WO2007026952A1 - 燃料電池 - Google Patents

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heat exchange
outer peripheral
exchange member
peripheral surface
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Haruyuki Nakanishi
Shigeaki Murata
Masahiro Imanishi
Yoshihisa Tamura
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the PEFC unit cell has an electrolyte membrane, at least a catalyst layer. It includes components such as a power sword and an anode, and a separator, and its theoretical electromotive force is 1.2 3 V.
  • a low electromotive force is not sufficient as a power source for electric vehicles and the like, and is usually a stack configuration in which end plates are arranged at both ends in the stacking direction of a stack of unit cells stacked in series.
  • PEFC hereinafter sometimes simply referred to as “fuel cell”.
  • fuel cell the size of the unit cell and increase the power generation reaction area (power density) per unit area.
  • the cross section of the concave surface obtained by cutting along a plane whose normal direction is the axial direction of the heat exchange member is a polygonal line shape, and one tube shape with one concave surface
  • the outer peripheral surface of the fuel cell may be configured to be in line contact at two or more locations.
  • a reaction gas flow path may be formed on the outer peripheral surface of the heat exchange member that should be in surface contact with the tubular fuel cell.
  • the cooling medium flows inside the heat exchange member, and at least a part of the inner surface of the heat exchange member to be in contact with the cooling medium is made of a material having electrical insulation. May be.
  • silicone rubber may be used as a material having electrical insulation.
  • the cross-section of the concave surface is a polygonal line shape
  • the tube-shaped fuel is obtained by making a line contact between one concave surface and the outer peripheral surface of one tube-type fuel cell. It becomes possible to improve the heat exchange efficiency of the battery cell.
  • the outer peripheral surface of the one tubular fuel cell is the same It is possible to make line contact with the outer peripheral surface (concave surface) of the heat exchange member at two or more points, or to make surface contact with each other. Therefore, with such a configuration, it is possible to improve the heat exchange efficiency of the tube-type fuel cell.
  • the outer peripheral surface of the tubular fuel cell and the concave surface provided in the heat exchange member are curved surfaces.
  • the contact area between the outer peripheral surface of the tubular fuel cell and the outer peripheral surface of the heat exchange member is 2% or more and 50% or less of the outer peripheral surface area of the heat exchange member, It is possible to maintain the supply efficiency of the gas supplied to the tube fuel cell while improving the heat exchange efficiency of the tube fuel cell. Therefore, according to the aspect of the present invention, a fuel cell capable of improving the power generation efficiency can be provided.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a tuner provided in the fuel cell according to the second embodiment. It is a perspective view which shows a fuel cell and a cooling pipe.
  • FIG. 6 is a top view showing the form of the cooling pipe according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic view showing members that constitute the cooling pipe according to the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing one concave surface provided in the heat exchange member and one tube type fuel cell.
  • FIG. 8 (A) schematically shows a form in which the concave surface is a curved surface.
  • FIG. 8 (B) schematically shows an embodiment in which the concave cross section has a polygonal line shape.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a tube type fuel cell and a cooling pipe provided in the fuel cell of the present invention according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the form of the cooling pipe shown in FIG.
  • elements having the same configuration as the components of the fuel cell shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. Omitted.
  • the fuel cell of the present invention according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • “surface contact” includes a form in which a plurality of concave surfaces provided on the outer peripheral surface of the cooling pipe 10 a and the outer peripheral surface of the tubular fuel cell 1, 1,.
  • the cooling performance can also be improved by the surface contact between the outer peripheral surface of the rejection pipe 10a and the outer peripheral surface of the tubular fuel cells 1, 1,.
  • FIG. 3 a plurality of concave surfaces sandwiched between the reaction gas passages 11, 11,... Formed in the direction intersecting the axial direction of the tube and the tubular fuel cells 1, 1,.
  • the cooling pipe 10 b has a wavy form, such as the cooling pipe 10 a shown in FIG. 3 connected in the left-right direction on the paper surface and formed into one body, and the reaction gas flow path is formed on the surface thereof.
  • a tube type member for example, a silicone rubber tube
  • the inside of the member is a cooling medium such as water. Is flowing. Even if the cooling pipe 1 Ob according to the present invention has such a configuration, the cooling pipe 10 b and the plurality of tubular fuel cells 1, 1,... The fuel cell can improve the cooling efficiency of the cells 1, 1,.
  • FIG. 7 is a schematic view showing members that constitute the cooling pipe according to the present invention.
  • FIG. 7 (A) is a front view of members that should constitute the cooling pipe 10a according to the first embodiment.
  • FIG. 7 (B) is an arrow view of FIG. 7 (A).
  • the cooling pipe 10 b according to the second embodiment can be manufactured by sequentially fixing the pipe material 20 having the form shown in FIG. 7 (C) to the holes.
  • the fixing method include welding.
  • the contact area between the outer peripheral surface of the cooling pipe and the outer peripheral surface of the tubular fuel cell (hereinafter referred to as “contact area A”) It is preferable to increase).
  • the outer peripheral surface of the cooling pipe and the tubular fuel cell cell are separated.
  • the contact area A with the outer peripheral surface of the pipe is reduced to a non-contact area (the area of the outer peripheral surface of the cooling pipe that does not contact the outer peripheral surface of the tube-type fuel cell cell. It is preferable to increase).
  • the ratio of the contact area A and the non-contact area B is preferably set to a ratio that can improve the power generation performance of the entire fuel cell.
  • the contact area A is preferably 2% or more of the entire outer peripheral surface area (A + B) of the cooling pipe, ensuring gas diffusion efficiency.
  • the contact area A is preferably 50% or less of the entire outer peripheral surface area (A + B) during cooling. Therefore, in the present invention, it is preferable that 0.0 2 ⁇ A / (A + B) ⁇ 0.5. More preferably, 0.2 ⁇ A / (A + B) ⁇ 0.4.

