JP2008288167A - FUEL CELL MODULE AND ITS MANUFACTURING METHOD, FUEL CELL AND ITS MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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Abstract
【課題】性能を向上させることが可能な燃料電池モジュール及びその製造方法、並びに、当該燃料電池モジュールを備える燃料電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】中空形状の膜電極構造体、膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体、及び、膜電極構造体の外周面側に配設される外部集電体、を備えるチューブ型燃料電池セルと、内部集電体と接触する一対の内部集電部材と、外部集電体と接触する外部集電部材と、少なくともチューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材を収容するケース部材と、を有し、一対の内部集電部材が、間隔を開けて配置され、一対の内部集電部材に、チューブ型燃料電池セルが巻回されて固定され、一対の内部集電部材によって固定されるチューブ型燃料電池セルの箇所に、露出した膜電極構造体が備えられる、燃料電池モジュールとする。
【選択図】図1A fuel cell module capable of improving performance and a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the fuel cell module and a method for manufacturing the fuel cell are provided.
SOLUTION: A hollow membrane electrode structure, an internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure, and an external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the membrane electrode structure A pair of internal current collector members in contact with the internal current collector, an external current collector member in contact with the external current collector, at least a tubular fuel cell, an internal current collector member, And a case member that accommodates the external current collecting member, the pair of internal current collecting members are arranged at intervals, and the tube-type fuel cell is wound around the pair of internal current collecting members A fuel cell module is provided in which an exposed membrane electrode structure is provided at a location of a tubular fuel cell that is fixed and fixed by a pair of internal current collecting members.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、中空形状の膜電極構造体を備える燃料電池モジュール及びその製造方法、並びに、該燃料電池モジュールを備える燃料電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a hollow membrane electrode structure and a manufacturing method thereof, and a fuel cell including the fuel cell module and a manufacturing method thereof.
燃料電池は、電解質層(以下「電解質膜」という。)と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極(アノード及びカソード)とを備える膜電極接合体(以下「MEA」という。)で電気化学反応を起こし、当該電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下「PEFC」という。)は、低温領域での運転が可能という特徴を有している。このPEFCは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。 A fuel cell is 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. This is an apparatus that causes an electrochemical reaction and takes out the electric energy generated by the electrochemical reaction 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, an automobile and the like has a feature that it can be operated in a low temperature region. This PEFC has been attracting attention as a power source and portable power source for electric vehicles because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and light system.
単位体積当たりの発電量を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「チューブ型燃料電池セル」又は「チューブ型セル」ということがある。)は、一般に、中空形状の電解質膜と当該電解質膜の内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される中空形状の触媒層とを備える中空形状のMEA、を具備する。そして、例えば、当該MEAの内周面側に水素含有ガスを、外周面側に酸素含有ガスをそれぞれ供給することにより電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを、当該MEAの内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出す。このように、チューブ型PEFCでは、各チューブ型セルに備えられる中空形状のMEAの内周面側に一方の反応ガス(例えば、水素含有ガス)を、外周面側に他方の反応ガス(例えば、酸素含有ガス)を供給することにより電気エネルギーを取り出すので、隣り合う2つのチューブ型セルの外周面側に供給される反応ガスを同一とすることができる。したがって、チューブ型PEFCによれば、従来の平板型PEFCではガス遮蔽性能をも併せ持っていたセパレータが不要となるため、単位体積当たりの発電量を向上させることが容易になる。 Recently, for the purpose of improving the amount of power generation per unit volume, etc., research on a PEFC in which a single cell is columnar (hereinafter referred to as “tube type PEFC”) has been advanced. A unit cell of a tube type PEFC (hereinafter sometimes referred to as a “tube type fuel cell” or a “tube type cell”) generally has a hollow electrolyte membrane and an inner peripheral surface side and an outer peripheral surface side of the electrolyte membrane. And a hollow MEA having a hollow catalyst layer disposed on each of them. For example, an electrochemical reaction is caused by supplying a hydrogen-containing gas to the inner peripheral surface side of the MEA and an oxygen-containing gas to the outer peripheral surface side, and the electric energy generated by the electrochemical reaction is It takes out outside through the electrical power collector currently arrange | positioned at the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side, respectively. Thus, in the tube type PEFC, one reaction gas (for example, hydrogen-containing gas) is provided on the inner peripheral surface side of the hollow MEA provided in each tube type cell, and the other reaction gas (for example, for example, the outer peripheral surface side). Since electric energy is taken out by supplying (oxygen-containing gas), the reaction gas supplied to the outer peripheral surface side of two adjacent tube-type cells can be made the same. Therefore, according to the tube type PEFC, a separator having gas shielding performance in the conventional flat plate type PEFC is not required, and it is easy to improve the power generation amount per unit volume.
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、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層とを有し、非直線形状に形成された、チューブ型燃料電池用膜電極複合体が開示されている。かかる技術によれば、チューブ型燃料電池用膜電極複合体を一定の空間に密に充填することができるので、単位体積当たりの電極面積を大幅に増加させることができ、単位体積当たりの出力密度を向上させることができる、としている。このほか、特許文献2には、中空形状の電解質膜を有するセルモジュールを2個以上、一体に固定したセルモジュール集合体及び該セルモジュール集合体を含む燃料電池に関する技術が開示されている。
As a technique related to such a tube-type PEFC, for example,
上述のように、燃料電池は、電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置であるため、燃料電池の性能を向上させるためには、集電効率を向上させることが重要である。ところが、特許文献1及び特許文献2には、チューブ型PEFCの集電構造が開示されていないため、これらの技術のみによって燃料電池の性能を向上させることは困難である問題があった。
As described above, since the fuel cell is a device that extracts the electric energy generated by the electrochemical reaction to the outside, it is important to improve the current collection efficiency in order to improve the performance of the fuel cell. However, since
そこで本発明は、性能を向上させることが可能な燃料電池モジュール及びその製造方法、並びに、当該燃料電池モジュールを備える燃料電池及びその製造方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell module which can improve performance, its manufacturing method, a fuel cell provided with the said fuel cell module, and its manufacturing method.
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、中空形状の膜電極構造体、該膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体、及び、該膜電極構造体の外周面側に配設される外部集電体、を備えるチューブ型燃料電池セルと、内部集電体と接触する一対の内部集電部材と、外部集電体と接触する外部集電部材と、少なくともチューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材を収容するケース部材と、を有し、一対の内部集電部材が、間隔を開けて配置され、一対の内部集電部材に、チューブ型燃料電池セルが巻回されて固定され、一対の内部集電部材によって固定されるチューブ型燃料電池セルの箇所に、露出した膜電極構造体が備えら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,
The first aspect of the present invention is a hollow membrane electrode structure, an internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure, and an outer peripheral surface side of the membrane electrode structure. An external current collector, a pair of internal current collector members in contact with the internal current collector, an external current collector member in contact with the external current collector, at least a tubular fuel cell, An internal current collecting member and a case member that accommodates the external current collecting member, and the pair of internal current collecting members are arranged at intervals, and the pair of internal current collecting members are connected to the tube-type fuel cell. The fuel cell module is characterized in that an exposed membrane electrode structure is provided at a location of a tubular fuel cell fixed by being wound and fixed by a pair of internal current collecting members.
本発明において、「中空形状の膜電極構造体」は、PEFCで使用可能なプロトン伝導性ポリマーを含有する中空形状の電解質膜と、当該電解質膜の内周面に形成される中空形状の第1触媒層と、当該電解質膜の外周面に形成される中空形状の第2触媒層と、を備える中空形状のMEAを意味する。さらに、「該膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体」とは、中空形状のMEAの内周面(より具体的には、中空形状の第1触媒層の内周面。以下同じ。)に拡散層及び/又は撥水層が備えられる場合には、当該拡散層又は撥水層と接触する形態で内部集電体が配設されることを意味する。これに対し、中空形状のMEAの内周面に拡散層及び撥水層が備えられない場合には、第1触媒層の内周面と接触する形態で内部集電体が配設されることを意味する。さらに、「該膜電極構造体の外周面側に配設される外部集電体」とは、中空形状のMEAの外周面(より具体的には、中空形状の第2触媒層の外周面。以下同じ。)に拡散層及び/又は撥水層が備えられる場合には、当該拡散層又は撥水層と接触する形態で外部集電体が配設されることを意味する。これに対し、中空形状のMEAの外周面に拡散層及び撥水層が備えられない場合には、第2触媒層の外周面と接触する形態で外部集電体が配設されることを意味する。 In the present invention, the “hollow membrane electrode structure” includes a hollow electrolyte membrane containing a proton conductive polymer that can be used in PEFC, and a hollow first membrane formed on the inner peripheral surface of the electrolyte membrane. It means a hollow MEA comprising a catalyst layer and a hollow second catalyst layer formed on the outer peripheral surface of the electrolyte membrane. Furthermore, “the internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure” means the inner peripheral surface of the hollow MEA (more specifically, the inner surface of the hollow first catalyst layer). When a diffusion layer and / or a water repellent layer is provided on the peripheral surface (the same applies hereinafter), this means that the internal current collector is disposed in contact with the diffusion layer or the water repellent layer. On the other hand, when the diffusion layer and the water repellent layer are not provided on the inner peripheral surface of the hollow MEA, the internal current collector is disposed in contact with the inner peripheral surface of the first catalyst layer. Means. Furthermore, “the external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the membrane electrode structure” means the outer peripheral surface of the hollow MEA (more specifically, the outer peripheral surface of the hollow second catalyst layer. The same shall apply hereinafter) is provided with a diffusion layer and / or a water repellent layer, which means that the external current collector is disposed in contact with the diffusion layer or the water repellent layer. On the other hand, when the diffusion layer and the water repellent layer are not provided on the outer peripheral surface of the hollow MEA, it means that the external current collector is disposed in contact with the outer peripheral surface of the second catalyst layer. To do.
