部集電板が備えられる形態とすることが好ましい。   In the above description regarding the fuel cell of the present invention, the internal current collecting plate 32 including the internal current collecting plate 32a and the internal current collecting plate 32b, and the external current collecting plate 33 including the external current collecting plate 33a and the external current collecting plate 33b are provided. Provided, or an internal current collecting plate 32 ′ including an internal current collecting plate 32a ′ and an internal current collecting plate 32b ′, and an external current collecting plate 33 including an external current collecting plate 33a ′ and an external current collecting plate 33b ′. However, the fuel cell of the present invention is not limited to such a form. However, from the standpoint of making the fuel cell easy to assemble while maintaining good contact between the internal current collector and the plurality of internal current collectors, the internal current collector having a plurality of members is provided. It is preferable that the external current collector plate is provided with a plurality of members from the viewpoint of maintaining a good contact between the external current collector plate and the plurality of external current collectors and making the fuel cell easy to assemble. It is preferable to adopt a form in which is provided.

上記形態にかかる燃料電池１０００は、例えば、以下の工程を経ることにより、組み立てることができる。
燃料電池モジュール１００に備えられる複数のセル１０、１０、…と、複数の外部集電体２０、２０、…と、拘束ワイヤ３１、３１、…と、内部集電板３２、３２と、外部集電板３３、３３と、絶縁体３４、３４、…と、を準備し、外部集電体２０の軸方向両端部に絶縁体３４、３４を配置する。次いで、正六角形の頂点位置に６個のセル１０、１０、…を配置し、当該６個のセル１０、１０、…によって囲まれる空間へ、その両端部に絶縁体３４、３４が配設された内部集電体２０を配置する。次いで、上記絶縁体３４、３４と６個の内部集電体１、１、…との間に、内部集電板３２ａ、３２ａを配置する。次いで、６個のセル１０、１０、…の周囲に、拘束ワイヤ３１を巻回する。このようにして、内部集電板３２ａが配設された形態の集合体３０を複数作製する。引き続き、作製した複数の集合体３０、３０、…を、所定の間隔を空けて一列に配置し、複数の集合体３０、３０、…に備えられる全ての内部集電体１、１、…を、上記内部集電板３２ａ、３２ａ、…と内部集電板３２ｂ、３２ｂとで狭持すべく、セル１０、１０、…の軸方向両端部に、内部集電板３２ｂ、３２ｂを配設する。このようにして内部集電板３２ｂ、３２ｂを配設した後、続いて、内部集電板３２ｂ、３２ｂよりもセル１０、１０、…の軸方向端部側へ、外部集電板３３、３３を配設する。ここで、外部集電板３３は、外部集電板３３ａ及び外部集電板３３ｂを備えている。そのため、外部集電板３３、３３を配設する場合には、一列に配置された集合体３０、３０、…に備えられる各外部集電体２０、２０、…の外周面に、外部集電板３３ａ、３３ａ、…を配設し、その後、当該外部集電板３３ａ、３３ａ、…を、外部集電体２０、２０、…と外部集電板３３ｂ、３３ｂとで狭持すべく、集合体３０、３０、…の軸方向両端部に、外部集電板３３ｂ、３３ｂを配設する。このようにして、内部集電板３２、３２及び外部集電板３３、３３が配設された形態の構造体を作製した後、引き続き、内部集電板３２及び外部集電板３３の端面がケース部材４０の外側へと突き出た形態となるように、当該構造体をケース部材４０に収容する。かかる工程を経ることで、燃料電池モジュール１００を組み立てることができる。その後、上記工程により組み立てた複数の燃料電池モジュール１００、１００、…を、図１５及び図１６に示す形態で積層する。このようにして、複数の燃料電池モジュール１００、１００、…を積層して構成される積層体５００を作製した後、隣接する一の燃料電池モジュール１００に備えられる内部集電板３２ｂと他の燃料電池モジュール１００に備えられる外部集電板３３ｂとを、連結体９０及びボルト９１を介して接触させ固定する。このようにして、隣接する全ての燃料電池モジュール１００、１００、…の端部を接触させ固定することにより、複数の燃料電池モジュール１００、１００、…が電気的に直列に接続される形態の、燃料電池１０００を組み立てることができる。 The fuel cell 1000 according to the above embodiment can be assembled, for example, through the following steps.
, A plurality of external current collectors 20, 20,..., Restraining wires 31, 31,. The electric plates 33 and 33 and the insulators 34, 34,... Are prepared, and the insulators 34 and 34 are arranged at both axial ends of the external current collector 20. Next, six cells 10, 10,... Are arranged at the apex position of the regular hexagon, and insulators 34, 34 are arranged at both ends of the space surrounded by the six cells 10, 10,. An internal current collector 20 is disposed. Next, internal current collector plates 32a and 32a are disposed between the insulators 34 and 34 and the six internal current collectors 1, 1,. Then, the restraining