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Abstract

　　チューブ型燃料電池セルとの熱交換効率を向上させることが可能な、燃料電池を提供する。チューブ型燃料電池セル（１、１、…）と、チューブ型燃料電池セル（１、１、…）の外側に配設される熱交換部材（１０ａ、１０ａ、…）とを備え、チューブ型燃料電池セル（１、１、…）の外周面と、熱交換部材（１０ａ、１０ａ、…）の外周面の少なくとも一部とが、面接触している、燃料電池とする。

Description

燃料電池
技術分野
明
本発明は、 チューブ型燃料電池セルを備える燃料電池に関し、 特に、 チ 細 1
ユーブ型燃嵙電池セルとの熱交換効率を向書上させることが可能な、燃料電池 に関する。
背景技術 従来の固体高分子型燃料電池 （以下において、 「PE F C (Polymer E lectrolyte Fuel Cell) 」 と記述する。 ) では、 平板型の電解質膜と、 当該 電解質膜の両側に配設される電極（力ソ一ド及びアノード） とを備える膜電 極接合体 （以下において、 「MEA (Membrane Electrode Assembly) 」 と 記述する。 ） における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、 ME Aの両側に配設されるセパレー夕を介して外部に取り出している。 P E F C は、 低温領域での運転が可能であるほか、 高いエネルギー変換効率を示し、 起動時間が短く、 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。 一方、 上記 P E F Cのユニットセルは、 電解質膜、 少なくとも触媒層を 備える力ソード及びアノード、 並びに、 セパレー夕等の構成部材を含み、 そ の理論起電力は 1 . 2 3 Vである。 ところが、 このような低起電力では電気 自動車等の動力源として不十分であるため、 通常は、 ュニットセルを直列に 積層した積層体の積層方向両端にェンドブレート等を配置して構成される スタック形態の P E F C (以下において、 単に 「燃料電池」 と記述すること がある。 ） が使用される。 これに加え、 燃料電池の発電性能をより一層向上 させるため は、 ユニットセルの小型化を図り、 単位面積当たりの発電反応 面積 （出力密度） を大きくすることが好ましい。
従来の平板型燃料電池 （以下において、 「平板型 F C」 と記述すること がある。 ） において単位面積当たりの出力密度を向上させ、 発電性能を向上 させるためには、 上記構成部材の厚さを薄くする必要がある。 しかし、 平板 型 F Cにおいて構成部材を一定以下の厚さにすると、各構成部材の機能及び 強度等が低下する虞があるため、 当該形態の燃料電池により、 単位面積当た りの出力密度を一定以上に向上させることは構造上困難である。
かかる観点から、 近年、 チューブ型の P E F C (以下において、 「チュ ーブ型 P E F C」と記述することがある。）に関する研究が進められている。 チューブ型 P E F Cのユニットセル （以下において、 「チューブ型セル」 と 記述することがある。 ） は、 中空形状の電解質層と、 当該電解質層の内側及 び外側に配設される中空形状の電極層とを備える中空形状の M E A (以下に おいて、 単に 「中空 M E A」 と記述する。 ） を備えている。 そして、 当該中 空 ME Aの内側及び外側に反応ガス （水素含有ガス及び酸素含有ガス） を供 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、中空 ME Aの内側及び外側に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 P E F Cによれば、 各ュニッ トセルに備えられる中空 ME Aの内側に一方の反応ガス（水素含有ガス又は 酸素含有ガス） を、外側に他方の反応ガス（酸素含有ガス又は水素含有ガス） を供給することで発電エネルギーを取り出すことが容易になる。 すなわち、 チューブ型 P E F Cによれば、隣り合う 2つのュニッ卜セルの外側面に供給 される反応ガスを同一とすることができるため、従来の平板型 P E F Cでは ガス遮蔽性能をも併せ持つていたセパレー夕が不要となる。 したがって、 チ ュ一ブ型 P E F Cによれば、効果的にュニッ卜セルの小型化を図ることが可 能になる。
これまでに、 チューブ型 P E F C等のチューブ型燃料電池 （以下におい て、 単に 「チューブ型 FC」 と記述することがある。 ） に関する技術はいく つか開示されてきている。 例えば、 日本特表 2004- 50 541 7号公報 には、 複数のチューブ型燃料電池セル （マイクロセル） を束ねてモジュール 式電気化学的セルアセンブリを形成し、 円管形状の伝熱管を、 マイクロセル 束間に備えた構成とする技術が開示されている。 かかる技術によれば、 マイ クロセル束で発生する多量の熱を取り除くことが可能になるとしている。
しかし、日本特表 2004— 50 54 1 7号公報に開示されている技術 では、 冷却管が円管形状であることから、 一のチューブ型燃料電池セルと一 の冷却管とがー本の線でのみ接触し、冷却効率を向上させ難いという問題が あった。
そこで本発明は、チューブ型燃料電池セルとの熱交換効率を向上させる ことが可能な、 燃料電池を提供することを課題とする。 発明の開示
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、 本 発明の第 1の態様は、 チューブ型燃料電池セルと、 チューブ型燃料電池セル の外側に配設される熱交換部材とを備え、チューブ型燃料電池セルの外周面 と、 熱交換部材の外周面の少なくとも一部とが、 面接触していることを特徴 とする、 燃料電池である。
本発明の第 1の態様において、 「チューブ型燃料電池セルの外側に配設 される熱交換部材」 とは、 熱交換部材が、 チューブ型燃料電池セルの外周面 の少なくとも一部と面接触し得る形態で配置されることを意味している。本 発明（第 1の態様及び後述する第 2の態様を含む） において、 「熱交換部材」 とは、 その内部に熱媒体流路を有する部材を指し、 冷却媒体が流通する場合 には、 チューブ型燃料電池セルを冷却すべき冷却管として機能する一方、 温 熱媒体が流通する場合には、チューブ型燃料電池セルを加温すべき加温管と して機能する。 本発明 （第 1の態様及び後述する第 2の態様を含む） にかか る熱交換部材は、内部に熱媒体流路を備えていればその形態は特に限定され ず、 単一の中空形状からなる冷却管のみならず、 後述するように、 複数の熱 媒体流路を内部に備え、複数の管状の熱交換部材の肉厚部を連結して形成さ れるような形態をも含む概念である。 また、 本発明の第 1の態様において、 1つの熱交換部材と面接触するチューブ型燃料電池セルの数は、特に限定さ れない。 単一のチューブ型燃料電池セルのみと面接触していても良く、 複数 (例えば、 4つ、 又は 4つ以上） のチューブ型燃料電池セルと面接触してい ても良い。
本発明の第 2の態様は、 チューブ型燃料電池セルと、 チューブ型燃料電 池セルの外側に配設される熱交換部材とを備え、 熱交換部材の外周面に、 チ ユーブ型燃料電池セルの外周面と直接接触する凹面が備えられることを特 徴とする、 燃料電池である。
