(57)【要約】      （修正有）【課題】セルモジュール集合体の整列作業を正確且つ効率良く行うこと、及び、接続した部分のガスシール性を確保する。【解決手段】中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、２個以上のセルモジュール６と、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路９と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路１０とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁７が該内面用ガス流路９と該外面用ガス流路１０との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁７の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路９に接続された基本的構造を有し、上記基本的構造において、各セルモジュールを挿入した前記隔壁７の外面用ガス流路１０側の領域がポッティング処理されているセルモジュール集合体。【選択図】図５
2006216407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが、該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、該隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするセルモジュール集合体。
【請求項２】
前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項１に記載のセルモジュール集合体。
【請求項３】
前記隔壁は、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔を所定間隔で設けた第一の隔壁部を外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔を、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔の中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部を内面用ガス流路側に配置し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔を位置合わせして重ね合わせた構造を有する請求項２に記載のセルモジュール集合体。
【請求項４】
前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための貫通孔をさらに有しており、各セルモジュール及び各セルモジュールの外部集電材がそれぞれのための貫通孔に挿入され、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されている請求項１乃至３のいずれかに記載のセルモジュール集合体。
【請求項５】
中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が、該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層が設けられ、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするセルモジュール集合体。
【請求項６】
前記拡径材料層は、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮性材料層である請求項５に記載のセルモジュール集合体。
【請求項７】
前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項５又は６に記載のセルモジュール集合体。
【請求項８】
前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための貫通孔をさらに有しており、各セルモジュールの外部集電材の先端又は先端近傍の外周部にも前記拡径材料層が設けられ、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュール及び外部集電材が貫通孔に対して固定されている請求項５乃至７のいずれかに記載のセルモジュール集合体。
【請求項９】
中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、
該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔が所定間隔で設けられ、且つ、所定の外的作用によって貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするセルモジュール集合体。
【請求項１０】
前記形状記憶材料が形状記憶合金である請求項９に記載のセルモジュール集合体。
【請求項１１】
前記隔壁に、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられている、請求項９又は１０に記載のセルモジュール集合体。
【請求項１２】
前記各セルモジュールは外面側電極に接触する外部集電材を有しており、前記隔壁は該外部集電材を挿入するための、所定の外的作用によって内径を縮小させることが可能な貫通孔をさらに有しており、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュール及び外部集電材が貫通孔に対して固定されている請求項９乃至１１のいずれかに記載のセルモジュール集合体。
【請求項１３】
前記各セルモジュールは、内面側電極に接触する内部集電材及び外面側電極に接触する外部集電材を有しており、２つの内面用ガス流路のうち一方は、各セルモジュールの内部集電材と接続する内部集電材用集電体を備え、他方は各セルモジュールの外部集電材と接続する外部集電材用集電体を備えており、前記内部集電材用集電体及び外部集電材用集電体のうち、少なくとも一方は、前記内部集電材又は外部集電材を挿入可能な、ガス流路内に開口する孔部を有し、且つ、所定の外的作用によって該孔部の内径を縮小させることが可能な形状記憶合金からなり、前記セルモジュールの内部集電材及び／又は外部集電材を内面用ガス流路内に延長して前記集電体の孔部に挿入し、該集電体に前記所定の外的作用を加えて孔部を縮径させることによって、内部集電材及び／又は外部集電材が集電体に電気的に接続されている請求項１乃至１２のいずれかに記載のセルモジュール集合体。
【請求項１４】