本発明において、「内部集電体と接触する一対の内部集電部材」とは、チューブ型燃料電池セルに備えられる内部集電体と一対の内部集電部材と通電可能な形態で接触する一対の内部集電部材を意味し、内部集電体と一対の内部集電部材との接触形態は特に限定されない。本発明で採り得る接触形態の具体例としては、爪状の凸部を有する内部集電部材を、中空形状のMEAの外周面へ突き刺すことにより、当該中空形状のMEAの内側に備えられる内部集電体と、中空形状のMEAを貫通した内部集電部材の凸部とが接触する形態等を挙げることができる。さらに、本発明において、「少なくともチューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材を収容するケース部材」とは、例えば、本発明の燃料電池モジュールに、チューブ型燃料電池セルと熱交換可能な熱交換部材が備えられ、当該熱交換部材が外部集電部材と別体に構成される場合には、チューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材以外に、当該熱交換部材もケース部材に収容され得ることを意味する。さらに、本発明において、「一対の内部集電部材に、チューブ型燃料電池セルが巻回されて固定され」とは、間隔を開けて配置された一対の内部集電部材の周囲に巻回されて略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルが、当該チューブ型燃料電池セルの内部集電体と一対の内部集電部材とが通電可能な形態で、固定されることを意味する。さらに、本発明において、「一対の内部集電部材によって固定されるチューブ型燃料電池セルの箇所に、露出した膜電極構造体が備えられる」とは、一対の内部集電部材に巻回されて固定されるチューブ型燃料電池セルに、中空形状のMEAの外周面に外部集電体が配設されていない部位(部位A)と外部集電体が配設された部位(部位B)とが備えられ、一対の内部集電部材と接触するチューブ型燃料電池セルの部位が、中空形状のMEAの外周面に外部集電体が配設されていない部位(部位A)であることを意味する。すなわち、第2触媒層の外周面と接触する形態で外部集電体が配設されている場合には、外周面が部分的に剥き出しにされた第2触媒層と一対の内部集電部材とが接触することを意味し、拡散層又は撥水層と接触する形態で外部集電体が配設されている場合には、外周面が部分的に剥き出しにされた拡散層又は撥水層と一対の内部集電部材とが接触することを意味する。なお、接触抵抗を低減して性能を向上させ得る形態のチューブ型燃料電池セルとする等の観点からは、中空形状のMEAの外周面側に配設される外部集電体が、中空形状のMEA側へと押圧される形態で固定されることが好ましい。それゆえ、かかる観点から、中空形状のMEAの外周面側の一部に配設される外部集電体の長手方向両端は、固定部材によって固定されることが好ましい。当該固定部材の具体例としては、熱収縮チューブや接着剤等を挙げることができる。 In the present invention, “a pair of internal current collector members in contact with the internal current collector” refers to a pair in contact with the internal current collector provided in the tube-type fuel cell and the pair of internal current collector members in an energizable form. The contact form of the internal current collector and the pair of internal current collector members is not particularly limited. As a specific example of the contact form that can be adopted in the present invention, an internal current collecting member having a claw-like convex portion is pierced into the outer peripheral surface of the hollow MEA to provide an internal current collector provided inside the hollow MEA. The form etc. which an electrical power body and the convex part of the internal current collection member which penetrated hollow MEA contact can be mentioned. Furthermore, in the present invention, “at least a tubular fuel cell, an internal current collecting member, and a case member that accommodates an external current collecting member” are, for example, a tube type fuel cell and a fuel cell module according to the present invention. When a heat exchangeable heat exchange member is provided and the heat exchange member is configured separately from the external current collector member, in addition to the tube-type fuel cell, the internal current collector member, and the external current collector member This means that the heat exchange member can also be accommodated in the case member. Furthermore, in the present invention, “the tube-type fuel cell is wound and fixed around the pair of internal current collecting members” means that the coil is wound around the pair of internal current collecting members arranged at intervals. This means that the tubular fuel cell having a substantially spiral shape is fixed in such a manner that the internal current collector of the tubular fuel cell and the pair of internal current collecting members can be energized. Furthermore, in the present invention, "the exposed membrane electrode structure is provided at the location of the tube-type fuel cell fixed by the pair of internal current collector members" means that it is wound around the pair of internal current collector members. The tube-type fuel cell to be fixed has a part where the external current collector is not disposed on the outer peripheral surface of the hollow MEA (part A) and a part where the external current collector is disposed (part B). This means that the portion of the tubular fuel cell that is provided and contacts the pair of internal current collecting members is the portion (part A) where the external current collector is not disposed on the outer peripheral surface of the hollow MEA. . That is, when the external current collector is disposed in contact with the outer peripheral surface of the second catalyst layer, the second catalyst layer with the outer peripheral surface partially exposed and the pair of internal current collector members Means that the outer current collector is partially exposed when the external current collector is disposed in contact with the diffusion layer or the water repellent layer; and It means that a pair of internal current collecting members come into contact. From the standpoint of making the tubular fuel cell in a form that can improve the performance by reducing the contact resistance, the external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the hollow MEA has a hollow shape. It is preferably fixed in a form that is pressed toward the MEA side. Therefore, from this viewpoint, it is preferable that both ends in the longitudinal direction of the external current collector disposed on a part on the outer peripheral surface side of the hollow MEA are fixed by the fixing members. Specific examples of the fixing member include a heat shrinkable tube and an adhesive.
上記第1の本発明において、チューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に、外部集電部材の少なくとも一部が配置されることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that at least a part of the external current collecting member is disposed in a space surrounded by the tubular fuel cells.
さらに、上記第1の本発明において、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た外部集電部材の長手方向と、チューブ型燃料電池セルの長手方向とが交差することが好ましい。 Furthermore, in the first aspect of the present invention, it is preferable that the longitudinal direction of the external current collecting member disposed in the space surrounded by the tubular fuel cell intersects the longitudinal direction of the tubular fuel cell.
さらに、上記第1の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、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た外部集電部材の内部を熱媒体が流通し、外部集電部材の少なくとも一部が、チューブ型燃料電池セルと熱交換可能な熱交換部材としても機能することが好ましい。 Furthermore, in the first aspect of the present invention (including modifications, the same applies hereinafter), the heat medium circulates inside the external current collecting member disposed in the space surrounded by the tubular fuel cells, and the external current collecting member It is preferable that at least a part of these also function as a heat exchange member capable of exchanging heat with the tube fuel cell.
第2の本発明は、中空形状の膜電極構造体、該膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体、及び、該膜電極構造体の外周面側に配設される外部集電体、を備えるチューブ型燃料電池セルと、内部集電体と接触する一対の内部集電部材と、外部集電体と接触する外部集電部材と、少なくともチューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材を収容するケース部材と、を有する燃料電池モジュールを製造する方法であって、内部集電体の外周面側に、中空形状の膜電極構造体を形成する、第1工程と、該第1工程で形成された中空形状の膜電極構造体の外周面側に、外部集電体を配設する、第2工程と、該第2工程で配設した外部集電体の一部を除去することにより、剥き出しとされた膜電極構造体の部位と外部集電体が配設された部位とが備えられる形態のチューブ型燃料電池セルを作製する、第3工程と、一対の内部集電部材を間隔を開けて配置する、第4工程と、上記第3工程で作製したチューブ型燃料電池セルの、剥き出しとされた膜電極構造体の外周面と上記第4工程で配置した一対の内部集電部材とが接触するように、チューブ型燃料電池セルを一対の内部集電部材へ巻回して固定する第5工程と、外部集電部材の少なくとも一部とチューブ型燃料電池セルの外部集電体とを接触させて固定する第6工程と、上記第5工程及び上記第6工程後に、少なくともチューブ型燃料電池セル、内部集電部材、及び、外部集電部材をケース部材に収容する第7工程と、を具備することを特徴とする、燃料電池モジュールの製造方法である。 The second aspect of the present invention is a hollow membrane electrode structure, an internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure, and an outer peripheral surface side of the membrane electrode structure. An external current collector, a pair of internal current collector members in contact with the internal current collector, an external current collector member in contact with the external current collector, at least a tubular fuel cell, A method of manufacturing a fuel cell module having an internal current collecting member and a case member that accommodates an external current collecting member, wherein a hollow membrane electrode structure is formed on the outer peripheral surface side of the internal current collector A first step, an external current collector is disposed on the outer peripheral surface side of the hollow membrane electrode structure formed in the first step, and a second step and the second step. By removing a part of the external current collector, the exposed portion of the membrane electrode structure and the external current collector are disposed. A third step of producing a tube-type fuel cell in a form provided with a portion provided, a fourth step of arranging a pair of internal current collecting members at intervals, and a tube produced in the third step The tubular fuel cell is connected to the pair of internal current collector members such that the outer peripheral surface of the exposed membrane electrode structure of the fuel cell and the pair of internal current collector members arranged in the fourth step are in contact with each other. A fifth step of winding and fixing, a sixth step of contacting and fixing at least a part of the external current collecting member and the external current collector of the tubular fuel cell, the fifth step and the sixth And a seventh step of housing at least the tube-type fuel cell, the internal current collecting member, and the external current collecting member in the case member after the step.
第2の本発明において、「内部集電体の外周面側に中空形状の膜電極構造体を形成する」とは、第2の本発明における第3工程で、内部集電体と中空形状のMEAとの間に拡散層及び/又は撥水層が備えられる形態のチューブ型燃料電池セルを得る場合には、内部集電体の外周面に形成された拡散層又は撥水層の外周面に中空形状のMEAを形成することを意味する。これに対し、第2の本発明における第3工程で、内部集電体と中空形状のMEAとの間に拡散層及び撥水層が備えられない形態のチューブ型燃料電池セルを得る場合には、内部集電体の外周面に中空形状のMEAを形成することを意味する。さらに、第2の本発明において、「中空形状の膜電極構造体の外周面側に外部集電体を配設する」とは、第2の本発明における第3工程で、中空形状のMEAと外部集電体との間に拡散層及び/又は撥水層が備えられる形態のチューブ型燃料電池セルを得る場合には、中空形状のMEAの外周面に形成された拡散層又は撥水層の外周面に外部集電体を配設することを意味する。これに対し、第2の本発明における第3工程で、中空形状のMEAと外部集電体との間に拡散層及び撥水層が備えられない形態のチューブ型燃料電池セルを得る場合には、中空形状のMEAの外周面に外部集電体を配設することを意味する。 In the second aspect of the present invention, “the hollow membrane electrode structure is formed on the outer peripheral surface side of the internal current collector” means that in the third step of the second aspect of the present invention, the internal current collector and the hollow shape When obtaining a tubular fuel cell having a diffusion layer and / or a water repellent layer between the MEA and the MEA, the diffusion layer formed on the outer peripheral surface of the internal current collector or the outer peripheral surface of the water repellent layer is provided. It means forming a hollow MEA. On the other hand, in the third step of the second aspect of the present invention, when obtaining a tubular fuel cell having a configuration in which a diffusion layer and a water repellent layer are not provided between the internal current collector and the hollow MEA. This means that a hollow MEA is formed on the outer peripheral surface of the internal current collector. Furthermore, in the second aspect of the present invention, “disposing an external current collector on the outer peripheral surface side of the hollow-shaped membrane electrode structure” means that in the third step of the second aspect of the present invention, the hollow-shaped MEA and When obtaining a tubular fuel cell having a diffusion layer and / or a water repellent layer between the external current collector, the diffusion layer or water repellent layer formed on the outer peripheral surface of the hollow MEA This means that an external current collector is disposed on the outer peripheral surface. In contrast, in the third step of the second aspect of the present invention, when obtaining a tubular fuel cell having a configuration in which a diffusion layer and a water repellent layer are not provided between the hollow MEA and the external current collector. This means that an external current collector is disposed on the outer peripheral surface of the hollow MEA.
第2の本発明における第3工程では、剥き出しとされた膜電極構造体の部位と外部集電体が配設された部位とが備えられる形態のチューブ型燃料電池セルが作製されるが、接触抵抗を低減して性能を向上させ得る形態のチューブ型燃料電池セルを作製可能とする等の観点からは、外部集電体が中空形状の膜電極構造体側へ押圧される形態で保持されることが好ましい。したがって、外部集電体の一部を除去しても接触抵抗を低減し得る形態のチューブ型燃料電池セルを作製可能とする等の観点からは、例えば、第2の本発明における第2工程と第3工程との間に、外部集電体の位置を固定する固定部材を外部集電体の表面へ間隔を開けて配置する工程がさらに備えられることが好ましい。そして、第2の本発明における第3工程で、外部集電体の表面へ配置された固定部材の一部と当該固定部材の内側に配設されている外部集電体とを除去することにより、中空形状の膜電極構造体の外周面に残された外部集電体の長手方向両端が固定部材によって固定されるとともに、中空形状の膜電極構造体の一部が剥き出しとされた形態のチューブ型燃料電池セルが作製されることが好ましい。第2の本発明において、外部集電体が固定部材で固定される場合、当該「固定部材」は、中空形状の膜電極構造体の外周面側に配設された外部集電体を固定する部材であれば、その形態は特に限定されるものではない。第2の本発明で使用可能な固定部材の具体例としては、熱収縮チューブや接着剤等を挙げることができる。例えば、固定部材として熱収縮チューブが用いられる場合、第2の本発明では、外部集電体の表面に間隔を開けて複数の熱収縮チューブを配置した後、加熱して複数の熱収縮チューブを収縮させることにより、当該収縮した複数の熱収縮チューブによって外部集電体の位置を固定することができる。 In the third step of the second aspect of the present invention, a tubular fuel cell having a form in which the exposed portion of the membrane electrode structure and the portion where the external current collector is disposed is produced. From the viewpoint of making it possible to produce a tubular fuel cell that can improve performance by reducing resistance, the external current collector is held in a form that is pressed toward the hollow membrane electrode structure side. Is preferred. Therefore, from the viewpoint of making it possible to produce a tubular fuel cell that can reduce the contact resistance even if a part of the external current collector is removed, for example, the second step in the second invention It is preferable that a step of disposing a fixing member for fixing the position of the external current collector at a distance from the surface of the external current collector is further provided between the third step and the third step. Then, in the third step of the second aspect of the present invention, by removing a part of the fixing member arranged on the surface of the external current collector and the external current collector arranged inside the fixing member A tube having a shape in which both ends in the longitudinal direction of the external current collector left on the outer peripheral surface of the hollow membrane electrode structure are fixed by fixing members, and a part of the hollow membrane electrode structure is exposed. It is preferable that a type fuel cell is produced. In the second aspect of the present invention, when the external current collector is fixed by a fixing member, the “fixing member” fixes the external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the hollow membrane electrode structure. If it is a member, the form will not be specifically limited. Specific examples of the fixing member that can be used in the second aspect of the present invention include a heat-shrinkable tube and an adhesive. For example, when a heat-shrinkable tube is used as the fixing member, in the second aspect of the present invention, a plurality of heat-shrinkable tubes are arranged at intervals on the surface of the external current collector, and then heated to form a plurality of heat-shrinkable tubes. By contracting, the position of the external current collector can be fixed by the plurality of contracted heat-shrinkable tubes.