本発明の第 2の態様において、 「チューブ型燃料電池セルの外側に配設 される熱交換部材」 とは、 熱交換部材が、 チューブ型燃料電池セルの外周面 の少なくとも一部と接触し得る形態で配置されることを意味する。より具体 的には、一の熱交換部材の外周面と一のチューブ型燃料電池セルの外周面と が、 2箇所以上で線接触する形態、 又は、 面接触する形態で配置されること を意味する。 さらに、 「熱交換部材の外周面に、 チューブ型燃料電池セルの 外周面と直接接触する凹面が備えられる」 とは、 柱状のチューブ型燃料電池 セルを配設可能な凹んだ面 （以下、 「凹面」 という。 ） 力 熱交換部材の外 周面に備えられ、当該凹面とチューブ型燃料電池セルの外周面とが直接接触 することを意味する （第 8図参照） 。 熱交換部材の軸方向を法線方向とする 平面で切断して得られる、 凹面の断面形状としては、 曲線形状（第 8図（A) 参照） のほか、 折れ線形状 （第 8図 （B ) 参照） を例示できる。 また、 本発 明の第 2の態様においても、 1つの熱交換部材と接触するチューブ型燃料電 池セルの数は、 特に限定されない。 単一のチューブ型燃料電池セルのみと接 触していても良く、 複数 （例えば、 4つ、 又は 4つ以上） のチューブ型燃料 電池セルと接触していても良い。
さらに、 上記本発明の第 2の態様において、 熱交換部材の軸方向を法線 方向とする平面で切断して得られる、 凹面の断面が、 折れ線形状であり、 一 の凹面と一のチューブ型燃料電池セルの外周面とが、 2箇所以上で線接触す るように、 構成されていても良い。
さらに、 上記本発明の第 2の態様 （変形例も含む） において、 チューブ 型燃料電池セルの外周面、 及び、 凹面が、 曲面であるように、 構成されてい ても良い。
さらに、 チューブ型燃料電池セルの外周面、 及び、 凹面が曲面であるよ うに構成されている上記本発明の第 2の態様において、チューブ型燃料電池 セルの外周面の曲率半径を R 1、 凹面の曲率半径を R 2とするとき、 R 2≤ R 1となるように、 構成されていても良い。
さらに、 上記本発明の態様 （第 1の態様及び第 2の態様を含み、 変形例 も含む。 以下において同じ。 ） において、 チューブ型燃料電池セルの外周面 と熱交換部材の外周面との接触面積が、熱交換部材の外周面面積の 2 %以上 5 0 %以下となるように、 構成されていても良い。
本発明において、 「接触面積が、 熱交換部材の外周面面積の 2 %以上 5 0 %以下」 とは、 チューブ型燃料電池セルの外周面と面接触している熱交換 部材の外周面の面積が、熱交換部材の外周面面積全体の 2 %以上 5 0 %以下 であることを意味している。ここで、 「熱交換部材の外周面面積全体」とは、 熱交換部材の外周面のうち、チューブ型燃料電池セルの外周面と接触する面 の面積を A、チューブ型燃料電池セルの外周面と接触しない面の面積を Bと するとき、 「A + B」 で表される面積を意味している。 すなわち、 A及び B を用いれば、 本発明の態様における条件は、 「0 . 0 2≤AZ (A + B ) ≤ 0 . 5」 と表すことができる。
さらに、 上記本発明の態様において、 チューブ型燃料電池セルと面接触 すべき、 熱交換部材の外周面に、 反応ガス流路が形成されていても良い。
さらに、 上記本発明の態様において、 反応ガス流路に、 チューブ型燃料 電池セルの軸方向と交差する方向に形成された反応ガス流路が備えられて いても良い。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材が、 隣接するチューブ 型燃料電池セルによって形成される隙間に配設されていても良い。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材の内部に、 複数の熱媒 体流路が備えられていても良い。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材の外周面と、 4以上の チューブ型燃料電池セルの外周面とが、接触するように配置されていても良 い。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材が、 電気伝導性を有し ていても良い。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材が、 電気伝導性材料の 外側表面に貴金属めつきが施されることにより構成されていても良い。
ここに、 貴金属の具体例としては、 白金、 金等を挙げることができる。 加えて、 上記本発明の態様において、 熱交換部材の内側に冷却媒体が流 れ、 冷却媒体と接触すべき熱交換部材の内側表面の少なくとも一部が、 電気 絶縁性を有する材料によって構成されていても良い。
ここに、 冷却媒体の具体例としては、 水のほか、 エチレングリコール等 を挙げることができる。
さらに、 上記本発明の態様において、 電気絶縁性を有する材料として、 シリコーンゴムが用いられていても良い。
発明の効果
本発明の第 1の態様によれば、一のチューブ型燃料電池セルと一の熱交 換部材とが面接触しているので、これらの外周面が一本の線で接触していた 従来技術よりも、チューブ型燃料電池セルの熱交換効率を大幅に向上させる ことが可能になる。 したがって、 本発明の第 1の態様によれば、 チューブ型 燃料電池セルの熱交換効率を向上させることが可能な、燃料電池を提供でき る。
本発明の第 2の態様によれば、一のチューブ型燃料電池セルと一の熱交 換部材とが、 二箇所以上で線接触するか、 又は、 面接触しているので、 これ らの外周面が一本の線のみで接触していた従来技術よりも、チューブ型燃料 電池セルの熱交換効率を大幅に向上させることが可能になる。 したがって、 本発明の第 2の態様によれば、チューブ型燃料電池セルの熱交換効率を向上 させることが可能な、 燃料電池を提供できる。
上記本発明の第 2の態様において、 凹面の断面が、 折れ線形状であり、 一の凹面と一のチューブ型燃料電池セルの外周面とが、 2箇所以上で線接触 することにより、チューブ型燃料電池セルの熱交換効率を向上させることが 可能になる。
上記本発明の第 2の態様において、 チューブ型燃料電池セルの外周面、 及び、 熱交換部材に備えられる凹面が、 曲面であっても、 一のチューブ型燃 料電池セルの外周面と一の熱交換部材の外周面（凹面） とが 2箇所以上で線 接触すること、 又は、 これらが面接触することが可能になる。 したがって、 かかる構成とすることで、チューブ型燃料電池セルの熱交換効率を向上させ ることが可能になる。 チューブ型燃料電池セルの外周面及び熱交換部材に備えられる凹面が 曲面である、 上記本発明の第 2の態様において、 チューブ型燃料電池セルの 外周面の曲率半径 R 1と凹面の曲率半径 R 2との間に、 R 2≤R 1という関 係があることにより、一のチューブ型燃料電池セルの外周面と一の熱交換部 材の外周面 （凹部） とが 2箇所以上で線接触すること、 又は、 面接触するこ とができる。
上記本発明の態様において、チューブ型燃料電池セルの外周面と熱交換 部材の外周面との接触面積が、熱交換部材の外周面面積の 2 %以上 5 0 %以 下とされることにより、チューブ型燃料電池セルの熱交換効率を向上させつ つ、チューブ型燃料電池セルへと供給されるガスの供給効率を維持すること が可能になる。 したがって、 本発明の態様によれば、 発電効率を向上させる ことが可能な、 燃料電池を提供できる。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材の外周面に反応ガス流 路が形成されることにより、チューブ型燃料電池セルの外周面と熱交換部材 の外周面とが面接触しても、 当該反応ガス流路を介して、 チューブ型燃料電 池の外周面へ反応ガスを供給することが可能になる。 したがって、 本発明の 態様によれば、 反応ガスの拡散性低下を抑制しつつ、 チューブ型燃料電池セ ルの熱交換効率を向上させることが可能な、 燃料電池を提供できる。
さらに、 上記本発明の態様において、 チューブ型燃料電池セルの軸方向 と交差する方向に形成された反応ガス流路が備えられることにより、反応ガ スを高流速に拡散させることが可能になるほか、反応ガスの圧力損失を低減 することが可能になる。