前記請求項１乃至１３のいずれかに記載のセルモジュール集合体を含む燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空形状の電解質膜を有するセルモジュールを２個以上、一体に固定したセルモジュール集合体及び該セルモジュール集合体を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。固体高分子電解質型燃料電池は、電解質として固体高分子電解質膜を用いる燃料電池であり、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノードでは（１）式の反応が進行する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−    …（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソードに到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。
【０００４】
また、酸素を酸化剤とした場合、カソードでは（２）式の反応が進行する。
２Ｈ＋  ＋  （１／２）Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ    …（２）
カソードで生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。
このように、燃料電池では、水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。
【０００５】
従来、固体高分子電解質型燃料電池としては主に、平面状の固体高分子電解質膜の一面にアノード及び他面にカソードとなる触媒層を設け、得られた平面状の膜・電極接合体の両側にさらにそれぞれガス拡散層を設け、最後に平面状のセパレータで挟みこむことによって作製される平型の単セルを、複数積層することで得られる燃料電池スタックを有するものが開発されてきた。
固体高分子電解質型燃料電池の出力密度向上のために、固体高分子電解質膜としては非常に膜厚の薄いプロトン伝導性高分子膜が用いられている。この膜厚はすでに１００μｍ以下のものが主流であり、さらなる出力密度向上のためにさらに薄い電解質膜を用いたとしても、単セルの厚みを現在のものより劇的に薄くすることはできない。同様に、触媒層、ガス拡散層及びセパレータ等についてもそれぞれ薄膜化が進んでいるが、それらすべての部材の薄膜化によっても、単位体積当たりの出力密度の向上には限界がある。従って、小型化の要求に対しても、今後充分に応えられなくなることが予想される。
【０００６】
また、前記セパレータには、通常、腐食性に優れたシート状のカーボン材料を用いる。このカーボン材料自体も高価であるが、さらに、平面状の膜・電極接合体の面全体にほぼ均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを行き渡らせるために、前記セパレータの面上には、通常、ガス流路となる溝を微細加工するので、その加工によって、セパレータは非常に高価になってしまい、燃料電池の製造原価を押し上げていた。
以上の問題の他にも、平型の単セルには、前記ガス流路から燃料ガス及び酸化剤ガスが漏れ出さないように幾層にもスタックされた単セルの周縁を確実にシールすることが技術的に難しいこと、平面状の膜・電極接合体のたわみや変形に起因して発電効率が低下してしまうことがあることなど、多くの問題がある。
【０００７】
近年、中空状電解質膜の内面側と外面側にそれぞれ電極を設けたセルモジュールを基本的な発電単位とする固体高分子電解質型燃料電池が開発されている。（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００８】
通常、適当な本数の中空形状のセルモジュールを、セルモジュールの外面に反応ガスが均一且つ円滑に供給できるように、長手方向を平行にして所定の間隔をあけて整列し、一体に固定し、各セルモジュールのアノード及びカソードをそれぞれ集電することによって、セルモジュール集合体を形成し、該セルモジュール集合体を単独で、又は、必要に応じて２個以上のセルモジュール集合体を直列又は並列に接続して燃料電池に組み込む。
このような中空形状のセルモジュールを有する燃料電池では、平型で使用されるセパレータに相当する部材は使用する必要がない。そして、その内面と外面とにそれぞれ異なった種類のガスを供給して発電するので、特別にガス流路を形成する必要もない。従って、その製造においては、コストの低減が見込まれる。さらに、セルモジュールが３次元形状であるので、平型の単セルに比べて体積に対する比表面積が大きくとれ、体積当たりの発電出力密度の向上が見込める。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２２３５０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８０１５号公報
【特許文献３】特開２００２−２６０６８５号公報
【特許文献４】特開２００２−２８９２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、中空セルモジュールの一端側の開口部が中空内に反応ガスを導入する入口となり、他端の開口部が中空内で利用されたガスを排出する出口となる。そして、セルモジュール集合体を形成するために、多数の中空セルモジュールを整列させ、各中空セルモジュールのガス入口となる開口部を反応ガス供給路に接続し、一方、各中空セルモジュールのガス出口となる開口部を反応ガス排出路に接続する。
従って、整列させた各中空セルモジュール先端の開口部を内面用ガス流路に接続するために整列作業を正確且つ効率良く行うこと、及び、接続した部分のガスシール性を確保することが必要となる。また、整列作業の正確さを欠くと、セルモジュールを集合体に固定するために用いた接着剤の一部がセルモジュールの開口部を塞いでしまうことがあった。
さらに、セルモジュール集合体に含まれる各中空セルモジュールは、通常、内面側電極に接触する集電材（内部集電材）及び外面側電極に接触する集電材（外部集電材）を有しており、内部集電材は内部集電材用集電体に接続して統合し、外部集電材は、外部集電材用集電体に接続して統合する必要がある。
【００１１】
このような事情に鑑み、本発明の第一の目的は、中空形状の電解質膜であってその内面及び外面に電極を設けたものを基本構成要素とするセルモジュールを２個以上集合させたセルモジュール集合体の整列作業を正確且つ効率良く行うこと、及び、セルモジュールを接続した部分のガスシール性を確保することを目的とする。
また、本発明の第二の目的は、上記第一の目的を達成するとともに、集合させた各セルモジュールの内部集電材及び外部集電材を集電することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第一のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、該隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のセルモジュール集合体は、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールをポッティング処理によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。このように本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュールの整列及び固定、さらには、内面用ガス流路と外面用ガス流路間のガスシールを効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。