さらに、第2の本発明において、「チューブ型燃料電池セルを一対の内部集電部材へ巻回して固定する」とは、間隔を開けて配置された一対の内部集電部材の周囲に巻回されて略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルが、当該チューブ型燃料電池セルの内部集電体と一対の内部集電部材とが通電可能な形態で、固定されることを意味する。さらに、第2の本発明において、第6工程は、外部集電部材の少なくとも一部とチューブ型燃料電池セルの外部集電体とを接触させた状態で固定できれば、その形態は特に限定されるものではない。第2の本発明において、外部集電部材は、略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に配置することも可能であるほか、略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルによっては囲まれない空間(螺旋形状の外側)に配置することも可能である。加えて、第2の本発明において、外部集電部材は、燃料電池モジュールの運転時にチューブ型燃料電池セルと熱交換可能な熱交換部材としての機能を兼ね備えていても良く、外部集電部材とは別の部材によって構成される熱交換部材が備えられていても良い。外部集電部材とは別の部材によって構成される熱交換部材が備えられる場合、第2の本発明における第6工程は、例えば、外部集電部材の少なくとも一部及び熱交換部材の少なくとも一部と、チューブ型燃料電池セルの外部集電体とを接触させた状態で固定する工程、とすることができる。また、第2の本発明において、第5工程及び第6工程は、別々の工程であっても良いが、特に、外部集電部材の一部が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場合には、第5工程と第6工程とを同時に行う単一の工程が備えられることが好ましい。第5工程及び第6工程が単一の工程である場合、当該単一の工程は、上記第3工程で作製したチューブ型燃料電池セルの、剥き出しとされた膜電極構造体の外周面と、第4工程で配置した一対の内部集電部材とが接触するように、チューブ型燃料電池セルを一対の内部集電部材へ巻回して固定し、かつ、外部集電部材の少なくとも一部とチューブ型燃料電池セルに備えられる外部集電体とを接触させ固定する工程、とすることができる。 Furthermore, in the second aspect of the present invention, “winding and fixing the tube-type fuel cell to the pair of internal current collecting members” means winding around the pair of internal current collecting members arranged at intervals. This means that the tube-shaped fuel battery cell having a substantially spiral shape is fixed in such a manner that the internal current collector of the tube-type fuel battery cell and the pair of internal current collector members can be energized. Furthermore, in the second aspect of the present invention, as long as the sixth step can be fixed in a state in which at least a part of the external current collecting member and the external current collector of the tubular fuel cell are in contact with each other, the form thereof is particularly limited. It is not a thing. In the second aspect of the present invention, the external current collecting member can be disposed in a space surrounded by the substantially spiral tube-shaped fuel cell, or can be arranged by the substantially spiral-shaped tube fuel cell. It is also possible to arrange in a space that is not enclosed (outside the spiral shape). In addition, in the second aspect of the present invention, the external current collecting member may have a function as a heat exchanging member capable of exchanging heat with the tubular fuel cell during operation of the fuel cell module. May be provided with a heat exchange member constituted by another member. When a heat exchange member configured by a member different from the external current collector is provided, the sixth step in the second aspect of the present invention includes, for example, at least part of the external current collector and at least part of the heat exchange member And a step of fixing the tube type fuel cell in contact with an external current collector. In the second aspect of the present invention, the fifth step and the sixth step may be separate steps. In particular, a part of the external current collecting member is disposed in a space surrounded by the tubular fuel cells. It is preferable that a single process for simultaneously performing the fifth process and the sixth process is provided. When the fifth step and the sixth step are a single step, the single step includes an outer peripheral surface of the exposed membrane electrode structure of the tubular fuel cell produced in the third step, The tubular fuel cell is wound and fixed around the pair of internal current collector members so that the pair of internal current collector members arranged in the fourth step is in contact, and at least a part of the external current collector member and the tube A step of contacting and fixing an external current collector provided in the fuel cell.
第3の本発明は、上記第1の本発明にかかる燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体と、該積層体を収容する外部ケース部材と、を備えることを特徴とする、燃料電池である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel comprising: a laminated body configured by laminating a plurality of fuel cell modules according to the first aspect of the present invention; and an outer case member that accommodates the laminated body. It is a battery.
第4の本発明は、燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体と、該積層体を収容する外部ケース部材と、を有する燃料電池を製造する方法であって、燃料電池モジュールを、上記第2の本発明にかかる燃料電池モジュールの製造方法で製造する、燃料電池モジュール製造工程と、該燃料電池モジュール製造工程で製造した複数の燃料電池モジュールを積層して積層体を作製する、積層体作製工程と、該積層体作製工程で作製した積層体を、外部ケース部材に収容する、収容工程と、を具備することを特徴とする、燃料電池の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell having a laminate configured by laminating a plurality of fuel cell modules, and an outer case member that accommodates the laminate, the fuel cell module comprising: A fuel cell module manufacturing process manufactured by the method for manufacturing a fuel cell module according to the second aspect of the present invention, and a plurality of fuel cell modules manufactured in the fuel cell module manufacturing process are stacked to form a stacked body. A method for manufacturing a fuel cell, comprising: a body manufacturing step; and a housing step of housing the laminated body produced in the laminated body producing step in an outer case member.
第1の本発明によれば、間隔を開けて配置された一対の内部集電部材に巻回されて略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルが備えられ、略螺旋形状の当該チューブ型燃料電池セルに備えられる内部集電体と通電可能な形態で接触する一対の内部集電部材を介して、電気エネルギーが取り出される。従来、チューブ型燃料電池セルを備えるチューブ型PEFCでは、所定の長さに切断された複数のチューブ型燃料電池セルが備えられ、当該チューブ型燃料電池セルの長手方向両端側に集電部材を配置して電気エネルギーを取り出していた。ところが、複数のチューブ型燃料電池セルが備えられる構成では、複数のチューブ型燃料電池セルそれぞれに備えられる全ての内部集電体と集電部材とを同様の接触状態で固定することが困難であるため、集電効率が低下し易く、複数のチューブ型燃料電池セルの位置決めが困難であるため、生産性が低下しやすかった。第1の本発明によれば、一のチューブ型燃料電池セルを、一対の内部集電部材の周りに巻回して固定するのみで、一の内部集電体と一対の内部集電部材との接触を確保できるので、集電効率を向上させることができ、生産性を向上させることもできる。したがって、第1の本発明によれば、集電効率を向上させて性能を向上させること、及び、生産性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。加えて、第1の本発明では、外部集電体が配設されていないチューブ型燃料電池セルの部位と一対の内部集電部材とが接触するので、短絡を防止して性能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, there is provided a tube-type fuel cell that is wound around a pair of internal current collecting members arranged at an interval to have a substantially spiral shape, and the tube-type fuel having a substantially spiral shape is provided. Electrical energy is taken out through a pair of internal current collector members that come into contact with the internal current collector provided in the battery cell in a form that allows energization. 2. Description of the Related Art Conventionally, in a tube type PEFC having a tube type fuel cell, a plurality of tube type fuel cells cut to a predetermined length are provided, and current collecting members are disposed at both longitudinal ends of the tube type fuel cell. And took out electrical energy. However, in the configuration provided with a plurality of tube-type fuel cells, it is difficult to fix all the internal current collectors and current-collecting members provided in each of the plurality of tube-type fuel cells in the same contact state. For this reason, the current collection efficiency is likely to be lowered, and the positioning of the plurality of tube-type fuel cells is difficult, so that the productivity is likely to be lowered. According to the first aspect of the present invention, only one tubular fuel cell is wound around and fixed around a pair of internal current collector members, and only one internal current collector and a pair of internal current collector members are Since contact can be secured, current collection efficiency can be improved, and productivity can be improved. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell module capable of improving the performance by improving the current collection efficiency and improving the productivity. In addition, in the first aspect of the present invention, the portion of the tubular fuel cell in which the external current collector is not disposed and the pair of internal current collecting members are in contact with each other, thereby preventing short circuit and improving performance. It is possible to provide a fuel cell module.
第1の本発明において、略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に、外部集電部材の少なくとも一部が配置されることにより、燃料電池モジュールの小型化を図ることが容易になる。したがって、かかる形態とすることにより、出力密度を向上させて性能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。 In the first aspect of the present invention, it is easy to reduce the size of the fuel cell module by disposing at least a part of the external current collecting member in the space surrounded by the substantially spiral tubular fuel cell. become. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to provide a fuel cell module capable of improving the output density and improving the performance.
第1の本発明において、略螺旋形状とされた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た外部集電部材の長手方向と、チューブ型燃料電池セルの長手方向とが交差することにより、外部集電部材を介して電気エネルギーを容易に取り出すことができる。 In the first aspect of the present invention, the longitudinal direction of the external current collector disposed in a space surrounded by the substantially spiral tubular fuel cell intersects the longitudinal direction of the tubular fuel cell, Electric energy can be easily taken out via the external current collecting member.
第1の本発明において、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た外部集電部材の内部を熱媒体が流通し、外部集電部材の少なくとも一部が熱交換部材としても機能することにより、燃料電池モジュールの小型化を図ることができ、部品点数を低減することができる。したがって、かかる形態とすることにより、出力密度を向上させて性能を向上させること、及び、生産性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。加えて、外部集電部材の長手方向とチューブ型燃料電池セルの長手方向とが交差する形態で配置された外部集電部材の内部に熱媒体を流通させる形態とすることにより、チューブ型燃料電池セルの長手方向における温度分布を低減することができる。温度分布を低減させると、チューブ型燃料電池セルの長手方向の全長に亘って、発電状態を均一にして性能を向上させることができるので、かかる形態とすることにより、性能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。 In the first aspect of the present invention, the heat medium circulates inside the external current collector disposed in the space surrounded by the tubular fuel cell, and at least a part of the external current collector also functions as a heat exchange member. As a result, the fuel cell module can be miniaturized and the number of parts can be reduced. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to provide a fuel cell module capable of improving the output density to improve the performance and improving the productivity. In addition, a tubular fuel cell can be obtained by allowing a heat medium to circulate inside the external current collecting member arranged in a form in which the longitudinal direction of the external current collecting member and the longitudinal direction of the tubular fuel cell intersect. The temperature distribution in the longitudinal direction of the cell can be reduced. If the temperature distribution is reduced, it is possible to improve the performance by making the power generation state uniform over the entire length of the tubular fuel cell in the longitudinal direction. A fuel cell module can be provided.
第2の本発明によれば、間隔を開けて配置された一対の内部集電部材に巻回されて略螺旋形状とされたチューブ型燃料電池セルが備えられ、略螺旋形状の当該チューブ型燃料電池セルに備えられる内部集電体と通電可能な形態で接触する一対の内部集電部材を介して、電気エネルギーが取り出される形態の、燃料電池モジュールを製造できる。かかる形態の燃料電池モジュールは、上述のように、性能を向上させること、及び、生産性を向上させることができるので、第2の本発明によれば、性能を向上させること、及び、生産性を向上させることが可能な燃料電池モジュールを製造し得る、燃料電池モジュールの製造方法を提供できる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a tube-type fuel cell that is wound around a pair of internal current collecting members arranged at an interval to have a substantially spiral shape, and the tube-type fuel having a substantially spiral shape. A fuel cell module in a form in which electric energy is taken out through a pair of internal current collector members that come into contact with an internal current collector provided in the battery cell in a form that can be energized. Since the fuel cell module of this form can improve the performance and the productivity as described above, according to the second aspect of the present invention, the performance and the productivity can be improved. It is possible to provide a method of manufacturing a fuel cell module that can manufacture a fuel cell module capable of improving the fuel efficiency.