さらに、 上記本発明の態様において、 隣接する前記チューブ型燃料電池 セルによって形成される隙間に熱交換部材を配設することにより、熱交換効 率を向上させつつ、 燃料電池の体格を低減させる （小型化させる） ことがで きる。
さらに、'上記本発明の態様において、 熱交換部材の内部に、 複数の熱媒 体流路が備えられる形態とすることにより、 熱交換部材を、 複数の管状の熱 交換部材の肉厚部を連結して形成されるような形態とすることができる。熱 交換部材がこのような形態であれば、当該熱交換部材の外周面の反応ガス流 路を、途中で途切れること無く形成することができるので、 反応ガスを高流 速で拡散させることが容易になるほか、反応ガスの圧力損失を低減すること が容易になる。
さらに、 上記本発明の態様において、 熱交換部材の外周面と、 4以上の チューブ型燃料電池セルの外周面とが、接触するように配置されることによ り、 熱交換効率を向上させつつ、 燃料電池の体格を低減させる （小型化させ る） ことができる。
さらに、 上記本発明の態様において、 チューブ型燃料電池セルの外側に 配設される熱交換部材が電気伝導性を有することにより、当該熱交換部材に、 集電体としての機能を担わせることが可能になる。 したがって、 本発明の態 様によれば、 さらに、 集電効率を向上させることが可能な、 燃料電池を提供 できる。
加えて、 上記本発明の態様において、 冷却媒体と接触すべき熱交換部材 の表面が、 電気絶縁性を有する材料によって構成されることにより、 上記効 果に加えて、 さらに漏電を防止して発電性能を向上させることが可能な、 燃 料電池を提供できる。
さらに、冷却媒体と接触すべき熱交換部材の表面が電気絶縁性を有する 材料によって構成される上記本発明の態様において、電気絶縁性を有する材 料としてシリコーンゴムを用いることにより、漏電を防止して発電性能を向 上させることが容易になる。 図面の簡単な説明
第 1図は、従来の燃料電池と本発明の燃料電池との差異点を示す概略図 である。
第 2図は、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を示す斜視図である。
第 3図は、 第 1実施形態にかかる冷却管の形態を示す斜視図である。 第 4図は、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を示す斜視図である。
第 5図は、第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を示す斜視図である。
第 6図は、 第 2実施形態にかかる冷却管の形態を示す上面図である。 第 7図は、本発明にかかる冷却管を構成すべき部材を示す概略図である。 第 8図は、熱交換部材に備えられる一の凹面と、 一のチューブ型燃料電 池セルとを拡大して示す断面図である。 第 8図 （A) は、 凹面が曲面である 形態を概略的に示している。 第 8図 （B ) は、 凹面の断面が折れ線形状であ る形態を概略的に示している。
添付の図面において、 1はチューブ型燃料電池セル、 1 0 a及び 1 0 b は冷却管 （熱交換部材） 、 1 1及び 1 2は反応ガス流路、 1 3は孔、 1 5 a 及び 1 5 bは隙間、 1 6及び 1 7は熱交換部材に備えられる凹面、 2 0は管 材、 2 1 a及び 2 1 bはプレート状部材を示す。 発明を実施するための最良の形態
単位体積当たりの出力密度を向上させること等を目的として、チューブ 型 F Cに関する研究が進められている。 チューブ型 F Cも、 平板型 F Cと同 様に、 電解質の種類に応じて、 電気化学反応にとって最適な温度範囲が決ま る （例えば、 P E F Cなら約 1 0 0 °C程度） ため、 発電性能を向上させるに は、 チューブ型 F Cのセルを冷却し、 当該セルの温度を所定の温度範囲内に 収める必要がある。 一方で、 燃料電池の低温起動性を向上させるという観点 からは、 燃料電池の起動時に、 チューブ型 F Cセルを加温することが必要と される場合がある。 それゆえ、 チューブ型 F Cでは、 チューブ型 F Cのセル を冷却ノ加温すべき熱交換部材 （以下において、 「冷却管」 と記述すること がある。 ） が備えられる。 しかし、 従来の冷却管は円管形状であり、 冷却管 はチューブ型 F Cセルと一本の線でのみ接触していた。そのため、 冷却管の 外周面とチューブ型 F Cセルの外周面との接触面積が少なく、熱交換効率が 低下しやすかつた。 チューブ型 F Cセルの熱交換効率向上、 特に、 冷却効率 向上を図るには、 当該セルと冷却管との接蝕面積を増やす必要がある。
本発明は、 かかる観点からなされたものであり、 その要旨は、 チューブ 型燃料電池セルと面接触する形態、 又は、二箇所以上で線接触する形態の熱 交換部材を介して、 チューブ型燃料電池セルを冷却 Z加温し、 その熱交換効 率を向上させることにある。 ここで、 チューブ型燃料電池セルと熱交換部材 とを上記形態で接触させると、当該外周面への反応ガスの拡散が阻害される 虞がある。 そのため、 本発明では、 熱交換部材の外周面に反応ガス流路を形 成することで、 反応ガスの拡散確保と、 熱交換効率向上効果との両立を図つ ている。 さらに、 かかる形態の熱交換部材を、 隣接するチューブ型燃料電池 セルによって形成される隙間に配設すれば、 熱交換効率を向上させつつ、 燃 料電池の体格を低減させる （小型化させる） ことが可能になる。 加えて、 当 該熱交換部材を、 電気導電性を有する材料により構成すれば、 当該熱交換部 材に、集電体の機能を担わせることが可能になり、 集電効率の向上と更なる 小型化を図ることが可能になる。 以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池について具体的に説明する。 なお、 以下の説明では、 熱交換部材の内部に冷却媒体を流通させることで、 熱交換部材を冷却管として機能させる場合について記述するが、熱交換部材 の内部に温熱媒体を流通させれば、チューブ型燃料電池セルを加温可能な熱 交換部材として機能させることも可能である。
まず、 本発明を容易に理解可能とするため、 従来の燃料電池と本発明の 燃料電池との差異を、 第 1図を参照しつつ説明する。
第 1図は、従来の燃料電池と本発明の燃料電池との差異点を示す概略図 である。 第 1図 （A) は、 本発明の燃料電池におけるチューブ型燃料電池セ ルと冷却管との配置形態を概略的に示す正面図であり、 第 1図 （B ) は、 従 来の燃料電池におけるチューブ型燃料電池セルと冷却管との配置形態例を 概略的に示す正面図である。 第 1図 （A) に示すように、 本発明にかかる冷 却管 1 0 aの外周面は、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の外周面と 面接触可能な形態に形成されており、各チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1と冷却管 1 0 aとは、 面接触している。 これに対し、 第 1図 （B ) に示す ように、 円管形状を有する従来の冷却管 9 0を、 複数のチューブ型燃料電池 セル 1、 1、 1、 1によって形成される隙間に配設しても、 冷却管 9 0及び チューブ型燃料電池セル 1は共に円管形状 （チューブ型形状） を有している ため、 これらは線で接触 （線接触） するのみであった。 すなわち、 従来の燃 料電池では、 冷却管とチューブ型燃料電池セルとの接触面積が、 本発明にお ける接触面積よりも著しく少ないため、冷却効率を向上させることが困難で あった。