wire 31 is wound around the six cells 10, 10,. In this way, a plurality of aggregates 30 in the form in which the internal current collector plates 32a are disposed are produced. Subsequently, the plurality of produced assemblies 30, 30,... Are arranged in a row at a predetermined interval, and all the internal current collectors 1, 1,... Provided in the plurality of assemblies 30, 30,. The internal current collecting plates 32b, 32b are disposed at both axial ends of the cells 10, 10,... So as to be sandwiched between the internal current collecting plates 32a, 32a,. . After disposing the internal current collector plates 32b and 32b in this manner, the external current collector plates 33 and 33 are subsequently arranged closer to the end portions in the axial direction of the cells 10, 10, ... than the internal current collector plates 32b and 32b. Is disposed. Here, the external current collector plate 33 includes an external current collector plate 33a and an external current collector plate 33b. Therefore, when the external current collector plates 33, 33 are disposed, the external current collectors are disposed on the outer peripheral surfaces of the external current collectors 20, 20,... Provided in the aggregates 30, 30,. .. Are arranged to hold the external current collector plates 33a, 33a,... Between the external current collectors 20, 20,... And the external current collector plates 33b, 33b. External collector plates 33b and 33b are disposed at both axial ends of the bodies 30, 30,. Thus, after producing the structure of the form by which the internal collector plates 32 and 32 and the external collector plates 33 and 33 were arrange | positioned, the end surface of the internal collector plate 32 and the external collector plate 33 continues. The structure is accommodated in the case member 40 so as to protrude outward from the case member 40. Through this process, the fuel cell module 100 can be assembled. Thereafter, the plurality of fuel cell modules 100, 100,... Assembled by the above steps are stacked in the form shown in FIGS. In this way, after producing a laminated body 500 formed by laminating a plurality of fuel cell modules 100, 100,..., The internal current collector plate 32b provided in one adjacent fuel cell module 100 and other fuels The external current collector plate 33 b provided in the battery module 100 is brought into contact with and fixed via the connecting body 90 and the bolt 91. In this way, a plurality of fuel cell modules 100, 100,... Are electrically connected in series by contacting and fixing the ends of all adjacent fuel cell modules 100, 100,. The fuel cell 1000 can be assembled.

２．３．第３実施形態
図１９及び図２０は、第３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断面図であり、紙面奥／手前方向がチューブ型燃料電池セルの軸方向である。図１９及び図２０において、図１３及び図１４に示す部材と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図１９及び図２０を参照しつつ、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池について説明する。 2.3. Third Embodiment FIGS. 19 and 20 are cross-sectional views schematically showing an example of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. The back / front side of the drawing is the axial direction of the tube-type fuel cell. is there. 19 and 20, components having the same configurations as those shown in FIGS. 13 and 14 are denoted by the same reference numerals as those used in these drawings, and description thereof will be omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20.