第3の本発明にかかる燃料電池には、第1の本発明にかかる燃料電池モジュールが複数備えられる。それゆえ、第3の本発明によれば、性能を向上させること、及び、生産性を向上させることが可能な燃料電池を提供できる。 The fuel cell according to the third aspect of the present invention includes a plurality of fuel cell modules according to the first aspect of the present invention. Therefore, according to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell capable of improving performance and improving productivity.
第4の本発明によれば、性能を向上させること、及び、生産性を向上させることが可能な燃料電池を製造し得る、燃料電池の製造方法を提供できる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell manufacturing method capable of manufacturing a fuel cell capable of improving performance and improving productivity.
図面を参照しつつ、本発明の燃料電池モジュール、本発明の燃料電池モジュールの製造方法、本発明の燃料電池、及び、本発明の燃料電池の製造方法について、以下に説明する。本発明の燃料電池モジュール及び燃料電池に関する以下の説明では、チューブ型セルの、MEAが剥き出しとされた部位(以下「部位A」という。)へ水素含有ガス(以下「水素」という。)が供給されるとともに、チューブ型セルの、外部集電体が備えられる部位(以下「部位B」という。)へ酸素含有ガス(以下「空気」という。)が供給され、冷媒によって冷却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。本発明燃料電池モジュール及び燃料電池に備えられるチューブ型セルには、部位Bへ水素を供給し、部位A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によって加温することも可能である。 The fuel cell module of the present invention, the method of manufacturing the fuel cell module of the present invention, the fuel cell of the present invention, and the method of manufacturing the fuel cell of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description regarding the fuel cell module and the fuel cell of the present invention, a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied to a portion of the tube-type cell where the MEA is exposed (hereinafter referred to as “region A”). In addition, an example of a mode in which an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “air”) is supplied to a portion of the tube-type cell where the external current collector is provided (hereinafter referred to as “region B”) and is cooled by the refrigerant. However, the present invention is not limited to the embodiment. In the fuel cell module and the fuel cell of the present invention, hydrogen can be supplied to the part B and air can be supplied to the part A. When used in a cold district, for example, At the time of start-up, it is possible to heat with a heating medium such as hot water instead of the refrigerant.
1.燃料電池モジュール
図1は、本発明の燃料電池モジュールの形態例を概略的に示す平面図である。図1の紙面上下方向が、外部集電管の長手方向である。本発明にかかる燃料電池モジュールの構造の理解を容易にするため、図1では紙面奥側及び手前側に備えられるケース部材の記載を省略している。図2は、図1のII−II矢視図であり、一部の記載を省略している。図3は、本発明の燃料電池モジュールに備えられるチューブ型セルの形態例を概略的に示す正面図であり、一対の内部集電板に巻回される前の形態を示している。図3の紙面左右方向が、チューブ型セルの長手方向である。図4は、図3のIV−IV断面図である。図4の紙面奥/手前方向が、チューブ型セルの長手方向である。図5は、本発明の燃料電池モジュールに備えられる内部集電板の形態例を概略的に示す平面図である。図5(a)は、チューブ型セルが巻回される前の内部集電板の形態を、図5(b)は、チューブ型セルを固定する際の内部集電板の形態を、それぞれ概略的に示している。図6は、本発明の燃料電池モジュールに備えられる外部集電板の形態例を概略的に示す正面図である。以下、図1乃至図6を参照しつつ、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 FIG. 1 is a plan view schematically showing an embodiment of the fuel cell module of the present invention. The vertical direction in FIG. 1 is the longitudinal direction of the external current collector tube. In order to facilitate understanding of the structure of the fuel cell module according to the present invention, the description of the case members provided on the rear side and the front side of the drawing is omitted in FIG. FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows II-II in FIG. 1 and a part of the description is omitted. FIG. 3 is a front view schematically showing a form example of a tube-type cell provided in the fuel cell module of the present invention, and shows a form before being wound around a pair of internal current collector plates. The left-right direction in FIG. 3 is the longitudinal direction of the tube-type cell. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 4 is the longitudinal direction of the tube-type cell. FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of an internal current collector plate provided in the fuel cell module of the present invention. FIG. 5A schematically shows the form of the internal current collector plate before the tube type cell is wound, and FIG. 5B schematically shows the form of the internal current collector plate when the tube type cell is fixed. Is shown. FIG. 6 is a front view schematically showing an example of an external current collector plate provided in the fuel cell module of the present invention. Hereinafter, the fuel cell module of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
図1及び図2に示すように、本発明の燃料電池モジュール20は、間隔を開けて配置された一対の内部集電板9、9と、当該一対の内部集電板9、9に巻回され固定された一のチューブ型セル8を備える。燃料電池モジュール20では、一対の内部集電板9、9に巻回されて略螺旋形状とされたチューブ型セル8によって囲まれる空間に、複数の外部集電管10、10、…の長手方向中央部が配置され、当該複数の外部集電管10、10、…は、チューブ型セル8の外周面、及び、外部集電板11、11と接触している。そして、チューブ型セル8、一対の内部集電板9、9、複数の外部集電管10、10、…、及び、外部集電板11、11が、ケース部材12に収容され、一対の内部集電板9、9は、ケース部材12と噛み合った状態で保持されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
燃料電池モジュール20において、ケース部材12の内側には、水素流通部13、13(以下、図1及び図2の紙面左側に位置する水素流通部13を「水素流通部13a」、同右側に位置する水素流通部13を「水素流通部13b」ということがある。)、空気流通部14、及び、冷媒流通部15、15(以下、図1の紙面上側に位置する冷媒流通部15を「冷媒流通部15a」、同下側に位置する冷媒流通部15を「冷媒流通部15b」ということがある。)が備えられる。水素流通部13a及び水素流通部13bと空気流通部14は、隔壁16、16によって隔離され、冷媒流通部15a及び冷媒流通部15bと空気流通部14は、隔壁17、17によって隔離される。そして、複数の外部集電管10、10、…の長手方向一端は、隔壁17を貫通して冷媒流通部15aに配置される一方、同長手方向他端は、隔壁17を貫通して冷媒流通部15bに配置される。これに対し、複数の外部集電管10、10、…と接触する一対の外部集電板11、11は、空気流通部14に備えられる。なお、図2に示すように、水素流通部13a及び水素流通部13bを囲むケース部材12には、水素用開口部18、18、…が備えられ、空気流通部14を囲むケース部材12には、空気用開口部19、19、…が備えられる。
In the
図3及び図4に示すように、燃料電池モジュール20に備えられるチューブ型セル8は、外周面に溝1x、1x、…を備える内部集電体1と、当該内部集電体1の外周面に形成された中空形状のMEA5と、当該MEA5の外周面に巻回された外部集電体6と、を備える。中空形状のMEA5は、内部集電体1の外周面に形成された中空形状の第1触媒層2と、当該第1触媒層2の外周面に形成された中空形状の電解質膜3と、当該電解質膜3の外周面に形成された中空形状の第2触媒層4と、を備える。そして、チューブ型セル8は、MEA5の外周面が剥き出しとされた部位A、A、…と、MEA5の外周面に外部集電体6、6、…が巻回された部位B、B、…と、を備え、部位B、B、…に備えられる外部集電体6、6、…の長手方向両端は、熱収縮チューブ7、7、…(以下「固定部材7、7、…」等ということがある。)によって固定されている。このように、チューブ型セル8では、外部集電体6、6、…の長手方向両端を固定部材7、7、…で固定することにより、外部集電体6、6、…によってMEA5が押圧される形態で外部集電体6、6、…を保持し、外部集電体6、6、…とMEA5との界面における接触抵抗を低減している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the tube-
図5(a)に示すように、燃料電池モジュール20に備えられる内部集電板9は、内部集電板9に巻回されるチューブ型セル8の部位A、A、…と接触すべき凹部9x、9x、…を備える第1内部集電板9aと、爪部9y、9y、…を備える第2内部集電板9bと、第1内部集電板9a及び第2内部集電板9bを締結固定可能な固定部材9cと、を備える。燃料電池モジュール20において、一対の内部集電板9、9にチューブ型セル8を巻回する際には、間隔を開けて配置された第1内部集電板9a、9aの凹部9x、9x、…とチューブ型セル8の部位A、A、…とが接触する形態で、一対の第1内部集電板9a、9aの周囲にチューブ型セル8を巻回する。その後、凹部9x、9x、…に配置されたチューブ型セル8の部位A、A、…に爪部9y、9y、…を突き刺す形態で第2内部集電板9b、9bを配置し、第1内部集電板9a、9aと第2内部集電板9b、9bとを固定部材9c、9cによって締結固定する(図5(b)参照)。このようにすることで、本発明では、部位A、A、…、及び、部位B、B、…を備えるチューブ型セル8が、間隔を開けて配置された一対の内部集電板9、9に巻回され、固定される。
As shown in FIG. 5A, the internal
一方、図6に示すように、燃料電池モジュール20に備えられる外部集電板11は、複数の外部集電管10、10、…が挿入される孔11x、11x、…を備える。燃料電池モジュール20の製造方法については後述するが、燃料電池モジュール20の製造時には、例えば、一対の外部集電板11、11の孔11x、11x、…に外部集電管10、10、…を挿入することにより、外部集電管10、10、…、及び、一対の外部集電板11、11を備える外部集電部材(外部集電部材22。図9参照。)を作製し、間隔を開けて配置された一対の第1内部集電板9a、9aの間に当該外部集電部材を配置する。その後、この外部集電部材、及び、一対の第1内部集電板9a、9aの周囲にチューブ型セル8を巻回し、第1内部集電板9a、9a、及び、第2内部集電板9b、9bを固定部材9c、9cで固定することにより、部位A、A、…が内部集電板9、9と接触するとともに、部位B、B、…に備えられる外部集電体6、6、…が外部集電管10、10、…と接触する形態で、チューブ型セル8を固定する。このようにして、チューブ型セル8と、一対の内部集電板9、9と、外部集電部材とを備える構造体(構造体23。図10参照。)を作製したら、当該構造体をケース部材12に収容し、その後、チューブ型セル8に備えられる固定部材7、7、…の箇所にシール材(ポッティング材)が配設されるように、ケース部材12の外側からシール材を注入して隔壁16、16を形成することにより、水素流通部13、13と空気流通部14とを隔離する。燃料電池モジュール20は、これらの工程を経ることにより製造することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the external
燃料電池モジュール20の運転時には、水素用開口部18、18、…を介して水素流通部13aへ水素が供給されるとともに、空気用開口部19、19、…を介して空気流通部14へ空気が供給され、図示されていない開口部を介して冷媒流通部15aへ冷媒が供給される。水素流通部13aへと供給された水素は、当該水素流通部13aに配置され内部集電板9によって固定されたチューブ型セル8の部位A、A、…の表面へと達する。上述のように、チューブ型セル8は、部位A、A、…に爪部9y、9y、…が突き刺される形態で固定されるので、部位A、A、…には爪部9y、9y、…によって形成された孔が存在する。それゆえ、部位A、A、…の表面へと達した水素は、当該部位A、A、…の孔からチューブ型セル8の内部へと浸入して内部集電体1の溝1x、1x、…へと達し、当該溝1x、1x、…と面する第1触媒層2へと到達する。このようにして第1触媒層2へと到達した水素の一部は、当該第1触媒層2に含有される触媒(例えば、Pt等。以下同じ。)の作用下でプロトンと電子に分離する。第1触媒層2で生じたプロトンは、第1触媒層2、電解質膜3、及び、第2触媒層4に含有されるプロトン伝導性物質によって第2触媒層4へと伝導される。これに対し、電解質膜3は電子伝導性を有しない。そのため、第1触媒層2で生じた電子は、外部回路を経由して第2触媒層4へと伝導される。一方、第1触媒層2へと到達した水素の残りは、溝1x、1x、…を伝って水素流通部13bへと達し、当該水素流通部13bを囲むケース部材12に備えられる水素用開口部18、18、…を介して燃料電池モジュール20の外部へと排出されて回収される。