第 2図は、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を概略的に示す斜視図である。 第 3図は、 第 2 図に示す冷却管の形態を概略的に示す斜視図である。第 2図及び第 3図にお いて、 第 1図に示す燃料電池の構成要素と同様の構成を採る要素には、 第 1 図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、 第 2 図及び第 3図を参照しつつ、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池につい て説明する。
第 2図に示すように、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えら れる冷却管 1 0 aは、 隣接する 4つのチューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1によって形成される隙間に配設されている。 かかる冷却管 1 0 aは、 例え ば、 導電性を有する材料 （例えば、 T i等） からなりその表面に貴金属めつ き （例えば、 金めつき） が施された複数のプレ 卜状部材を、 導電性を有す る材料 （例えば、 T i等） からなりその外周面に貴金属めつき （例えば、 金 めっき） が施された円管状部材に、 所定の間隔を開けて固定する等の方法に より形成されている。 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の軸方向長さ と同等程度の長さを有する冷却管 1 0 aに形成されている孔 1 3には、電気 絶縁性を有するチューブ型部材 （例えば、 シリコーンゴム製の管等） が配設 され、 この部材内を水等の冷却媒体が流れている。 そして、 かかる冷却媒体 によって冷却される冷却管 1 0 aの外周面と、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の外周面とが面接触することで、 これら 4つのチューブ型燃料電 池セル 1、 1、 1、 1を効率良く冷却可能としている。
第 3図に示すように、第 1実施形態にかかる冷却管 1 0 aの外周面には、 管の軸方向と交差する方向、 及び、 管の軸方向と平行な方向に、 それぞれ、 反応ガス流路 1 1、 1 1、 ···、 及び、 1 2、 1 2、 …が形成されており、 こ れらの反応 ス流路 1 1、 1 1、 ···、 1 2、 1 2、 …を介して、 チューブ型 燃料電池セル 1、 1、 …の外周面に、 反応ガスが供給される。 このように、 冷却管 1 0 aの外周面に反応ガス流路 1 1、 1 1、 ···、 1 2、 1 2、 …が形 成されていれば、 隙間 1 5 a、 1 5 a , 1 5 b、 1 5 bに面しているチュー ブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の外周面のみならず、 冷却管 1 0 aの外周 面に面しているチューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の外周面にも、 反応 ガスを供給することが可能になり、反応ガスの供給過少による発電性能の低 下を回避することが可能になる。 すなわち、 かかる形態の冷却管 1 0 aを、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 …の間に配設することで、 反応ガスの 拡散性を維持しつつ、 冷却効率を向上させることが可能な、 燃料電池を提供 することができる。 なお、 第 1実施形態にかかる冷却管 1 0 aには、 軸方向 と交差する方向のみならず軸方向と平行な方向にも反応ガス流路が形成さ れている。 そのため、 例えば、 各チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …で発生 する水蒸気が冷却管 1 0 aと接触して生じる液滴の水を、反応ガス流路 1 1、 1 1、 …に沿って移動させて反応ガス流路 1 2、 1 2、 …に集め、 その後、 当該反応ガス流路 1 2、 1 2、 …に集まった液滴の水を、 外部へ排出するこ とが可能になる。
また、 上述のように、 冷却管 1 0 aは、 導電性を有する材料により形成 されており、 当該冷却管 1 0 aは、 各チューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1と面接触している。 そのため、 冷却管 1 0 aによって、 チューブ型燃料電 池セル 1、 1、 1、 1外周面の周方向及び軸方向における集電を行うことが 可能になる。 このように、 冷却管 1 0 aが集電体としても機能させれば、 燃 料電池の構成を簡略化することが可能になるほか、チューブ型燃料電池セル 1、 1、_ 1、 1と面接触する冷却管 1 0 aによって、 集電効率を向上させる ことも可能になる。
また、 第 3図に示す形態において、 冷却管 1 0 aの外周面に、 反応ガス 流路 1 1、 1 1、 ···、及び、反応ガス流路 1 2、 1 2、 …が形成された結果、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の外周面と冷却管 1 0 aの外周面とが面 接蝕する構造は、 反応ガス流路 1 1、 1 1、 …によって挟まれた複数の凸部 の頂部に形成された、 複数の凹面 （以下、 第 3図の説明において、 単に 「凹 面」 という。 ） とチューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1の外周面とが接触 する構造であるとも言える。 すなわち、 本発明において、 「面接触する」 と は、冷却管 1 0 aの外周面に備えられる複数の凹面とチューブ型燃料電池セ ル 1、 1、 …の外周面とが接触する形態も含む概念であり、 かかる形態で冷 却管 1 0 aの外周面とチューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の外周面とが面接 触することによつても、 冷却性を向上させることができる。 なお、 第 3図で は、 管の軸方向と交差する方向に形成された反応ガス流路 1 1、 1 1、 …に 挟まれた複数の凹面とチューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の外周面とが面接 触する形態を示したが、 本発明では、 管の軸方向と平行な方向に形成された 反応ガス流路に挟まれた複数の凸部の頂部に形成された複数の凹面と、チュ —ブ型燃料竃池セルの外周面とが面接触する形態とすることも可能である。 さらに、 本発明では、 管の軸方向と交差する方向に形成された反応ガス流路 と、管の軸方向と平行な方向に形成された反応ガス流路とによって周囲を囲 まれた、 複数の島状の凸部の頂部に形成された複数の凹面と、 チューブ型燃 料電池セルの外周面とが面接触する形態とすることも可能である。
第 4図は、第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を概略的に示す斜視図である。第 4図に示すよ うに、 第 1実施形態にかかる燃料電池では、 4つのチューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1によって形成される全ての隙間に、 冷却管 1 0 aが配設され る形態で、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 ···、 及び、 冷却管 1 0 aが配置 される。 かかる形態とすることで、 反応ガスの拡散性を確保しつつ、 全ての チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …を効率よく冷却することが可能になる。 また、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …を、 紙面上下方向に積層する場合 にも、 同様に、 4つのチューブ型燃料電池セル 1、 1、 1、 1によって形成 される隙間に、 冷却管 1 0 aが配設される形態で、 チューブ型燃料電池セル 及び冷却管を配設すれば良い。