【００１４】
２個以上のセルモジュールは、軸方向における位置決めをする必要があるため、前記隔壁には、この位置決めをするための構造を付加することが好ましい。セルモジュールの軸方向における位置決めを行うための構造としては、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が挙げられる。
この係止構造としては、前記隔壁が、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔を所定間隔で設けた第一の隔壁部を外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔を、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔の中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部を内面用ガス流路側に配置し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔を位置合わせして重ね合わせた構造を有するものが好ましい。
【００１５】
前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けてもよく、各セルモジュール及び各セルモジュールの外部集電材をそれぞれのための貫通孔に挿入し、貫通孔の周囲を含む領域をポッティング処理することによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。
【００１６】
本発明の第二のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が、該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層が設けられ、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、前記拡径材料層が貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えられて拡径することによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第二のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールを貫通孔の位置における拡径材料層の拡径によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。従って、生産性に優れるものである。
【００１８】
前記拡径材料層としては、例えば、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮性材料層が挙げられる。
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記隔壁には、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられていることが好ましい。
【００１９】
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けても良く、各セルモジュールの外部集電材の先端又は先端近傍の外周部にも前記拡径材料層を設け、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、前記拡径材料層に前記所定の外的作用を加えて貫通孔の位置で拡径させることによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。
【００２０】
本発明の第三のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、該セルモジュール集合体は、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔が所定間隔で設けられ、且つ、所定の外的作用によって貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第三のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁に設けられた貫通孔によって複数のセルモジュールの設置位置を同時に且つ容易に決定することが可能であり、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列することができる。また、整列した複数のセルモジュールを、形状記憶材料からなる隔壁に設けられた貫通孔の縮径によって効率良く固定することができると同時に、内面用ガス流路と外面用ガス流路の間のガスシール性が確保される。従って、生産性に優れるものである。
【００２２】
前記形状記憶材料としては、形状記憶合金が挙げられる。
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記隔壁には、貫通孔に挿入されたセルモジュールの端面を係止する構造が設けられていることが好ましい。
【００２３】
また、第一のセルモジュール集合体同様、前記各セルモジュールは、通常、外面側電極に接触する外部集電材を有している。前記隔壁の貫通孔にはセルモジュールとこの外部集電材を一緒に挿入してもよいが、セルモジュール用貫通孔とは別個に、所定の外的作用によって内径を縮小させることが可能な外部集電材のための貫通孔を隔壁に設けてもよく、各セルモジュール及びその外部集電材を、それぞれのための貫通孔に挿入し、隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールと外部集電材とをそれぞれ隔壁に固定することもできる。
【００２４】
本発明の第一、第二及び第三のセルモジュール集合体において、前記セルモジュールは、通常、内面側電極に接触する内部集電材及び外面側電極に接触する外部集電材を有している。これら内部集電材と外部集電材の集電は、例えば、以下のようにして行うことができる。すなわち、２つの内面用ガス流路のうち一方は、各セルモジュールの内部集電材と接続する内部集電材用集電体を備え、他方は各セルモジュールの外部集電材と接続する外部集電材用集電体を備えており、前記内部集電材用集電体及び外部集電材用集電体のうち、少なくとも一方は、前記内部集電材又は外部集電材を挿入可能な、ガス流路内に開口する孔部を有し、且つ、所定の外的作用によって該孔部の内径を縮小させることが可能な形状記憶合金からなり、前記セルモジュールの内部集電材及び／又は外部集電材を内面用ガス流路内に延長して前記集電体の孔部に挿入し、該集電体に前記所定の外的作用を加えて孔部を縮径させることによって、内部集電材及び／又は外部集電材を集電体に電気的に接続する。