During operation of the
一方、燃料電池モジュール20の運転時には、空気流通部14へ空気が供給されるので、当該空気流通部14に配置される部位B、B、…の外周面(第2触媒層4の外周面)へ、空気が供給される。第2触媒層4へ空気が供給されると、当該空気に含有される酸素と、第1触媒層2から第2触媒層4へと伝導されたプロトン及び電子とが、第2触媒層4に含有される触媒の作用下で電気化学反応し、水が生成される。このように、燃料電池モジュール20の運転時には、第1触媒層2から第2触媒層4へ電子が伝導され、第2触媒層4で水が生成される。
On the other hand, during operation of the
燃料電池モジュール20では、一のチューブ型セル8が一対の内部集電板9、9に巻回され、チューブ型セル8の部位A、A、…の内側に備えられる内部集電体1と、一対の内部集電板9、9に備えられる爪部9y、9y、…とが接触している。それゆえ、燃料電池モジュール20の運転時には、部位A、A、…の内側に備えられる内部集電体1、及び、一対の内部集電板9、9を介して、第1触媒層2側の集電が行われる。一対の第1内部集電板9a、9aの周囲にチューブ型セル8を巻回する際の力を制御することにより、第1内部集電板9a、9aとチューブ型セル8の部位A、A、…とを均一に密着させることができ、さらに、固定部材9c、9cによって締結する際の力を制御することにより、内部集電体1と複数の爪部9y、9y、…とを均一に接触させることができる。それゆえ、一の内部集電体1と一対の内部集電板9、9を介して第1触媒層2側の集電を行う燃料電池モジュール20によれば、集電効率を容易に向上させることができる。
In the
さらに、従来のチューブ型PEFC(例えば、特許文献2参照)と異なり、本発明の燃料電池モジュール20には、所定の長さに切断された多数のチューブ型セルが備えられるのではなく、一のチューブ型セル8が、一対の内部集電板9、9及び外部集電部材の周囲に巻回された形態で備えられる。それゆえ、多数のチューブ型セルの端部を揃える必要がなく、一のチューブ型セル8を一対の内部集電板9、9に巻回するのみで当該一のチューブ型セル8の位置決めをすることができるので、燃料電池モジュール20の生産性を向上させることができる。
Furthermore, unlike a conventional tube type PEFC (see, for example, Patent Document 2), the
他方、燃料電池モジュール20では、チューブ型セル8に備えられる外部集電体6、6、…と外部集電管10、10、…とが接触している。それゆえ、燃料電池モジュール20の運転時には、外部集電体6、6、…、及び、外部集電管10、10、…、並びに、当該外部集電管10、10、…と接触している一対の外部集電板11、11を介して、第2触媒層4側の集電を行うことができる。
On the other hand, in the
加えて、燃料電池モジュール20では、外部集電体6、6、…と接触する外部集電管10、10、…が管状部材とされており(図2参照)、当該外部集電管10、10、…の一端面が冷媒流通部15aに、他端面が冷媒流通部15bに配置される。それゆえ、燃料電池モジュール20の運転時に、冷媒流通部15aへ冷媒が供給されると、当該冷媒流通部15aへと供給された冷媒は、外部集電管10、10、…の端面に備えられる開口部から外部集電管10、10、…の内部へと流入する。そして、外部集電管10、10、…の内部へと流入した冷媒は、冷媒流通部15b側へと移動する間に、チューブ型セル8と熱交換することにより、チューブ型セル8を冷却し、チューブ型セル8の温度を制御する。このように、燃料電池モジュール20では、外部集電部材として機能するとともに、熱交換部材としても機能する外部集電管10、10、…が備えられるので、部品点数を削減することができる。それゆえ、燃料電池モジュール20によれば、単位体積当たりの出力を向上させて性能を向上させること、及び、生産性を向上させることが可能になる。
In addition, in the
さらに、燃料電池モジュール20では、外部集電部材及び熱交換部材として機能する外部集電管10、10、…が、螺旋形状とされたチューブ型セル8によって囲まれる空間に配置される。それゆえ、燃料電池モジュール20によれば、小型化を図ることが容易になるので、単位体積当たりの出力を向上させて性能を向上させることができる。
Further, in the
本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、MEA5が剥き出しにされた部位A、A、…に爪部9y、9y、…を突き刺すことにより、部位A、A、…の内側に配設された内部集電体1と第2内部集電板9b、9b、…との接触が確保さ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。本発明が採り得る他の形態としては、部位A、A、…に位置するMEA5の一部を除去することにより、剥き出しとされた内部集電体1の一部と、一対の内部集電板9、9(爪部9y、9y、…)との接触が確保される形態とすることも可能である。剥き出しとされた内部集電体1の一部と一対の内部集電板9、9とが接触する形態とすることにより、集電が容易になるほか、当該内部集電体1に備えられる溝1x、1x、…へ水素を流入させることが容易になる。ただし、内部集電体1の一部が剥き出しとされた形態のチューブ型セルが備えられる場合には、部位A、A、…で内部集電体1が剥き出しとされない上記形態と比較して、MEA5の一部を除去する工程が別途必要とされ、生産性が低下しやすい。そこで、性能のみならず生産性をも容易に向上させ得る形態の燃料電池モジュールを提供可能とする等の観点からは、内部集電体が剥き出しとされていないチューブ型セルが備えられる形態とすることが好ましい。
In the above description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、部位B、B、…に備えられる外部集電体6、6、…の長手方向両端が、熱収縮チューブ7、7、…に固定されたチューブ型セル8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、外部集電体6、6、…とMEA5との接触抵抗を低減することで性能を向上させ得るチューブ型セル8が備えられる燃料電池モジュール20を提供する等の観点からは、MEA5側に押圧される形態で固定部材7、7、…によって固定された外部集電体6、6、…、を有するチューブ型セル8が備えられることが好ましい。本発明の燃料電池モジュールで使用可能な固定部材としては、熱収縮チューブ7、7、…のほかに、各種接着剤等を例示することができる。固定部材として熱収縮チューブ7、7、…が用いられる場合、当該熱収縮チューブ7、7、…を構成し得る材料の具体例としては、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂のほか、エラストマー(フッ化エラストマー)等を挙げることができる。
In the above description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、チューブ型セル8を収容可能な凹部9x、9x、…を備える第1内部集電板9aと、部位A、A、…を貫通してMEA5の内側に備えられる内部集電体1と接触可能な爪部9y、9y、…を備える第2内部集電板9bと、これらを締結固定する固定部材9cと、を有する内部集電板9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。本発明の燃料電池モジュールに備えられる一対の内部集電部材は、チューブ型セルを巻回して固定可能な形態であれば良い。内部集電部材が採り得る他の形態としては、チューブ型セルを収容可能な凹部を備える一の部材の一端と、チューブ型セルに備えられる内部集電体と接触可能な爪部を備える他の部材の一端とが連結されており、チューブ型セルが巻回される時には当該一の部材及び他の部材が開いた状態とされ、巻回されたチューブ型セルを固定する時には当該一の部材及び他の部材が閉じた状態とされる、略鋏形態を例示することができる。
Moreover, in the said description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、複数の外部集電管10、10、…が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、複数の外部集電管10、10、…の端部を連結する等の方法により蛇行形状とされた、一の外部集電管が備えられていても良い。ただし、外部集電管に多くの冷媒を流入させて冷却効率を向上させることにより、性能を向上させ易い形態の燃料電池モジュールを提供する等の観点からは、複数の外部集電管10、10、…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
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、複数の外部集電管10、10、…の長手方向と、チューブ型セル8の長手方向とが略直交するように配設さ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、外部集電管10、10、…を介した集電を容易に行い得る形態とする等の観点からは、チューブ型セル8の長手方向と複数の外部集電管10、10、…の長手方向とが略直行するように、複数の外部集電管10、10、…が配設されることが好ましい。
Moreover, in the said description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、外部集電部材として機能するとともに、熱交換部材としても機能する複数の外部集電管10、10、…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。本発明の燃料電池モジュールは、外部集電部材としてのみ機能する外部集電管と、熱交換部材としてのみ機能する冷却管とがそれぞれ備えられる形態とすることも可能である。ただし、部品点数を削減して単位体積当たりの発電量を向上させ易い形態の燃料電池モジュールを提供する等の観点からは、外部集電部材として機能するとともに、熱交換部材としても機能する複数の外部集電管10、10、…が備えられることが好ましい。
Further, in the above description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、略螺旋形状とされたチューブ型セル8によって囲まれる空間に、外部集電部材として機能するとともに熱交換部材としても機能する複数の外部集電管10、10、…が配設さ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。本発明の燃料電池モジュールは、チューブ型セル8とケース部材12との間に、複数の外部集電管10、10、…と外部集電体6、6、…とが接触する形態で、複数の外部集電管10、10、…が配設されていても良い。ただし、小型化を図りやすい形態とすることにより、容易に性能を向上させ得る燃料電池モジュールを提供する等の観点からは、チューブ型セル8によって囲まれる空間に、複数の外部集電管10、10、…が配設される形態とすることが好ましい。
In the above description regarding the
また、本発明の燃料電池モジュール20に関する上記説明では、ケース部材12に一のチューブ型セル8のみ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。本発明の燃料電池モジュールは、一対の内部集電部材に巻回され固定されることにより略螺旋形状とされたチューブ型セルが備えられていれば良く、二以上のチューブ型セル8、8、…がケース部材12に収容される形態とすることも可能である。
Moreover, in the said description regarding the
2.燃料電池モジュールの製造方法
図7は、本発明にかかる燃料電池モジュールの製造方法の形態例を示すフローチャートである。図8は、図7に示す固定部材配設工程で配設された固定部材を備える構造体の形態例を示す概念図であり、その一部のみを拡大して示している。図9は、図7に示す外部集電部材作製工程で作製される外部集電部材の形態例を示す概念図である。図10は、図7に示す巻回固定工程によって形成される構造体の形態例を示す概念図である。図8乃至図10において、図1乃至図6と同様の構成を採るものには、図1乃至図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1乃至図10を参照しつつ、本発明の燃料電池モジュールの製造方法によって、燃料電池モジュール20を製造する場合ついて説明する。
2. Manufacturing Method of Fuel Cell Module FIG. 7 is a flowchart showing an example of a manufacturing method of a fuel cell module according to the present invention. FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a structure having a fixing member arranged in the fixing member arranging step shown in FIG. 7, and only a part thereof is shown in an enlarged manner. FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example of the form of the external current collector produced in the external current collector production process shown in FIG. FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of the structure of the structure formed by the winding and fixing step shown in FIG. 8 to 10, components having the same configurations as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 6, and description thereof is omitted as appropriate. Hereinafter, the case where the
図7に示すように、本発明の燃料電池モジュールの製造方法は、第1工程(工程S1)と、第2工程(工程S2)と、固定部材配設工程(工程S3)と、第3工程(工程S4)と、外部集電部材作製工程(工程S5)と、第4工程(工程S6)と、第5工程及び第6工程を単一の工程で行う巻回固定工程(工程S7)と、第7工程(工程S8)と、接着剤配設工程(工程S9)と、を備え、工程S1乃至工程S9を経て、燃料電池モジュール20が製造される。
As shown in FIG. 7, the manufacturing method of the fuel cell module of the present invention includes a first step (step S1), a second step (step S2), a fixing member disposing step (step S3), and a third step. (Step S4), external current collecting member manufacturing step (step S5), fourth step (step S6), and winding fixing step (step S7) in which the fifth step and the sixth step are performed in a single step, The seventh step (step S8) and the adhesive disposing step (step S9) are provided, and the
2.1.第1工程(工程S1)