なお、 上記説明では、 隙間 1 5 a、 1 5 a , 1 5 b、 1 5 bと対向する 端面に、 軸方向と平行な方向の反応ガス流路 1 2、 1 2、 …が形成されてい る形態の冷却管 1 0 aについて記述したが、 当該反応ガス流路 1 2、 1 2、 …が形成される部位は、上記部位に限定されず、チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の外茼面と対向する面に形成しても良い。 また、 上記説明では、 チュ ーブ型燃料電池セルによって形成される全ての隙間に冷却管が配設される 形態について記述したが、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、 当該隙間の一部にのみ冷却管が配設される形態としても良い。
第 5図は、第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるチュー ブ型燃料電池セル及び冷却管を概略的に示す斜視図である。また、第 6図は、 第 2実施形態にかかる冷却管の形態を概略的に示す上面図である。第 5図及 び第 6図において、第 2図に示す本発明の燃料電池の構成要素と同様の構成 を採る要素には、 第 2図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、 第 5図及び第 6図を参照しつつ、 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、 図示の冷却管は、 例えば、 導電性 を有する材料 （例えば、 C u等） の表面を貴金属めつき （例えば、 A uめつ き） することにより形成されている。
第 5図に示すように、第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えら れる冷却管 1 0 bは、図 3に示す冷却管 1 0 aを紙面左右方向に連結して一 体に形成したような、 波打った形態を有し、 その表面に反応ガス流路が形成 されている。 そして、 複数の孔 1 3、 1 3、 …には、 電気絶縁性を有するチ ュ一ブ型部材 （例えば、 シリコーンゴム製の管等） が配設され、 当該部材内 を水等の冷却媒体が流れている。本発明にかかる冷却管 1 O bがかかる形態 を有していても、当該冷却管 1 0 bと複数のチューブ型燃料電池セル 1、 1、 …とが面接蝕するので、 当該チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の冷却効率 を向上させ得る、 燃料電池とすることができる。
また、 第 6図に示すように、 第 2実施形態にかかる冷却管 1 0 bの外周 面には、 軸方向と交差方向に形成された反応ガス流路 1 1、 1 1、 …が途中 で途切れること無く形成されているため、第 2実施形態にかかる燃料電池に よれば、 反応ガスを、 当該軸方向と交差方向へ高流速で拡散させること、 及 び、 反応ガスの圧力損失を低減することができる。 反応ガスを高流速で拡散 させると、 反応ガス流路に存在し得る液滴の水を、 反応ガスによって容易に 除去することが可能になるため、フラッディングの発生を効果的に抑制する ことができる。
また、 第 1実施形態にかかる冷却管 1 0 aと同様に、 第 2実施形態にか かる冷却管 1 O bは、 導電性を有する材料によって形成されており、 当該冷 却管 1 0 bは、複数のチューブ型燃料電池セル 1、 1、…と面接触している。 そのため、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …の外周面の集電を、 当該冷却 管 1 0 bによって行うことが可能になる。 したがって、 第 2実施形態にかか る燃料電池によっても、 燃料電池の構成を簡略化すること、 及び、 集電効率 を向上させることが可能になる。
上記第 2実施形態にかかる燃料電池の説明では、軸方向と交差する方向 に形成された反応ガス流路 1 1、 1 1、 …のみを備える形態の冷却管 1 O b について記述したが、本実施形態にかかる冷却管の形態はこれに限定されず、 軸方向と平行な方向に反応ガス流路が形成されていても良い。 ただし、 一体 に形成された第 2実施形態にかかる冷却管 1 0 bの外周面に、軸方向と平行 な方向に反応ガス流路を形成すると、当該反応ガス流路と軸方向と交差する 方向に形成された反応ガス流路とが交差する部位で反応ガスの流れに乱れ が生じて、 圧損が増大し、 反応ガスの流速が低下する虞がある。 そのため、 第 2実施形態にかかる燃料電池は、反応ガスの高流速拡散及び圧損低減効果 を得る観点から、 軸方向と交差する方向にのみ反応ガス流路 1 1、 1 1、 … が形成されている形態の冷却管 1 0 bを備える構成とすることが好ましい。
上記第 1実施形態及び第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池の説明 では、 冷却管 1 0 a、 1 0 bの孔 1 3、 1 3、 …に電気絶縁性を有するチュ —ブ型部材が配設されている形態について記述したが、本発明は当該形態に 限定されない。 孔 1 3、 1 3、 …に、 電気絶縁性を有する部材が備えられる 場合には、 例えば、 当該孔 1 3、 1 3、 …の表面の一部のみを、 電気絶縁性 を有する材料によりコ一ティングしても良い。 ここで、 孔 1 3、 1 3、 …に 電気絶縁性を有する材料が備えられると、 冷却管 1 0 a、 1 O bの電気伝導 性及び熱伝導性が低下する虞がある一方、 当該材料が備えられないと、 漏電 の可能性がある。 そのため、 孔 1 3、 1 3、 …に電気絶縁性を有する部材を 配設するか否かについては、 これらの性質を総合的に勘案した上で、 適宜決 定することが好ましい。 なお、 上述のように、 孔 1 3、 1 3、 …に電気絶縁 性を有する材料が備えられると、 冷却管 1 0 a、 1 0 bの熱伝導性が低下す る虞がある め、 孔 1 3、 1 3、 …に当該材料が備えられる構成とする場合 には、 電気絶縁性を備え、 かつ、 良好な熱伝導性を有する材料 （例えば、 高 熱伝導性シリコーンゴムにより形成したチューブ等）を選択することが好ま しい。一方で、冷却管の電気伝導性及び熱伝導性の確保を重視する場合には、 冷却管の孔 1 3、 1 3、 …に、 電気絶縁性を有する材料が備えられない形態 とすることもできる。
上記説明では、導電性を有する材料の表面を貴金属めつきすることによ り形成される形態の冷却管について記述したが、 本発明にかかる冷却管は、 当該形態に限定されず、燃料電池の作動環境に耐え得る耐食性及び強度を有 していれば、 その構成材料は適当なものを選択することができる。 良好な耐 食性を有する構成材料の具体例としては、 金、 白金、 チタン、 ステンレス鋼 等を挙げることができ、チタンやステンレス鋼では耐食性の点で見劣りする 場合には、 例えば、 これらの材料によって構成される冷却管の表面を、 良好 な耐食性を有する材料 （例えば、 金、 白金等） でコーティング （めっき） す ることが好ましい。
さらに、 冷却管に集電体の機能をも担わせる場合には、 冷却管を、 良好 な電気伝導性を有する材料により構成することが好ましい。良好な電気伝導 性を有する材料の具体例としては、 金、 白金、 銅等を挙げることができる。 ここに、 冷却管を銅により形成すると、 銅は燃料電池の作動環境に耐え得る 耐食性を備えないため、そのままでは本発明の冷却管として使用することが 困難である。 そのため、 かかる場合には、 銅製の冷却管の表面を、 良好な耐 食性及び電気伝導性を有する材料 （例えば、 金、 白金等の貴金属） でコーテ イング （めっき） するなどして、 耐食性を向上させる必要がある。 なお、 良 好な耐食性を有する上記材料によって形成された冷却管の電気伝導性を向 上させる方法の具体例としては、 上記コ一ティングに加え、 冷却管の肉厚部 内に、 良好な電気伝導性を有する材料を配置する方法等 （例えば、 当該材料 からなる線材を埋め込む、冷却管を多層構造としその中央を当該材料により 構成する等） を挙げることができる。