【００２５】
以上のような本発明のセルモジュール集合体は、単独で或いは複数を並列又は直列に接続する等して燃料電池に組み込むことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュール集合体を構成する複数のセルモジュールの整列を正確に且つ効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。また、この整列した複数のセルモジュールを固定すると同時に、セルモジュールを接続する内面用ガス流路と外面用ガス流路のガスシールを確保することができる。さらに、集合させた複数のセルモジュールの内部集電体及び外部集電体を集電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のセルモジュール集合体は、中空電解質膜の内面及び外面に設けられた一対の電極を有するセルモジュールが２個以上集合したセルモジュール集合体であって、少なくとも一方の端部が開放された２個以上のセルモジュールと、各セルモジュールの開放端と接続されて該各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と、各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを備え、セルモジュールを挿入可能な貫通孔を所定間隔で設けた隔壁が該内面用ガス流路と該外面用ガス流路との間に配置され、各セルモジュールが該隔壁の貫通孔に挿入されて、該セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続された基本的構造を有する。
そして、本発明の第一のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、前記隔壁の外面用ガス流路側にポッティング材が流し込まれて、貫通孔の周囲を含む領域がポッティング処理されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の第二のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、各セルモジュールの開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層を設け、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、前記拡径材料層に貫通孔の位置で前記所定の外的作用を加えて拡径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の第三のセルモジュール集合体は、上記基本的構造において、前記貫通孔を有する隔壁を、所定の外的作用によって該貫通孔の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料で形成し、各セルモジュールを、その開放端が内面用ガス流路側と接続するように隔壁の貫通孔に挿入し、且つ、該隔壁に前記所定の外的作用を加えて貫通孔を縮径させることによって、セルモジュールが貫通孔に対して固定されていることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第一、第二及び第三のセルモジュール集合体は、各セルモジュールの内面側に反応ガスを流通させる内面用ガス流路と各セルモジュールの外面側に反応ガスを流通させる外面用ガス流路とを隔てる隔壁に設けられた貫通孔に、各セルモジュールを挿入することによって、セルモジュールの開放端が内面用ガス流路に接続されると同時に、複数のセルモジュールの位置（間隔）が決定されるため、セルモジュールを効率的に且つ正確に整列させることができる。また、このように整列したセルモジュールと貫通孔との隙間を、ポッティング材、拡径材料、又は形状記憶材料で封止することによって、セルモジュールの固定、並びに、内面用ガス流路と外面用ガス流路間のガスシール性の確保を容易に行うことができる。
以上のように、本発明のセルモジュール集合体においては、セルモジュールが所定の間隔で整列しているため、反応ガスをセルモジュールの外面側に均一且つ円滑に供給することができる。従って、優れた発電効率を示す。また、本発明のセルモジュール集合体は、セルモジュールの整列及び固定、さらには、内面用ガス流路と外面用ガス流路のガスシールを効率良く行うことができるため、生産性に優れるものである。
【００３１】
（セルモジュール）
まず、第一、第二及び第三のセルモジュール集合体に用いられるセルモジュールの一形態例について説明する。
図１は、本発明のセルモジュール集合体に用いられる中空状セルモジュールの概略図、図２は、図１の中空状セルモジュールの断面図である。図１及び図２において、セルモジュール６はチューブ状の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１、固体高分子電解質膜１の内面側に設けられたアノード（本実施形態では燃料極）２及び外面側に設けられたカソード（本実施形態では空気極）３を有している。さらに、アノード２の表面には、内部集電材（負極側集電材）４として柱状集電材が配置され、カソード３の表面には、外部集電材（正極側集電材）５として、金属ワイヤ５ａのネットと棒状集電材５ｂが配置されている。
このような構造を有するセルモジュールの中空内面（実質的には、内部集電材４の外面に設けた溝４ａによって形成された内面側ガス流路に露出した部分）に水素ガス、外面に空気を流通させることで、アノード及びカソード（空気極）に燃料又は酸化剤が供給され、発電する。
【００３２】
図１のセルモジュール６は、その両端において中空部が開放されているものであって、燃料ガスは一端から中空内へと流入し、他端から流出するようになっているが、本発明におけるセルモジュール６は、中空電解質膜の内面側に反応ガスを十分に供給できるものであるならば、中空部の一端のみが開放され、もう一端は封止されていてもよい。特に、本実施形態のように、内面側電極として、水素を燃料とする燃料極を設ける場合、非反応性成分をほとんど含まない水素ガスを燃料ガスとしてセルモジュールの中空内に供給できること、また、水素分子の拡散性が高いことから、中空内に供給された反応ガスを消費しきることが可能であるため、一端を封鎖した中空部内であっても反応ガスを十分に供給することができる。セルモジュールの一端を封鎖する方法としては、樹脂等を中空の一端に注入する方法が例示できるが、特に限定されるものではない。
【００３３】
図１において、セルモジュール６はチューブ状の電解質膜を有するものであるが、本発明における中空電解質膜はチューブ状に限られず、中空部を有し、当該中空部に燃料や酸化剤を流入させることで、中空内部に設けられた電極に電気化学反応に必要な反応成分を供給することができるものであればよい。
【００３４】