工程S1は、内部集電体1の外周面に、中空形状のMEA5を形成する工程である。工程S1は、内部集電体1の外周面に中空形状のMEA5を形成可能であれば、その形態は特に限定されるものではない。工程S1では、例えば、触媒及びプロトン伝導性ポリマーを含有するインク状組成物(以下「触媒インク」ということがある。)が入った容器に、内部集電体1を入れ、当該容器から内部集電体1を取り出して乾燥させることにより、内部集電体1の外周面に中空形状の第1触媒層2が形成された第1構造体を形成することができる。このようにして第1触媒層2を形成したら、引き続き、溶解したプロトン伝導性ポリマーを含有する電解質組成物が入った容器に、上記第1構造体を入れ、当該容器から第1構造体を取り出して乾燥させることにより、第1触媒層2の外周面に中空形状の電解質膜3が形成された第2構造体を形成することができる。このようにして電解質膜3を形成したら、引き続き、触媒インクが入った容器に、上記第2構造体を入れ、当該容器から第2構造体を取り出して乾燥させることにより、電解質膜3の外周面に中空形状の第2触媒層4が形成された第3構造体を形成することができる。このようにして形成された第3構造体には、内部集電体1の外周面に、中空形状の第1触媒層2と、中空形状の電解質膜3と、中空形状の第2触媒層4とを有する中空形状のMEA5が備えられるので、かかる工程等を経ることにより、内部集電体1の外周面に中空形状のMEA5を形成することができる。工程S1において、内部集電体1の外周面に、第1触媒層2、電解質膜3、及び、第2触媒層4を形成する方法は、上記方法に限定されるものではない。上記方法のほか、例えば、触媒インクをスプレー塗布して第1触媒層2や第2触媒層4を形成することも可能であり、電解質組成物をスプレー塗布して電解質膜3を形成することも可能である。
2.1. 1st process (process S1)
Step S <b> 1 is a step of forming a hollow MEA 5 on the outer peripheral surface of the internal
2.2.第2工程(工程S2)
工程S2は、上記工程S1で形成された中空形状のMEA5の外周面に、外部集電体6を配設する工程である。工程S2は、MEA5の外周面に外部集電体6を配設可能であれば、その形態は特に限定されるものではなく、例えば、MEA5の外周面に、金属線からなる外部集電体6を巻回する工程とすることができる。工程S2において、外部集電体6を配設する方法としては、例えば、電線を製造する際に用いられる公知の方法等を用いることができる。
2.2. Second step (Step S2)
Step S2 is a step of disposing the external
2.3.固定部材配設工程(工程S3)
工程S3は、上記工程S2で配設された外部集電体6の表面へ、間隔を開けて固定部材7、7、…を配設し、当該固定部材7、7、…により、MEA5側へ押圧される形態で外部集電体6が固定された形態の、構造体21を作製する工程である(図8参照)。固定部材7、7、…として熱収縮チューブ7、7、…を用いる場合、工程S3では、まず、公知の固定部材配設手段等を用いて、外部集電体6の表面に、所定の間隔(上記隔壁16、16の間隔と同程度の間隔。以下同じ。)を開けて、複数の熱収縮チューブを配設する。そして、公知の加熱手段等を用いて、配設された複数の熱収縮チューブを、所定の温度(例えば、80℃程度等)へ加熱する。このようにして加熱すると、外部集電体6の表面に配設された熱収縮チューブが収縮して、収縮した熱収縮チューブ7、7、…となり、当該熱収縮チューブ7、7、…によって、外部集電体6を固定することができる。
これに対し、固定部材として接着剤を用いる場合、工程S3は、外部集電体6の表面に、所定の間隔を開けて接着剤を配置し、当該接着剤によって外部集電体6を固定する工程とすることができる。
2.3. Fixing member arrangement process (process S3)
In step S3, fixing
On the other hand, when an adhesive is used as the fixing member, in step S3, the adhesive is disposed on the surface of the external
工程S3において、固定部材として熱収縮チューブ7、7、…を用いる場合、外部集電体6の表面に間隔を開けて配設された熱収縮チューブを収縮させるために加熱手段によって加熱する際の温度は、MEA5に含有されるプロトン伝導性ポリマーのプロトン伝導性能に影響を及ぼさない温度であれば、特に限定されない。当該温度の具体例としては、常温〜100℃程度を挙げることができる。
In the step S3, when the heat-
また、工程S3において、固定部材として熱収縮チューブ7、7、…を用いる場合、当該熱収縮チューブ7、7、…は、上記温度(例えば、常温〜100℃程度)で収縮して外部集電体6を固定可能であるとともに、燃料電池モジュール20の運転時における環境に耐え得る性質(例えば、耐熱性、耐水性等。以下同じ。)を有する物質により構成されていれば、その材料は特に限定されない。本発明にかかる燃料電池モジュールの製造方法で使用可能な熱収縮チューブ7、7、…の構成材料としては、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂のほか、エラストマー(フッ化エラストマー)等を例示することができる。
In the step S3, when the
また、工程S3において、固定部材として接着剤を用いる場合、当該接着剤は、燃料電池モジュールの運転時における環境に耐え得る性質を有し、かつ、当該燃料電池モジュールの運転時においても継続して外部集電体6の位置を固定可能な物質により構成されていれば、その材料は特に限定されない。本発明にかかる燃料電池モジュールの製造方法で使用可能な、固定部材としての接着剤の構成材料としては、高分子系のエポキシ樹脂等を例示することができる。
Further, when an adhesive is used as the fixing member in step S3, the adhesive has a property that can withstand the environment during the operation of the fuel cell module, and continues even during the operation of the fuel cell module. The material is not particularly limited as long as the external
2.4.第3工程(工程S4)
工程S4は、上記工程S3で間隔を開けて配設された熱収縮チューブ7、7、…それぞれの一部を、公知の加工手段等を用いて除去するとともに、熱収縮チューブ7、7、…それぞれの一部が除去されることにより剥き出しとされた外部集電体6を、公知の加工手段等を用いて除去することにより、MEA5が剥き出しとされた部位A、A、…と、外部集電体6が配設された部位B、B、…とが備えられる形態のチューブ型セル8を作製する工程である。すなわち、工程S4により、上記工程S2で配設された外部集電体6の一部が除去され、後述する工程S7で一対の内部集電板9、9と接触すべき部位A、A、…が備えられる形態のチューブ型セル8が作製される。
2.4. Third step (step S4)
In step S4, a part of each of the heat-
工程S4において、熱収縮チューブ7、7、…それぞれの一部、及び、外部集電体6の一部を除去する際に使用可能な加工手段としては、線材の被覆を剥ぎ取る際に使用される、市販のストリッパー等を例示することができる。
In step S4, the
2.5.外部集電部材作製工程(工程S5)
工程S5は、外部集電板11、11に備えられる複数の孔11x、11x、…のそれぞれに、外部集電管10、10、…を挿入して、外部集電板11、11と外部集電管10、10、…との接触が維持された状態で固定された、外部集電部材22を作製する工程である(図9参照)。
2.5. External current collector manufacturing process (process S5)
In step S5, the external
2.6.第4工程(工程S6)
工程S6は、後述する工程S7でチューブ型セル8を巻回すべき一対の内部集電板9、9を、間隔を開けて配置するとともに、間隔を開けて配置した一対の内部集電板9、9の間に、上記工程S5で作製した外部集電部材22を配置する工程である。なお、図5に示すように、内部集電板9は、チューブ型セル8を収容すべき凹部9x、9x、…を備える第1内部集電板9aと、チューブ型セル8の部位A、A、…へと突き刺される爪部9y、9y、…を備える第2内部集電板9bと、第1内部集電板9a及び第2内部集電板9bを締結固定する固定部材9cと、を備える。それゆえ、実際の工程S6は、間隔を開けて一対の第1内部集電板9a、9aを配置するとともに、当該一対の第1内部集電板9a、9aの間に、外部集電部材22を配置する工程とされる。
2.6. Fourth step (step S6)
Step S6 includes a pair of internal
2.7.巻回固定工程(工程S7)
工程S7は、上記工程S6で配置した一対の第1内部集電板9a、9a及び外部集電部材22の周囲に、上記工程S4で作製した一のチューブ型セル8を巻回し、巻回された一のチューブ型セル8の部位A、A、…へ第2内部集電板9b、9bの爪部9y、9y、…を突き刺した後、第1内部集電板9a、9aと第2内部集電板9b、9bとを固定部材9c、9cで固定することにより、チューブ型セル8を固定する工程である。工程S7では、チューブ型セル8の部位A、A、…と第1内部集電板9a、9aの凹部9x、9x、…とが接触するように、一対の第1内部集電板9a、9aの周囲にチューブ型セル8が巻回され、さらに、チューブ型セル8の外部集電体6、6、…と外部集電部材22の外部集電管10、10、…とが接触するように、外部集電部材22の周囲にチューブ型セル8が巻回される。それゆえ、工程S7では、MEA5の部位A、A、…の外周面と一対の内部集電板9、9とが接触するように、チューブ型セル8を一対の内部集電板9、9へ巻回して固定する、本発明の燃料電池モジュールの製造方法における第5工程と、外部集電部材22の一部である外部集電管10、10、…とチューブ型セル8の外部集電体6、6、…とを接触させ固定する、本発明の燃料電池モジュールの製造方法における第6工程とが、単一の工程で行われる。当該形態にかかる工程S7により、外部集電部材22及び一対の内部集電板9、9に巻回され、一対の内部集電板9、9によって固定されたチューブ型セル8を備える、構造体23が作製される(図10参照)。
2.7. Winding fixing process (process S7)
In step S7, the one
2.8.第7工程(工程S8)
工程S8は、チューブ型セル8、一対の内部集電板9、9、及び、外部集電部材22を備える、上記工程S7で作製した構造体23を、ケース部材12へ収容する工程である。ケース部材12が、分割・連結可能な二部材からなる場合、工程S8は、例えば、隔壁17、17、及び、冷媒流通部15、15を有する一方のケース部材へ構造体23を収容した後、構造体23の一部を収容した当該一方のケース部材と他方のケース部材とを連結することにより、構造体23をケース部材12へ収容する工程とすることができる。
2.8. Seventh step (step S8)
Step S <b> 8 is a step of housing the
2.9.接着剤配設工程(工程S9)
工程S9は、上記工程S8で構造体23を収容したケース部材12の外側からケース部材12の内側へ、接着剤(ポッティング材)を注入することにより、水素流通部13、13と空気流通部14とを隔てる隔壁16、16を形成する工程である。構造体23に備えられるチューブ型セル8は、部位B、B、…に備えられる外部集電体6、6、…の長手方向両端が熱収縮チューブ7、7、…で固定される。それゆえ、工程S9では、当該熱収縮チューブ7、7、…が備えられる箇所へ接着剤を注入することにより、水素流通部13、13に配置されたチューブ型セル8の部位A、A、…と、空気流通部14に配置されたチューブ型セル8の部位B、B、…とが、隔壁16、16によって隔てられた形態とすることができる。すなわち、本発明の燃料電池モジュールの製造方法によれば、上記工程S1乃至工程S9を経ることにより、燃料電池モジュール20を製造することができる。
2.9. Adhesive placement step (step S9)
In step S9, an adhesive (potting material) is injected from the outside of the
上述のように、本発明の燃料電池モジュールの製造方法には、工程S7が備えられる。工程S7では、一対の第1内部集電板9a、9aの周囲に巻回した一のチューブ型セル8の部位A、A、…へ、第2内部集電板9b、9bの爪部9y、9y、…を突き刺し、その後、第1内部集電板9a、9aと第2内部集電板9b、9bとを固定部材9c、9cで締結固定することにより、チューブ型セル8に備えられる内部集電体1と第1内部集電板9、9(爪部9y、9y、…)とを接触させる。それゆえ、チューブ型セル8を巻回する際に付与される力、及び/又は、固定部材9c、9cを介して付与される締結力を制御することにより、複数の爪部9y、9y、…と内部集電体1とを均一に接触させることができる。したがって、本発明の燃料電池モジュールの製造方法によれば、内部集電体1及び第1内部集電板9、9を介した集電効率を向上させて性能を向上させることが可能な、燃料電池モジュール20を作製することができる。
As described above, the fuel cell module manufacturing method of the present invention includes step S7. In step S7, the
さらに、工程S7では、一対の第1内部集電板9a、9a及び外部集電部材22の周囲に一のチューブ型セル8を巻回して固定するのみで、チューブ型セル8の位置決めをすることができるので、所定長さに切断された多数のチューブ型セルが一の燃料電池モジュールモジュールに備えられる従来技術(例えば、特許文献2参照)と比較して、燃料電池モジュールの生産性を容易に向上させることができる。
Further, in step S7, the tube-
本発明の燃料電池モジュールの製造方法に関する上記説明では、第5工程と第6工程とが同時に行われる巻回固定工程(工程S7)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。本発明によって製造される燃料電池モジュールが、例えば、チューブ型セルとケース部材との間に、複数の外部集電管が配設される形態である場合には、チューブ型セルを一対の内部集電部材に巻回して固定する第5工程の後に、外部集電部材の少なくとも一部と当該チューブ型セルの外部集電体とが接触するように、チューブ型セルの外側へ外部集電部材を配置する第6工程が備えられる形態等とすることも可能である。 In the above description regarding the method for manufacturing the fuel cell module of the present invention, the embodiment in which the winding fixing step (step S7) in which the fifth step and the sixth step are performed simultaneously is illustrated, but the present invention is limited to this mode. Is not to be done. When the fuel cell module manufactured according to the present invention has, for example, a configuration in which a plurality of external current collector tubes are disposed between a tube type cell and a case member, the tube type cell is paired with a pair of internal collectors. After the fifth step of winding and fixing on the electric member, the external current collecting member is moved to the outside of the tube type cell so that at least a part of the external current collecting member and the external current collector of the tube type cell come into contact with each other. It is also possible to adopt a form or the like that includes the sixth step of arrangement.