また、上記第 1実施形態及び第 2実施形態にかかる冷却管 1 0 aの製造 方法は、 特に限定されず、 例えば、 当該形態の冷却管 1 0 aを形成可能な鍀 型に、溶融状態の材料を流し込んで铸込むことにより製造することができる。 しかし、 かかる方法では、 反応ガス流路を精度良く形成することが困難にな る場合が想定される。 そこで、 以下に、 本発明にかかる冷却管の他の製造方 法形態例について説明する。 第 7図は、本発明にかかる冷却管を構成すべき部材を示す概略図である。 第 7図 （A) は、 第 1実施形態にかかる冷却管 1 0 aを構成すべき部材の正 面図である。 第 7図 （B ) は、 第 7図 （A) の矢視図である。 第 7図 （C ) は、第 1実施形態及び Z又は第 2実施形態にかかる冷却管を構成すべき孔を 備える管材の斜視図である。 第 7図 （D ) は、 第 2実施形態にかかる冷却管 1 0 bを構成すべき部材の正面図である。 第 7図 （E ) は、 第 7図 （D ) の 矢視図である。
第 7図 （C ) に示す形態の管材 2 0の外周面に、 所定の間隔を開けて、 第 7図 （A) 及び第 7図 （B ) に示す形態のプレート状部材 2 1 aを順次固 定することにより、第 1実施形態にかかる冷却管 1 0 aを製造することがで きる。 なお、 管材 2 0及びプレート状部材 2 1 aが共に金属製である場合、 上記固定方法の具体例としては、 溶接等を挙げることができる。
一方、 第 7図 （D ) 及び第 7図 （E ) に示す形態のプレート状部材 2 1 bを、 所定の間隔を開けて一方向に複数配置した後、 当該各部材 2 l bに設 けられている孔に、 第 7図 （C ) に示す形態の管材 2 0を順次固定すること により、 第 2実施形態にかかる冷却管 1 0 bを製造することができる。 管材 2 0及びプレート状部材 2 1 bが共に金属製である場合、上記固定方法の具 体例としては、 溶接等を挙げることができる。
本発明に関する上記説明では、 チューブ型燃料電池セル 1、 1、 …が格 子状に配置され、 これらのチューブ型燃料電池セル 1、 1、 …によって形成 される隙間に冷却管が配設される形態の燃料電池を例示したが、本発明にお いて、 チューブ型燃料電池セルの配置形態は当該形態に限定されず、 ハニカ ム状に配置しても良い。チューブ型燃料電池セルをハニカム状に配置すると、 チューブ型燃料電池セルによって形成される隙間が、図示の形状とは異なる 形状になるため、 かかる場合には、 当該変更後の隙間に配設可能な形態に形 成した冷却管を備える燃料電池とすれば良い。 ただし、 チューブ型燃料電池 セルをハニカム状に配置すると、 反応ガスの圧損が増加し、 反応ガスの流速 が低下してフラッディング抑制効果が低減するほか、 1つ 1つの上記隙間が 小さくなるため、 冷却管内を流れる冷却媒体用の空間が小さくなり、 冷却効 率向上効果が低減する虞がある。 そのため、 反応ガスの圧損を低減し、 十分 なフラッディング抑制効果を得つつ、冷却効率を容易に向上可能とする観点 からは、格子状に配置されたチューブ型燃料電池セルを備える形態の燃料電 池とすることが好ましい。 なお、 本発明にかかる冷却管内を流れる冷却媒体 は、 水に限定されるものではなく、 エチレングリコール等、 他の冷却媒体で あっても良い。
本発明において、チューブ型燃料電池セルの冷却効率を向上させる観点 からは、 冷却管の外周面とチューブ型燃料電池セルの外周面との接触面積 (以下において、 「接触面積 A」 と記述することがある。 ） を大きくするこ とが好ましい。 これに対し、 チューブ型燃料電池セルの外周面に反応ガスを 容易に拡散可能とする観点からは、冷却管の外周面とチューブ型燃料電池セ ルの外周面との接触面積 Aを小さくし、 非接触面積（チューブ型燃料電池セ ルの外周面と接触しない、 冷却管外周面の面積。 以下において、 「非接触面 積 B」 と記述することがある。 ） を大きくすることが好ましい。 しかし、 こ の非接触面積 Bを大きくし過ぎると、チューブ型燃料電池セルの冷却効率向 上という本発明の目的を達成できない。 そこで、 本発明では、 接触面積 A及 び非接触面積 Bの割合を、燃料電池全体としての発電性能を向上可能な割合 とすることが好ましい。チューブ型燃料電池セルの冷却効率を向上可能とす る観点からは、 接触面積 Aを冷却管の外周面面積全体 （A + B ) の 2 %以上 とすることが好ましく、 ガスの拡散効率を確保する観点からは、 接触面積 A を冷却間の外周面面積全体 （A + B ) の 5 0 %以下とすることが好ましい。 したがって、 本発明では、 0 . 0 2≤A/ (A + B ) ≤ 0 . 5とすることが 好ましい。 より好ましくは、 0 . 2≤A/ (A + B ) ≤ 0 . 4である。
また、 本発明に関する上記説明 （第 1図〜第 7図及びその説明） では、 熱交換部材の凹面が、チューブ型燃料電池セルの外周面と略同一の曲率半径 を有する曲面状である形態を例示したが、本発明に備えられる熱交換部材は、 当該形態に限定されるものではない。 第 8図に、 熱交換部材の凹面が採り得 る他の形態例を示す。 第 8図は、 熱交換部材に備えられる一の凹面と、 一の チューブ型燃料電池セルとを拡大して示す断面図であり、熱交換部材の軸方 向を法線方向とする平面で切断して得られる断面図を示している。 第 8図 (A) は、 凹面 1 6が曲面である形態を概略的に示している。 第 8図 （B ) は、 凹面 1 7の断面が折れ線形状である形態を概略的に示している。第 8図 (A) 及び第 8図 （B ) において、 第 1図に示す燃料電池の構成要素と同様 の構成を採る要素には、 第 1図にて使用した符号と同符号を付し、 その説明 を省略する。 第 8図 （A) に示すチューブ型燃料電池セル 1の外周面の曲率 半径を R 1、 凹面 1 6の曲率半径を R 2とするとき、本発明に備えられる熱 交換部材の凹面 1 6は、 R 2≤R 1とすることができる。 第 8図 （A) に示 すように R 2 < R 1の場合には、凹面 1 6とチューブ型燃料電池セル 1の外 周面とが 2箇所で線接触することができ、 R 2 = R 1の場合には、 凹面 1 6 とチューブ型燃料電池セル 1の外周面とが面接触することができる。 一方、 第 8図 （B ) に断面図を示すように、 凹面 1 7の断面形状が折れ線形状であ つても、 凹面 1 7とチューブ型燃料電池セル 1の外周面とが、 二箇所以上で 線接触することが可能である。 したがって、 第 8図 （B ) に示す断面形状の 凹面 1 7を有する熱交換部材が備えられる形態の燃料電池であっても、チュ ーブ型燃料電池セルの熱交換効率を大幅に向上させることが可能になる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる燃料電池は、 例えば、 電気自動車の動力 源として用いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . チューブ型燃料電池セルと、 前記チューブ型燃料電池セルの外側に配設 される熱交換部材とを備え、 前記チューブ型燃料電池セルの外周面と、 前記熱交換部材の外周面の少なくとも一部とが、 面接触していることを 特徴とする、 燃料電池。