チューブ状の固体高分子電解質膜１の内径及び外径、長さ等は特に限定されるものではないが、チューブ状電解質膜の外径は０．０１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがさらに好ましく、０．１〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。チューブ状電解質膜の外径が０．０１ｍｍ未満のものは現時点では、技術的な問題で製造することが難しく、一方、その外径が１０ｍｍを超えるものでは、占有体積に対する表面積があまり大きくならないため、得られるセルモジュールの単位体積当たりの出力が充分に得られないおそれがある。
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜は、プロトン伝導性の向上の点からは薄いほうが好ましいが、あまりに薄すぎるとガスを隔離する機能が低下し、非プロトン水素の透過量が増大してしまう。しかしながら、従来の平型の燃料電池用単セルを積層した燃料電池と比べると、中空形状を有するセルモジュールを多数集めることにより作製された燃料電池では電極面積が大きくとれるので、やや厚みのある膜を用いた場合でも、充分な出力が得られる。かかる観点から、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜の厚みは、１０〜１００μｍであり、より好ましくは５０〜６０μｍであり、さらに好ましくは５０〜５５μｍである。
また、上記の外径と膜厚との好ましい範囲から、内径の好ましい範囲は０．０１〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜１ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
【００３５】
本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、固体高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜ほど高いプロトン伝導性を有していない電解質膜を用いても、単位体積当たりの出力密度の高い燃料電池を得ることができる。固体高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の他、固体高分子型燃料電池の電解質膜に用いられているような材料を使用することができ、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂以外のフッ素系イオン交換樹脂、スルホン酸基を有するポリスチレン系陽イオン交換膜などのポリオレフィンのような炭化水素を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及び、リン酸基等のプロトン交換基のうちから一種を有するもの、特表平１１−５０３２６２号公報などに開示されている、ポリベンズイミダゾール、ポリピリミジン、ポリベンゾオキサゾールなどの塩基性高分子に強酸をドープした塩基性高分子と強酸との複合体からなる固体ポリマー電解質等の高分子電解質が挙げられる。このような電解質を用いた固体高分子電解質膜は、フィブリル状、繊布状、不繊布状、多孔質シートのパーフルオロカーボン重合体で補強することや、膜表面に無機酸化物あるいは金属をコーティングすることにより補強することもできる。また、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜としては、例えば米国デュポン社製ナフィオン（商品名）や旭硝子社製フレミオン（商品名）等の市販品もある。
【００３６】
また、本実施形態では電解質膜として、プロトン伝導膜の一種であり、固体高分子電解質膜の一つであるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜を用いて説明しているが、本発明の燃料電池において用いられる電解質膜は特に限定されるものではなく、プロトン伝導性のものであっても、水酸化物イオンや酸化物イオン（Ｏ2-）等その他のイオン伝導性のものであってもよい。プロトン伝導性の電解質膜としては、上記したような固体高分子電解質膜に限られず、リン酸水溶液を多孔質の電解質板に含浸させたものや、多孔質性ガラスからなるプロトン伝導体、ハイドロゲル化したリン酸塩ガラス、ナノ細孔を有する多孔質硝子の表面及び細孔内にプロトン伝導性官能基を導入した有機−無機ハイブリットプロトン伝導膜、無機金属繊維強化電解質ポリマー等を用いることができる。また、燃料電池の構成によっては、例えば、本発明を固体酸化物燃料電池に適用した場合や、水酸化物イオンを電荷担体とする固体高分子型燃料電池に適用した場合などでは、酸素イオンや水酸化物イオンなどの他の電荷担体となるイオンを伝導する固体電解質膜でもよい。
【００３７】
電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜）１の内面及び外面に設けられる各電極２，３は、固体高分子型燃料電池に用いられているような電極材料を用いて形成することができる。通常は、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成された電極が用いられる。
触媒層は触媒粒を含み、触媒粒の利用効率を高めるためのプロトン伝導性物質を含んでいてもよく、プロトン伝導性物質としては上記電解質膜の材料として用いられるものを用いることができる。触媒粒としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。本発明の燃料電池は、中空形状を有するセルモジュールを有するため、平型のセルを有する燃料電池と比べて単位体積当たりの電極面積を大きくとることができることから、白金ほど触媒作用が大きくない触媒成分を用いても、単位体積当たりの出力密度が高い燃料電池を得ることができる。触媒成分としては、アノードにおける水素の酸化反応、カソードにおける酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスニウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、又はそれらの合金から選択することができる。好ましくは、Ｐｔ、及びＰｔと例えばＲｕなど他の金属とからなる合金である。
【００３８】
ガス拡散層としては、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を主成分とする多孔質導電性材料を用いることができる。炭素質粒子及び炭素質繊維の大きさは、ガス拡散層を製造する際の溶液中における分散性や得られるガス拡散層の排水性等を考慮して適宜最適なものを選択すればよい。ガス拡散層は、生成水など水分の排水性を高める点から、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロカーボンアルコキシアルカン、エチレン−テトラフルオロエチレンポリマー、又はこれらの混合物等を含浸させたり、或いはこれらの物質を用いて撥水層を形成するなどして撥水加工することが好ましい。
尚、中空電解質膜の内面及び外面に設けられる各電極の構成、電極に用いられる材料等は、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。