図１９に示すように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池３０００は、複数の燃料電池モジュール３００、３００、…を一列に積層して構成される積層体６００を備えている。一方、図２０に示すように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池３０００’は、複数の燃料電池モジュール３００’、３００’、…を一列に積層して構成される積層体６００’を備えている。このように、燃料電池３０００、３０００’には、燃料電池モジュール３００、３００’が複数備えられているので、発電性能と生産性とを向上させることが可能な燃料電池３０００、３０００’とすることができる。   As shown in FIG. 19, the fuel cell 3000 according to the third embodiment of the present invention includes a stacked body 600 formed by stacking a plurality of fuel cell modules 300, 300,. On the other hand, as shown in FIG. 20, the fuel cell 3000 ′ of the present invention according to the third embodiment includes a stacked body 600 ′ configured by stacking a plurality of fuel cell modules 300 ′, 300 ′,. I have. Thus, since the fuel cells 3000 and 3000 ′ are provided with a plurality of the fuel cell modules 300 and 300 ′, the fuel cells 3000 and 3000 ′ can improve the power generation performance and productivity. Can do.

燃料電池モジュール１００の形態例を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a fuel cell module 100. FIG. ケース部材４０の端面を概略的に示す断面図である。4 is a cross-sectional view schematically showing an end surface of a case member 40. FIG. 燃料電池モジュール１００を概略的に示す正面図である。1 is a front view schematically showing a fuel cell module 100. FIG. 集合体３０の形態例を概略的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the form of the aggregate 30. FIG. 集合体３０の一部を拡大して示す側面図である。3 is an enlarged side view showing a part of an assembly 30. FIG. 集合体３０の一部を拡大して示す断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of an assembly 30. FIG. 燃料電池モジュール２００の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a fuel cell module 200. FIG. ケース部材６０の端面を概略的に示す断面図である。4 is a cross-sectional view schematically showing an end surface of a case member 60. FIG. 燃料電池モジュール２００を概略的に示す正面図である。2 is a front view schematically showing a fuel cell module 200. FIG. 集合体５０の形態例を概略的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of an assembly 50. FIG. 集合体５０の一部を拡大して示す側面図である。3 is an enlarged side view showing a part of an assembly 50. FIG. 集合体５０の一部を拡大して示す断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of an assembly 50. FIG. 燃料電池モジュール３００の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a fuel cell module 300. FIG. 燃料電池モジュール３００’の形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of fuel cell module 300 '. 燃料電池１０００の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a fuel cell 1000. FIG. 燃料電池１０００を概略的に示す正面図である。1 is a front view schematically showing a fuel cell 1000. FIG. 燃料電池１０００の一部を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a fuel cell 1000. FIG. 燃料電池２０００の一部を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a fuel cell 2000. FIG. 燃料電池３０００の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a fuel cell 3000. FIG. 燃料電池３０００’の形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of fuel cell 3000 '.

符号の説明Explanation of symbols

１…内部集電体
２…水素用流路
３…ＭＥＡ
４…外部集電部
１０…チューブ型燃料電池セル
２０、２２…外部集電体（導電体）
２１…冷媒流路（熱媒体流通用の流路）
３０、５０…集合体
３１…拘束ワイヤ（拘束部材）
３２、３２ａ、３２ｂ…内部集電板
３３、３３ａ、３３ｂ…外部集電板
３４…絶縁体
３５…緩み止めバンド
３６、３６ａ、３６ｂ…内部集電板
３７、３７ａ、３７ｂ…外部集電板
４０、６０、７０、８０…ケース部材
９０…連結体
９１…ボルト
１００、１００’…燃料電池モジュール
１００ａ、１００ａ’…燃料電池モジュール
１００ｂ、１００ｂ’…燃料電池モジュール
２００…燃料電池モジュール
３００、３００’…燃料電池モジュール
５００…積層体
６００、６００’…積層体
１０００、２０００…燃料電池
３０００、３０００’…燃料電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal collector 2 ... Hydrogen flow path 3 ... MEA
4 ... External current collector 10 ... Tube type fuel cell 20, 22 ... External current collector (conductor)
21 ... Refrigerant flow path (flow path for heat medium distribution)
30, 50 ... Assembly 31 ... Restraint wire (restraint member)
32, 32a, 32b ... Internal current collector plate 33, 33a, 33b ... External current collector plate 34 ... Insulator 35 ... Locking band 36, 36a, 36b ... Internal current collector plate 37, 37a, 37b ... External current collector plate 40 , 60, 70, 80 ... case member 90 ... connector 91 ... bolt 100, 100 '... fuel cell module 100a, 100a' ... fuel cell module 100b, 100b '... fuel cell module 200 ... fuel cell module 300, 300' ... Fuel cell module 500 ... Laminated body 600, 600 '... Laminated body 1000, 2000 ... Fuel cell 3000, 3000' ... Fuel cell