また、本発明の燃料電池モジュールの製造方法に関する上記説明では、第3工程(工程S4)の後に、外部集電部材作製工程(工程S5)及び第4工程(工程S6)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。外部集電部材作製工程及び第4工程は、巻回固定工程(第5工程と第6工程とが別々に備えられる場合には、第5工程)の前に備えられていれば良い。 Moreover, in the said description regarding the manufacturing method of the fuel cell module of this invention, the form with which an external current collection member preparation process (process S5) and a 4th process (process S6) are provided after a 3rd process (process S4) is illustrated. However, the present invention is not limited to the embodiment. The external current collecting member manufacturing step and the fourth step may be provided before the winding and fixing step (the fifth step when the fifth step and the sixth step are provided separately).
3.燃料電池
図11は、本発明の燃料電池に備えられる積層体の形態例を示す概念図であり、一部を省略して示している。図11は図2と対応し、積層体に備えられる二の燃料電池モジュールのみを示している。積層体の構造を容易に理解可能とするため、図11ではケース部材の一部の記載を省略し、直列連結板よりも紙面奥側に位置する各部材を透過させている。図11の紙面奥/手前方向が、外部集電管の長手方向であり、かつ、重力方向である。図12は、本発明の燃料電池の形態例を示す概念図であり、積層体と、冷媒用配管及び水素用配管と、エンドプレート等の配置を概略的に示している。図12の紙面上下方向が、燃料電池に備えられる外部集電管の長手方向であり、かつ、重力方向である。図13は、本発明の燃料電池の形態例を示す平面図であり、積層体と、冷媒用配管及び水素用配管と、外部ケース部材等の配置を概略的に示している。図13の紙面奥/手前方向が外部集電管の長手方向であり、かつ、重力方向である。図11乃至図13において、図1乃至図6と同様の構成を採るものには、図1乃至図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1乃至図6、及び、図11乃至図13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。
3. Fuel Cell FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a laminated body provided in the fuel cell of the present invention, and a part thereof is omitted. FIG. 11 corresponds to FIG. 2 and shows only two fuel cell modules provided in the laminate. In order to make it easy to understand the structure of the laminated body, in FIG. 11, a part of the case member is not shown, and each member located on the back side of the paper surface from the series connection plate is transmitted. The back / front direction in FIG. 11 is the longitudinal direction of the external current collector and the direction of gravity. FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of a fuel cell according to the present invention, and schematically shows the arrangement of a laminate, a refrigerant pipe and a hydrogen pipe, an end plate, and the like. The vertical direction in FIG. 12 is the longitudinal direction of the external current collector provided in the fuel cell and the direction of gravity. FIG. 13 is a plan view showing an example of the fuel cell according to the present invention, and schematically shows the arrangement of the laminate, the refrigerant pipe and the hydrogen pipe, the outer case member, and the like. The back / front direction in FIG. 13 is the longitudinal direction of the external current collector and the direction of gravity. 11 to 13, components having the same configurations as those 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 of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 6 and FIGS. 11 to 13.
図11乃至図13に示すように、積層体24は、燃料電池モジュール20、20、…を備える。積層体24を構成する燃料電池モジュール20には、一対の内部集電板9、9のそれぞれと接続された直列連結板25、25が備えられ、一の燃料電池モジュール20に備えられる直列連結板25、25が、当該一の燃料電池モジュール20と隣接する他の燃料電池モジュール20に備えられる外部集電管10、10と接続される。上述のように、燃料電池モジュール20の運転時には、内部集電体1及び一対の内部集電板9、9を介して第1触媒層2側の集電が行われる一方、外部集電管10、10、…、及び、外部集電板11、11を介して第2触媒層4側の集電が行われる。それゆえ、直列連結板25、25によって、一の燃料電池モジュール20の内部集電板9、9と、他の燃料電池モジュール20の外部集電管10、10とを接続することで、隣接する燃料電池モジュール20、20を電気的に直列に接続することが可能になる。すなわち、積層体24は、電気的に直列に接続された複数の燃料電池モジュール20、20、…によって構成される。
As shown in FIGS. 11 to 13, the laminate 24 includes
図12及び図13に示すように、本発明の燃料電池30は、電気的に直列に接続された複数の燃料電池モジュール20、20、…によって構成される積層体24と、マニホールド一体型エンドプレート31(以下「マニホールド31」という。)及びエンドプレート32と、電極素子34、35と、を備え、マニホールド31には、冷媒用配管26、27、及び、水素用配管28、29が接続されている。そして、これらの部材は、空気を流通させる開口部36、36、…を備えた外部ケース部材33に収容される(図13参照)。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
燃料電池30の運転時には、水素用配管28を介して供給された水素が、マニホールド31を介して、燃料電池モジュール20、20、…の水素流通部13a、13a、…へと供給され、水素流通部13a、13a、…へと供給された水素は、爪部9y、9y、…によって部位A、A、…に形成された孔を経て、内部集電体1の溝1x、1x、…へと分岐する。燃料電池30において、溝1x、1x、…は水素流路として機能し、溝1x、1x、…へと分岐した水素が、チューブ型セル8、8、…にそれぞれ備えられる第1触媒層2、2、…へと達する。第1触媒層2、2、…へと達した水素は、当該第1触媒層2、2、…に含有される触媒の作用下でプロトンと電子に分離する。このようにして生じたプロトンは、各MEA5、5、…に含有されるプロトン伝導性ポリマーを介して伝導されることにより、第2触媒層4、4、…へと達する。これに対し、第1触媒層2、2、…で生じた電子は、外部回路を経て第2触媒層4、4、…へと達する。一方、燃料電池30の運転時には、外部ケース部材33に備えられる開口部36、36、…、及び、燃料電池モジュール20、20、…に備えられる空気用開口部19、19、…を介して、各燃料電池モジュール20、20、…の空気流通部14、14、…へ空気が供給される。そして、空気流通部14、14、…に配置されたチューブ型セル8、8、…の部位B、B、…へ空気が供給されることにより、第2触媒層4、4、…へ空気が到達する。このようにして第2触媒層4、4、…へと到達した空気に含有される酸素は、当該第2触媒層4、4、…に含有される触媒の作用下で、第2触媒層4、4、…へと移動してきたプロトン及び電子と反応し、水が生成される。なお、第1触媒層2、2、…における反応に利用されずに残った水素は、溝1x、1x、…、水素流通部13b、13b、…、マニホールド31、及び、水素用配管29を経て回収される。
When the
燃料電池30の運転時には、プロトンの伝導抵抗や電子抵抗等に起因する熱が発生する。燃料電池30に備えられるMEA5、5、…に含有されるプロトン伝導性ポリマーは、例えば80℃程度の温度環境下で含水状態に保たれることによりプロトン伝導性能を発現するため、燃料電池30の運転時には、チューブ型セル8、8、…の過度の温度上昇を防止すべく、冷媒用配管26を介して冷媒が供給される(図12及び図13参照)。冷媒用配管26を介して供給された冷媒は、マニホールド31を介して燃料電池モジュール20、20、…の冷媒流通部15a、15a、…へと供給される。冷媒流通部15a、15a、…へと供給された冷媒は、その後、当該冷媒流通部15a、15a、…に開口した開口部を有する外部集電管10、10、…の内部へと分岐し、外部集電管10、10、…へと流入する。そして、外部集電管10、10、…の内部を流通して冷媒流通部15b、15b、…側へと移動する間に、冷媒が、当該外部集電管10、10、…と接触しているチューブ型セル8、8、…と熱交換し、チューブ型セル8、8、…の温度が制御される。チューブ型セル8、8、…と熱交換することにより温められた冷媒は、その後、外部集電管10、10、…から冷媒流通部15b、15b、…へと排出され、冷媒流通部15b、15b、…から排出された冷媒は、マニホールド31及び冷媒用配管27を経て回収される。
During operation of the
燃料電池30において、電極素子34は、電気的に直列に接続された燃料電池モジュール20、20、…の最も外側(図12及び図13の紙面左側)の燃料電池モジュール20に備えられる内部集電板9、9と電気的に接続される。これに対し、電極素子35は、電極素子34が接続された上記燃料電池モジュール20と反対側の最も外側(図12及び図13の紙面右側)の燃料電池モジュール20に備えられる外部集電管10、10と電気的に接続される。したがって、燃料電池30によれば、電極素子34及び電極素子35を介して電気エネルギーを取り出すことができる。
In the
このように、燃料電池30には、性能及び生産性を向上させることが可能な燃料電池モジュール20、20、…が備えられる。したがって、本発明によれば、性能及び生産性を向上させることが可能な燃料電池30を提供することができる。
As described above, the
4.燃料電池の製造方法
図14は、本発明にかかる燃料電池の製造方法の形態例を示すフローチャートである。以下、図7乃至図14を参照しつつ、本発明の燃料電池の製造方法によって、燃料電池30を製造する場合ついて説明する。
4). FIG. 14 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a fuel cell according to the present invention. Hereinafter, the case where the
図14に示すように、本発明の燃料電池の製造方法は、燃料電池モジュール製造工程(工程S11)と、積層体作製工程(工程S12)と、収容工程(工程S13)と、を備え、工程S11乃至工程S13を経て、燃料電池30が製造される。
As shown in FIG. 14, the fuel cell manufacturing method of the present invention includes a fuel cell module manufacturing step (step S11), a laminate manufacturing step (step S12), and an accommodating step (step S13). The
4.1.燃料電池モジュール製造工程(工程S11)
工程S11は、上記工程S1乃至工程S9を経て、燃料電池モジュール20、20、…を製造する工程である。
4.1. Fuel cell module manufacturing process (process S11)
Step S11 is a step of manufacturing the
4.2.積層体作製工程(工程S12)
工程S12は、上記工程S11で製造した複数の燃料電池モジュール20、20、…を積層して、積層体24を作製する工程である。図11に示すように、積層体24に備えられる、隣接する燃料電池モジュール20、20は、直列連結板25、25を介して電気的に直列に接続される。それゆえ、工程S12は、直列連結板25、25を介して隣接する燃料電池モジュール20、20を連結しながら、積層体24を作製する工程とすることができる。なお、図1及び図2に示すように、上記工程S1乃至工程S9によって製造される燃料電池モジュール20には、直列連結板25、25が備えられない。それゆえ、工程S12において、直列連結板25、25、…を介して接続された複数の燃料電池モジュール20、20、…を備える積層体24を作製するには、工程S11で製造される燃料電池モジュールに、直列連結板25、25が備えられる必要がある。それゆえ、本発明にかかる燃料電池の製造方法に備えられる工程S11は、上記工程S1乃至工程S9に加え、さらに、一対の内部集電板9、9に直列連結板25、25を接続する工程が備えられる。工程S11で、直列連結板25、25を備える燃料電池モジュールを製造するには、例えば、上記工程S7と上記工程S8との間に、一対の内部集電板9、9のそれぞれと直列連結板25、25とを接続する接続工程が備えられる形態とすれば良く、続く工程S8で、直列連結板25、25が接続された構造体を、ケース部材12へ収容すれば良い。
4.2. Laminate manufacturing process (process S12)
Step S12 is a step in which a plurality of
4.3.収容工程(工程S13)
工程S13は、上記工程S12で作製した積層体24を、外部ケース部材33へ収容する工程である。ここで、図12及び図13に示すように、燃料電池30の外部ケース部材33には、積層体24のほかに、冷媒用配管26、27及び水素用配管28、29が接続されたマニホールド31と、エンドプレート32と、電極素子34、35と、が備えられる。それゆえ、燃料電池30を製造する場合には、例えば、積層体24の積層方向一端側に配置された燃料電池モジュール20の内部集電板9、9と電極素子34とを接続するとともに、積層体24の積層方向他端側に配置された燃料電池モジュール20の外部集電管10、10と電極素子35とを接続する。そして、電極素子34及び電極素子35を備える積層体を、マニホールド31及びエンドプレート32により狭持して図12に示される構造体を作製し、当該構造体を外部ケース部材33へと収容する等の過程を経ることで、燃料電池30を製造することができる。
4.3. Accommodation process (process S13)
Step S <b> 13 is a step of accommodating the laminate 24 produced in the step S <b> 12 in the
このように、本発明の燃料電池の製造方法によって製造される燃料電池30には、本発明の燃料電池モジュールの製造方法によって製造した複数の燃料電池モジュール20、20、…が備えられる。それゆえ、本発明によれば、性能及び生産性を向上させることが可能な燃料電池30を製造し得る、燃料電池の製造方法を提供できる。
As described above, the
本発明において、チューブ型セル8に備えられる中空形状の電解質膜3は、PEFCで使用可能なプロトン伝導性ポリマーを含有する、中空形状の固体高分子膜であれば、その形態は特に限定されない。電解質膜3に含有されるプロトン伝導性ポリマーの具体例としては、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するフッ素系のポリマーや、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とする炭化水素系のポリマー等を挙げることができる。上記フッ素系のポリマーを含有する電解質膜の具体例としては、Nafion(「Nafion」は米国デュポン社の登録商標。)やフレミオン(「フレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標)等を挙げることができる。一方、上記炭化水素系のポリマーを含有する電解質膜の具体例としては、セレミオン等(「セレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標)を挙げることができる。