【００３９】
チューブ状の電解質膜の内面及び外面に一対の電極を設ける方法としては、特に限定されるものではない。例えば、まず、チューブ状の電解質膜を準備する。チューブ状の電解質膜を準備する方法は特に限定されず、市販品のチューブ状に形成された電解質膜を用いることもできる。そして、当該チューブ状電解質膜の内面及び外面に、電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して触媒層を形成し、当該二つの触媒層上に炭素質粒子及び／又は炭素質繊維を含む溶液を塗布・乾燥してガス拡散層を形成する方法が挙げられる。このとき、電解質膜の内面側に形成したガス拡散層の内面に中空部が存在するように触媒層とガス拡散層を形成する。
或いは、まず、炭素質粒子及び／又は炭素質繊維等の炭素材料を含み、チューブ状に形成されたもの（チューブ状炭素質）を内面側電極（アノード）のガス拡散層として用い、当該ガス拡散層の外面に電解質及び触媒粒を含む溶液を塗布・乾燥して内面側電極の触媒層を形成して内面側電極を作製し、次に、当該触媒層の外面に電解質を含む溶液を塗布・乾燥して電解質膜層、さらに当該電解質膜層の外面に外面側電極（カソード）の触媒層を形成し、当該触媒層の外面に炭素材料を含む溶液を塗布・乾燥して外面側電極のガス拡散層を形成する方法も挙げられる。チューブ状炭素質としては、例えば、炭素質粒子等の炭素材料とエポキシ及び／又はフェノール系樹脂を溶媒に分散させてチューブ状に成形し、熱硬化後、焼成することにより得られる。
【００４０】
尚、電解質膜、触媒層、ガス拡散層を形成する際に使用する溶媒は、分散及び／又は溶解する材料に応じて適宜選択すればよく、また、各層を形成する際の塗布方法についても、スプレー法、スクリーン印刷法等種々の方法にから適宜選択することができる。
本発明の燃料電池に用いられる中空形状を有するセルモジュールは、上記にて例示した構成に限られず、セルモジュールの機能を高めることを目的として触媒層及びガス拡散層以外の層を設けても良い。また、本実施形態においては、中空電解質膜の内側にアノード、外側にカソードを設けているが、内側にカソード、外側にアノードを設けても良い。
【００４１】
内部集電材（本実施形態においては、負極側集電材）４はセルモジュールの内周面と接する外径を有する柱状集電材であり、その外周面には、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝４ａが形成されている。この溝と内面側電極２との隙間が水素ガスを供給するための中空内ガス流路となる。溝４ａとしては、セルモジュールの軸方向（長手方向）に延びる溝が少なくとも一本必要であり、必要に応じて、セルモジュールの外周面に様々なパターン又は方向性を有する溝が形成される。
外部集電材（本実施形態においては、正極側集電材）５は、金属ワイヤ５ａのネットは、セルモジュールと棒状集電材５ｂを平行にして交互に並べ、これら両者の外周面をネットで被覆するように金属ワイヤ５ａを編みこむことで製造できる。
上記内面側又は外面側集電材として使用される金属としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｍ、Ｉｎ等の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、又はステンレス鋼などのそれらの合金が好ましい。また、その表面がＡｕ、Ｐｔ、導電性樹脂等によりコーティングされていても良い。特に耐蝕性に優れることから、中でもステンレスやチタンが好ましい。ワイヤの太さ及び編みこみの密度、棒状集電材の太さ等は、特に制限されるものではない。
【００４２】
本実施形態では、柱状の集電材４及び金属ワイヤ５ａと棒状の集電材５ｂからなる集電材５を使用しているが、集電材４，５は特に限定されず、電気伝導性材料からなるものであればその形状は任意である。集電材は、柱状、ワイヤ状、棒状の他、線状でも、筒形状でもよく、例えば、スプリング状の金属ワイヤや金属箔、金属シート又はカーボンシート等のシート材料からなるもの等も適用できる。
これら集電材は、必要に応じて、カーボン系接着剤やＡｇペーストなどの導電性接着材により電極上に固定される。
【００４３】
本発明のセルモジュール集合体は、上記したような中空形状を有するセルモジュールを２個以上整列させて一体に固定したものである。ここでは、まず本発明のセルモジュール集合体について図３〜図５を用いて説明する。
【００４４】
（第一のセルモジュール集合体）
図３は、本発明のセルモジュール集合体の一形態例を示す斜視図である。尚、セルモジュール集合体の内部構造を容易に理解可能とするため、図３は、セルモジュール集合体の構成部材・構成要素を適宜切断、省略して示している。図４は、第一のセルモジュール集合体において、隔壁によって隔たれた外面用ガス流路と内面用ガス流路を示す概略図（４Ａ）、及び隔壁によって整列され、且つその開放端を内面用ガス流路に接続したセルモジュールを示す概略図（４Ｂ）である。図５は第一のセルモジュール集合体の一部を、セルモジュールの長手方向に切断した断面図である。
【００４５】
図３に示すように、本発明にかかるセルモジュール集合体は、内面側に集電材４、外面側に集電材５ｂを配置したセルモジュール６を複数備えている。これら複数のセルモジュール６は、セルモジュール６と棒状集電材５ｂの外周面をワイヤ状の集電材５ａで被覆されて一体化している。
【００４６】
両端が開放されたセルモジュール６の両端には、セルモジュール６の内面側電極２に供給される反応ガス（本実施形態においては水素ガス）が流通する内面用ガス流路９（９Ａ，９Ｂ）が設けられている。内面用ガス流路９Ａ，９Ｂのうち一方はセルモジュールの中空内に水素ガスを供給する供給路（上流）、他方はセルモジュールの中空内から水素ガス（一部の水素が消費された未反応の水素ガス）が排出される排出路（下流）であり、ガス圧差により９Ａ，９Ｂのどちらが上流で、どちらが下流かが決まる。セルモジュール６は、一方の開放端を内面用ガス流路９の供給路に、他方の開放端を内面用ガス流路９の排出路に接続されて、中空内に水素ガスが流通するようになっている。
図３において、セルモジュール６は、内部集電材４が露出された側の先端を、当該内部集電材４の外面側に設けられた内面側電極２、電解質膜１及び外面側電極３ごと隔壁７Ａから突出させて、その開放端を内面用ガス流路９Ａに接続している。そして、もう一方の開放端である先端を隔壁７Ｂから突出させて、内面用ガス流路９Ｂに接続している。このとき、セルモジュール６の開放端である先端は、中空内の流路が内面用ガス流路と接続されていれば、隔壁７から突出していなくてもよく、図５のように、内部集電材４のみが突出していてもよいし、隔壁７の貫通孔８内にその開放端である先端を配置していてもよい。
また、セルモジュール６の両端に設けられた対向する２つの内面用ガス流路９Ａ、９Ｂの間には、セルモジュール６の外面側電極３に供給される反応ガス（本実施形態においては空気）が流通する外面用ガス流路１０が設けられている。
【００４７】