Claims (7)

多角形の頂点位置に配置される複数のチューブ型燃料電池セル、及び、前記複数のチューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に配置される導電体、を有する集合体と、一方向に配置される複数の前記集合体を収容するケース部材と、を備え、
前記導電体に熱媒体流通用の流路が備えられるとともに、前記導電体の外周面と前記複数のチューブ型燃料電池セルの外周面とが接触し、
前記複数のチューブ型燃料電池セルの外表面に拘束部材が配設されることを特徴とする、燃料電池モジュール。 An assembly having a plurality of tube-type fuel cells arranged at the vertex position of the polygon and a conductor arranged in a space surrounded by the plurality of tube-type fuel cells, and arranged in one direction A case member that houses a plurality of the aggregates,
The conductor is provided with a flow path for circulating a heat medium, and the outer peripheral surface of the conductor is in contact with the outer peripheral surface of the plurality of tubular fuel cells,
A fuel cell module, wherein a restraining member is disposed on an outer surface of the plurality of tube-type fuel cells. 隣接する一の前記集合体と他の前記集合体とが、
前記一の集合体の前記多角形の辺と、前記他の集合体の前記多角形の辺とが面するように配置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。 One adjacent aggregate and the other aggregate are
2. The fuel cell module according to claim 1, wherein the polygonal side of the one assembly and the polygonal side of the other assembly face each other. 前記多角形が、正六角形であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein the polygon is a regular hexagon. 前記ケース部材の形状が、前記多角形と対応する凹凸形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。 The fuel cell module according to claim 1, wherein a shape of the case member is an uneven shape corresponding to the polygon. 前記ケース部材の形状が、正六角形と対応する凹凸形状である、請求項４に記載の燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体を備え、
前記積層体を構成する、隣接する一の前記燃料電池モジュールと他の前記燃料電池モジュールとが、前記一の燃料電池モジュールに備えられる前記ケース部材の凹部及び凸部と、前記他の燃料電池モジュールに備えられる前記ケース部材の凸部及び凹部とが噛み合う形態で積層されることを特徴とする、燃料電池。 The shape of the case member is a concavo-convex shape corresponding to a regular hexagon, and includes a laminate configured by laminating a plurality of fuel cell modules according to claim 4,
The one adjacent fuel cell module and the other fuel cell module constituting the laminate are the concave and convex portions of the case member provided in the one fuel cell module, and the other fuel cell module. The fuel cell is characterized by being stacked in a form in which the convex portions and the concave portions of the case member provided in the housing are engaged with each other. 前記一の燃料電池モジュールの端部と前記他の燃料電池モジュールの端部とを接触させることにより、前記一の燃料電池モジュールと前記他の燃料電池モジュールとが、電気的に直列接続されることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池。 The one fuel cell module and the other fuel cell module are electrically connected in series by bringing the end of the one fuel cell module into contact with the end of the other fuel cell module. The fuel cell according to claim 5, wherein: 前記一の燃料電池モジュールの前記端部の端面と、前記他の燃料電池モジュールの前記端部の端面とが、直接接触することを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein an end surface of the end portion of the one fuel cell module and an end surface of the end portion of the other fuel cell module are in direct contact with each other.
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