In the present invention, the shape of the hollow electrolyte membrane 3 provided in the tube-
また、本発明において、チューブ型セル8に備えられる中空形状の第1触媒層2及び中空形状の第2触媒層4(以下、これらをまとめて単に「触媒層」ということがある。)は、チューブ型セル8のアノードやカソードで生じる電気化学反応の触媒として機能する物質(触媒)と、当該電気化学反応で生じるプロトンを伝導させ得る物質(プロトン伝導性物質)とを有していれば、その形態は特に限定されるものではない。触媒層に含有される触媒の具体例としては、Ptのほか、Co、Ru、Ir、Au、Ag、Cu、Ni、Fe、Cr、Mn、V、Ti、Mo、Pd、Rh、Wからなる群より選択される1以上の金属とPtとを有するPt合金等を挙げることができる。触媒層に含有されるプロトン伝導性物質の具体例としては、上記電解質膜に含有され得る上記プロトン伝導性ポリマー等を挙げることができる。
In the present invention, the hollow-shaped
また、本発明において、内部集電体1、内部集電板9、外部集電体6、外部集電管10、及び、外部集電板11(以下、これらをまとめて単に「集電体」ということがある。)は、良好な電子伝導性を有する材料(導電性材料)によって構成されることが好ましく、導電性材料の具体例としては、銅、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。集電体の構成材料として銅が用いられる場合には、耐酸性を向上させるため、その表面を銀、金、白金等によって被覆することが好ましい。
In the present invention, the internal
また、本発明に関する上記説明では、中空形状のMEA5の周囲に巻回された外部集電体6が備えられる形態のチューブ型セル8を例示したが、本発明におけるチューブ型セルは、当該形態に限定されるものではない。中空形状のMEA5へ反応ガスを均一に供給可能とする等の観点からは、中空形状のMEA5の内周面側及び/又は外周面側に、中空形状の拡散層が備えられることが好ましい。本発明で使用されるチューブ型セルに中空形状の拡散層が備えられる場合、当該拡散層は、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等によって構成することができる。中空形状のMEA5の内周面側に拡散層が備えられる場合、中空形状のMEA5は、内部集電体1の外周面側に形成された拡散層の外周面に形成される。一方、中空形状のMEA5の外周面側に拡散層が備えられる場合、外部集電体6は、中空形状のMEA5の外周面側に形成された拡散層の外周面に巻回される。
Moreover, in the said description regarding this invention, although the
なお、本発明の燃料電池30に関する上記説明では、燃料電池モジュール20、20、…が一列に積層される形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、電気的に直列に接続される形態で、2列以上に積層することも可能である。
In the above description regarding the
また、本発明の燃料電池30に関する上記説明では、マニホールド一体型エンドプレート31が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、マニホールドとエンドプレートとが別体に構成され、冷媒及び水素が互いに流入・流出可能なように連結される形態のマニホールド及びエンドプレートが備えられる形態とすることも可能である。
Further, in the above description regarding the
S1…第1工程
S2…第2工程
S3…固定部材配設工程
S4…第3工程
S5…外部集電部材作製工程
S6…第4工程
S7…巻回固定工程(第5工程、第6工程)
S8…第7工程
S9…接着剤配設工程
S11…燃料電池モジュール製造工程
S12…積層体作製工程
S13…収容工程
1…内部集電体
1x…溝
2…第1触媒層
3…電解質膜
4…第2触媒層
5…MEA(膜電極構造体)
6…外部集電体
7…固定部材
8…チューブ型セル(チューブ型燃料電池セル)
9…内部集電板(内部集電部材)
9a…第1内部集電板(内部集電部材)
9b…第2内部集電板(内部集電部材)
9c…固定部材(内部集電部材)
9x…凹部
9y…爪部
10…外部集電管(外部集電部材)
11…外部集電板(外部集電部材)
11x…孔
12…ケース部材
13…水素流通部
14…空気流通部
15…冷媒流通部
16、17…隔壁
18…水素用開口部
19…空気用開口部
20…燃料電池モジュール
21…構造体
22…外部集電部材
23…構造体
24…積層体
25…直列連結板
26、27…冷媒用配管
28、29…水素用配管
30…燃料電池
31…マニホールド
32…エンドプレート
33…外部ケース部材
34、35…電極素子
36…開口部
S1 ... 1st process S2 ... 2nd process S3 ... Fixing member arrangement | positioning process S4 ... 3rd process S5 ... External current collection member preparation process S6 ... 4th process S7 ... Winding fixing process (5th process, 6th process)
S8: Seventh step S9: Adhesive disposing step S11: Fuel cell module manufacturing step S12 ... Laminate manufacturing step S13 ...
6 ... External
9 ... Internal current collector (internal current collector)
9a ... 1st internal current collection board (internal current collection member)
9b ... Second internal current collector (internal current collector)
9c: Fixing member (internal current collecting member)
9x ...
11 ... External current collector (external current collector)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
一対の前記内部集電部材が、間隔を開けて配置され、
一対の前記内部集電部材に、前記チューブ型燃料電池セルが巻回されて固定され、
一対の前記内部集電部材によって固定される前記チューブ型燃料電池セルの箇所に、露出した前記膜電極構造体が備えられることを特徴とする、燃料電池モジュール。 A hollow membrane electrode structure, an internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure, and an external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the membrane electrode structure, A tubular fuel cell, a pair of internal current collector members that contact the internal current collector, an external current collector member that contacts the external current collector, at least the tubular fuel cell, and the internal current collector A member, and a case member that houses the external current collecting member,
A pair of the internal current collecting members are arranged at intervals,
The tubular fuel cell is wound and fixed to a pair of the internal current collecting members,
The fuel cell module, wherein the exposed membrane electrode structure is provided at a location of the tubular fuel cell fixed by the pair of internal current collecting members.
前記内部集電体の外周面側に、中空形状の前記膜電極構造体を形成する、第1工程と、
前記第1工程で形成された中空形状の前記膜電極構造体の外周面側に、前記外部集電体を配設する、第2工程と、
前記第2工程で配設した前記外部集電体の一部を除去することにより、剥き出しとされた前記膜電極構造体の部位と前記外部集電体が配設された部位とが備えられる形態の前記チューブ型燃料電池セルを作製する、第3工程と、
一対の前記内部集電部材を間隔を開けて配置する、第4工程と、
前記第3工程で作製した前記チューブ型燃料電池セルの、剥き出しとされた前記膜電極構造体の外周面と、前記第4工程で配置した一対の前記内部集電部材とが接触するように、前記チューブ型燃料電池セルを一対の前記内部集電部材へ巻回して固定する、第5工程と、
前記外部集電部材の少なくとも一部と前記チューブ型燃料電池セルの前記外部集電体とを接触させて固定する、第6工程と、
前記第5工程及び前記第6工程後に、少なくとも前記チューブ型燃料電池セル、前記内部集電部材、及び、前記外部集電部材を前記ケース部材に収容する、第7工程と、
を具備することを特徴とする、燃料電池モジュールの製造方法。 A hollow membrane electrode structure, an internal current collector disposed on the inner peripheral surface side of the membrane electrode structure, and an external current collector disposed on the outer peripheral surface side of the membrane electrode structure, A tubular fuel cell, a pair of internal current collector members that contact the internal current collector, an external current collector member that contacts the external current collector, at least the tubular fuel cell, and the internal current collector A member, and a case member that houses the external current collecting member, and a method of manufacturing a fuel cell module,
Forming the hollow membrane electrode structure on the outer peripheral surface side of the internal current collector; and
Disposing the external current collector on the outer peripheral surface side of the hollow membrane electrode structure formed in the first step; and
A mode in which a portion of the membrane electrode structure exposed and a portion where the external current collector is disposed are provided by removing a part of the external current collector disposed in the second step. A third step of producing the tube-type fuel cell of
A fourth step of arranging a pair of the internal current collecting members at intervals,
In order that the outer peripheral surface of the exposed membrane electrode structure of the tubular fuel cell produced in the third step and the pair of internal current collecting members arranged in the fourth step are in contact with each other, A fifth step of winding and fixing the tubular fuel cell to a pair of the internal current collecting members; and
A sixth step in which at least a part of the external current collector and the external current collector of the tubular fuel cell are brought into contact with each other and fixed,
After the fifth step and the sixth step, a seventh step of accommodating at least the tubular fuel cell, the internal current collecting member, and the external current collecting member in the case member;
A method for manufacturing a fuel cell module, comprising:
前記燃料電池モジュールを、請求項5に記載の燃料電池モジュールの製造方法で製造する、燃料電池モジュール製造工程と、
前記燃料電池モジュール製造工程で製造した複数の前記燃料電池モジュールを積層して前記積層体を作製する、積層体作製工程と、
前記積層体作製工程で作製した前記積層体を、前記外部ケース部材に収容する、収容工程と、
を具備することを特徴とする、燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell having a laminate configured by laminating a plurality of fuel cell modules, and an outer case member that accommodates the laminate,
A fuel cell module manufacturing process for manufacturing the fuel cell module by the fuel cell module manufacturing method according to claim 5;
A laminate manufacturing step of stacking a plurality of the fuel cell modules manufactured in the fuel cell module manufacturing step to manufacture the stack; and
An accommodating step of accommodating the laminate produced in the laminate producing step in the outer case member;
A method for manufacturing a fuel cell, comprising:
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| JP2007134564A JP2008288167A (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | FUEL CELL MODULE AND ITS MANUFACTURING METHOD, FUEL CELL AND ITS MANUFACTURING METHOD |
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|---|---|---|---|---|
| JP2011060747A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
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