符号１７は、ガスシール材であり、紙面上方に略同一形態のセルモジュール集合体を積層した際に、これら積層されたセルモジュール集合体の内面用ガス流路９Ｂが、外面用ガス流路１０及びセルモジュール集合体の外部とのガスシール性を確保した状態で連結できるように備えられている。図３では記載を省略しているが、当該シール材１７は、図示のシール材１７と同様の形態で、内面用ガス流路側９Ａにも備えられている。シール材１７は、紙面上方に略同一形態のセルモジュール集合体を積層して内面用ガス流路９を連結しない場合には、備えられていなくてもよい。
【００４８】
尚、本実施形態においては、中空部の両端が開放されたセルモジュールを用いているために、供給路と排出路からなる一対の内面用ガス流路９Ａ及び９Ｂとセルモジュールのそれぞれの開放端とを接続しているが、セルモジュールが一端のみにおいて中空内を開放したデッドエンドタイプの場合には、内面用ガス流路は当該開放端から反応ガスを中空内に供給するための供給路のみからなり、当該供給路に開放端が接続される。また、セルモジュールの外面側に供給される反応ガスとして空気を用いる本実施形態においては、外面用ガス流路１０は、セルモジュール集合体の外部から空気が自由に出入りする開放された空間であってもよいし、空気供給源及び排出路と連通する閉鎖された空間であってもよい。
【００４９】
２つの内面用ガス流路９（９Ａ，９Ｂ）と外面用ガス流路１０との間には、２つの対向しあう隔壁７（７Ａ、７Ｂ）が配置されている。２つの隔壁７には、図４Ａのようにセルモジュール６を挿入することができる貫通孔８が所定の間隔で設けられており、複数のセルモジュール６はその両端を対向しあう隔壁７の貫通孔８に挿入することによって、所定間隔で且つ互いに長手方向が平行となるように整列されている。隔壁７の外面用ガス流路側には、ポッティング材１１が流し込まれて、貫通孔８の周囲を含む領域がポッティング処理されており、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６が一体に固定されている（図４Ｂ、図５参照）。
【００５０】
また、このポッティング処理により、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の外面との隙間が封止されており、２つの対向する内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性が確保されている。このとき、貫通孔８は、隔壁７の少なくとも外面用ガス流路１０側の開口部では、セルモジュール６の外径とほぼ等しい内径を有しているため、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６は、流動性のあるポッティング材料１１が内面用ガス流路９側へと流れ込まない程度に密着している。従って、セルモジュール６を固定する接着剤であるポッティング材１１が、内面用ガス流路９に接続されているセルモジュール６の開放端に付着又は開放端から中空内へ侵入しにくく、内面側電極に供給される反応ガスの流通性がポッティング材によって低下してしまうことが防止されている。
尚、ここでいうセルモジュール６の外径とは、セルモジュール６をその外面に配置した外部集電材５ごと貫通孔８に挿入する場合には、外部集電材５を含むセルモジュールの外径を意味し、当該貫通孔８に挿入する部分には外部集電材５を配置していないセルモジュールを用いる場合には、外部集電材５を取り除いたセルモジュールの外径を意味する。
【００５１】
以上のように本発明の第一のセルモジュール集合体は、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間に配置された隔壁７の貫通孔８にセルモジュール６を挿入することで、複数のセルモジュール６を自動的に整列することができる。従って、正確に且つ効率よく複数のセルモジュールを配列することが可能である。
そして、隔壁７の貫通孔８に挿入されて配列された２つ以上のセルモジュール６は、隔壁７の外面用ガス流路１０側をポッティング処理することによって、容易に隔壁７に一体に固定される。このように正確に配列した状態で固定されたセルモジュール集合体は、内部集電材４と内部集電材用集電体１３の接続及び外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂと外部集電材用集電体１４の接続を容易に且つ正確に行うことができる。さらに、セルモジュールの配列形態によっては、各セルモジュールの外面側に反応ガスを均一に供給することが可能となる。
また、複数のセルモジュールを固定するための上記ポッティング処理により、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６との隙間が封止されるため、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性を確保することができる。また、隔壁７の外面用ガス流路１０側をポッティング処理することによって、内面用ガス流路に接続されたセルモジュール６の開放端（内面側電極２に供給される反応ガスの流路となる）のポッティング材１１による目詰まりが生じにくい。
【００５２】
第一のセルモジュール集合体において用いられるポッティング材は、２つ以上のセルモジュール６を一体に固定、並びに、隔壁７の貫通孔を封止することができるものであればよく、例えば、シリコーン、エポキシ系樹脂等を用いることができる。ポッティング材を隔壁７の外面用ガス流路側に流し込み、乾燥、加熱、ＵＶ照射等の処理を適宜施して硬化させることによって、隔壁７の貫通孔を含む領域をポッティング処理することができる。
ポッティング材１１の厚み（隔壁７の外面用ガス流路側表面からのポッティング材１１の高さ）は、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定することができれば特に限定されないが、セルモジュールの外面のポッティング材１１の層に埋まった部分は反応ガスが供給されない。従って、より広い電極面積を確保する観点からは、ポッティング材１１の厚みは薄い方がよい。
【００５３】
本発明において、複数のセルモジュールは、隔壁７に設けられた貫通孔８に各セルモジュール６を挿入することによって面方向（隔壁の広がる方向）における位置を決定することができるが、セルモジュールの軸方向においても位置決めを行う必要がある。従って、隔壁７には、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましい。セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造としては、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。
このような係止構造には、例えば、開口部の周囲から貫通孔８の中心軸の方向に向けて突出する爪状の突起７ｃ（図６Ａ）や、開口部の周囲の２箇所を橋渡した侵入止め７ｄ（図６Ｂ）などが挙げられる。また、貫通孔８の内面を、外面用ガス流路側の開口部ではセルモジュール６の外径とほぼ等しい内径を有し、内面用ガス流路側の開口部ではセルモジュール６の外径よりも小さい内径を有する段差形状７ｅとし、この段差部分でセルモジュールの端面を係止する構造（図６Ｃ，図６Ｄ）も挙げられる。尚、図６Ａにおいて６Ａ−１は６Ａ−２のＡＡ断面図、図６Ｂにおいて６Ｂ−１は６Ｂ−２のＡＡ断面図、図６Ｃにおいて６Ｃ−１は６Ｃ−２のＡＡ断面図、図６Ｄにおいて６Ｄ−１は６Ｄ−２のＡＡ断面図である。また、６Ａ−２、６Ｂ−２、６Ｃ−２及び６Ｄ−２において、紙面手前側が内面用ガス流路９、紙面奥側が外面用ガス流路１０である。