2 . チューブ型燃料電池セルと、 前記チューブ型燃料電池セルの外側に配設 される熱交換部材とを備え、 前記熱交換部材の外周面に、 前記チューブ 型燃料電池セルの外周面と直接接触する凹面が備えられることを特徴 とする、 燃料電池。
3 . 前記熱交換部材の軸方向を法線方向とする平面で切断して得られる、 前 記凹面の断面が、 折れ線形状であり、 一の前記凹面と一の前記チューブ 型燃料電池セルの前記外周面とが、 2箇所以上で線接触していることを 特徴とする、 請求の範囲第 2項に記載の燃料電池。
4 . 前記チューブ型燃料電池セルの前記外周面、 及び、 前記凹面が、 曲面で あることを特徴とする、 請求の範囲第 2項に記載の燃料電池。
5 . 前記チューブ型燃料電池セルの前記外周面の曲率半径を R 1、 前記受け 部の曲率半径を R 2とするとき、 R 1≤R 2であることを特徴とする、 請求の範囲第 4項に記載の燃料電池。
6 .前記チューブ型燃料電池セルの前記外周面と前記熱交換部材の前記外周 面との接触面積が、 前記熱交換部材の外周面面積の 2 %以上 5 0 %以下 であることを特徴とする、 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に 記載の燃料電池。
前記チューブ型燃料電池セルと面接触すべき、 前記熱交換部材の前記外 周面に、 反応ガス流路が形成されていることを特徴とする、 請求の範囲 第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の燃料電池。
前記反応ガス流路に、 前記チューブ型燃料電池セルの軸方向と交差する 方向に形成された反応ガス流路が備えられることを特徴とする、 請求の 範囲第 7項に記載の燃料電池。
前記熱交換部材が、 隣接する複数の前記チューブ型燃料電池セルによつ て形成される隙間に配設されることを特徴とする、 請求の範囲第 1項〜 第 8項のいずれか 1項に記載の燃料電池。
. 前記熱交換部材の内部に、 複数の熱媒体流路が備えられることを特徴 とする、 請求の範囲第 1項〜第 9項のいずれか 1項に記載の燃料電池。 . 前記熱交換部材の前記外周面と、 4以上の前記チューブ型燃料電池セ ルの前記外周面とが、 接触するように配置されることを特徴とする、 請 求の範囲第 1項〜第 1 0項のいずれか 1項に記載の燃料電池。
. 前記熱交換部材が、 電気伝導性を有していることを特徴とする、 請求 の範囲第 1項〜第 1 1項のいずれか 1項に記載の燃料電池。
. 前記熱交換部材が、 電気伝導性材料の外側表面に貴金属めつきが施さ れることにより構成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 1 2項 に記載の燃料電池。
. 前記熱交換部材の内側に冷却媒体が流れ、 前記冷却媒体と接触すべき 前記冷却管の内側表面の少なくとも一部が、 電気絶縁性を有する材料に よって構成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 1項〜第 1 3項 のいずれか 1項に記載の燃料電池。
. 前記電気絶縁性を有する材料が、 シリコーンゴムであることを特徴と する、 請求の範囲第 1 4項に記載の燃料電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7754366B2 (en) 2005-11-10 2010-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tubular fuel cell module and manufacturing method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105552401B (zh) * 2016-02-03 2019-04-12 中国东方电气集团有限公司 燃料电池设备及燃料电池能源***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05299112A (ja) * 1992-04-17 1993-11-12 Osaka Gas Co Ltd 固体電解質燃料電池セルの集合体
JP2004505417A (ja) * 2000-07-24 2004-02-19 マイクロセル・コーポレイション マイクロセルによる電気化学的装置およびアセンブリならびにその作成方法および使用方法
JP2004158335A (ja) * 2002-11-07 2004-06-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006216418A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Toyota Motor Corp 燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体、および燃料電池用膜電極複合体

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68908140T2 (de) * 1988-12-22 1994-02-03 Ngk Insulators Ltd Keramikrohr mit einseitig geschlossenem Rohrmantel und Verfahren zu dessen Herstellung.
JP2818944B2 (ja) * 1989-01-20 1998-10-30 株式会社フジクラ 固体電解質型燃料電池モジュール
DE4013269A1 (de) 1990-04-26 1991-10-31 Abb Patent Gmbh Hochtemperaturspeicherbatterie
JP3731234B2 (ja) 1996-02-15 2006-01-05 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池
CN1276921A (zh) * 1997-10-01 2000-12-13 阿库门特里斯公司 整体固体氧化物燃料电池及其改进型
JPH11283660A (ja) * 1998-03-27 1999-10-15 Toto Ltd 固体電解質型燃料電池
JP4031740B2 (ja) * 2003-07-15 2008-01-09 日東電工株式会社 燃料電池用セパレータ及びそれを用いた燃料電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05299112A (ja) * 1992-04-17 1993-11-12 Osaka Gas Co Ltd 固体電解質燃料電池セルの集合体
JP2004505417A (ja) * 2000-07-24 2004-02-19 マイクロセル・コーポレイション マイクロセルによる電気化学的装置およびアセンブリならびにその作成方法および使用方法
JP2004158335A (ja) * 2002-11-07 2004-06-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2006216418A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Toyota Motor Corp 燃料電池用膜電極複合体に用いられる内側集電体、および燃料電池用膜電極複合体

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7754366B2 (en) 2005-11-10 2010-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tubular fuel cell module and manufacturing method thereof

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