【００５４】
このような係止構造によって、貫通孔８の外面用ガス流路側の開口部から挿入したセルモジュール６の端面を係止し、セルモジュールが該貫通孔８の内面用ガス流路側の開口部から突出しないように或いは貫通孔８から突出する長さを揃えることができるため、セルモジュール６の軸方向における位置合わせすることが可能となる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、内部集電材４と内部集電材用集電体１３の接続及び外部集電材５と外部集電材用集電体１４の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。
尚、係止構造は、セルモジュールの軸方向における位置を決定することができれば、２つの対向する隔壁７のうち、一方の隔壁のみに設けられていてもよい。
【００５５】
係止構造としては、図６Ｃ、６Ｄのように、貫通孔８の内面用ガス流路側の開口部に設けられ、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有し且つセルモジュールの周囲を取り囲む段差形状７ｅが好ましい。このような係止構造はセルモジュールの軸方向位置をそろえることができると同時に、貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール６との隙間に流れ込んだポッティング材がさらに内面用ガス流路側へと流れるのを防止する効果を高めることができるからである。
【００５６】
さらに、作製が容易であり、生産性が高いことから、上記した係止構造を有する隔壁のうち、特に、図６Ｄに示す構造が好ましい。すなわち、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、該第二の貫通孔の中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７である。
【００５７】
図６Ｃや図６Ｄの係止構造において、貫通孔８の内面側ガス流路側の開口部における内径は、セルモジュールの端面を係止することができるようにセルモジュールの外径よりも小さければよく、適宜設計すればよいが、セルモジュールの内面側への反応ガスの流通を確保するためには、内面側電極２の内径（本実施形態のように柱状の内部集電材４を用いる場合には、内部集電材４の外径）よりも大きくすることが好ましい。
【００５８】
セルモジュール集合体を構成する２つ以上のセルモジュール６は、所定間隔、すなわちある規則性を持った間隔で整列され、通常は、一定間隔（等間隔）を持って整列される。複数のセルモジュールが等間隔で配置されていないと、これらのセルモジュール間を通流し、セルモジュールの外面側電極３に供給される反応ガスの流れが均一とならないため、各セルモジュールへの反応ガス供給量に差が生じ、燃料電池の発電効率が悪くなってしまう場合があるからである。特に、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定でない場合には、反応ガスの流れに大きな偏りが生じやすいため、少なくともセルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定となるように、セルモジュールが整列していることが好ましい。
【００５９】
従って、セルモジュールの外面側に供給する反応ガスを流す方向によるが、セルモジュール間の間隔を決定する貫通孔８は、セルモジュール間の間隔を一定にすることができるように等間隔で設けられていることが好ましい。貫通孔８の間隔の長さは、セルモジュールの外面に充分量の反応ガスを供給することができる程度であればよく、適宜決定すればよい。尚、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔が一定であれば、その他の方向においてはセルモジュールが互いに密着して整列していてもよいし、また、セルモジュール外面側に供給する反応ガスを流す方向に対して直角方向のセルモジュール間の間隔とその他の方向におけるセルモジュール間の間隔が同じでなくてもよい。
【００６０】
隔壁７を形成する材料は特に限定されず、当該隔壁７の貫通孔８に対して固定されたセルモジュール６やポッティング材１１を支持することができる硬度や強度、及び反応ガスに対する非透過性を有していればよいが、当該隔壁上に流し込まれるポッティング材の重さに耐えられる硬さを有していることが好ましい。ポッティング材の重さにより変形しない隔壁を用いることによって、ポッティング材が当該隔壁表面に均一に流し込まれ、ポッティング処理を容易に且つ確実に行うことができる。隔壁７を形成する具体的な材料としては、例えば、金属（Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，ＳＵＳ等）、樹脂系材料、プラスチック、ガラス、炭素材料、セラミックス等が挙げられる。なお、隔壁７を金属、炭素材料等の導電性材料で形成する場合には、必要に応じて、セルモジュール６を含むその他の部材との絶縁を行う。
隔壁７の厚みも特に限定されず、当該隔壁７の貫通孔８に対して固定されたセルモジュール６やポッティング材１１を支持することができる強度を保持できればよいが、セルモジュールの外面の隔壁７の貫通孔８に挿入された部分は、反応ガスが供給されないため、電極としての機能が非常に低くなる。従って、より広い電極面積を確保する観点からは、隔壁７はなるべく薄い方がよい。
また、隔壁７は、セルモジュール集合体を取り囲む筐体或いは、内面用ガス流路を形成する内面ガス流路壁１５と一体化された構造を有していてもよいが、セルモジュール集合体の組み立てを容易に行うことができ、効率的であることから、図４のように、内面用ガス流路９及び外面用ガス流路１０の壁を形成する筐体１２から着脱可能な構造を有していることが好ましい。図４の隔壁７は、具体的には、筐体１２から着脱可能な仕切板であり、筐体１２の内面に設けられた凸部１２ａによって係止されている。
【００６１】
以下、図５を用いてセルモジュール集合体における集電について説明する。
２つの内面用ガス流路９のうち一方（９Ａ）は、各セルモジュール６の内部集電材４と接続する内部集電材用集電体１３を備え、他方（９Ｂ）は各セルモジュール６の外部集電材５と接続する外部集電材用集電体１４を備えている。セルモジュール集合体において、それぞれ２つの隔壁７のうちの一方に対向し、内面用ガス流路９を形成している２つの内面用ガス流路壁１５は導電性材料からなり、内部集電材用集電体１３又は外面集電材用集電体１４を兼ねている。
【００６２】
内部集電材用集電体１３を備えた内面用ガス流路９Ａでは、隔壁７Ａの貫通孔８に挿入された各セルモジュール６の開放端から延長された内部集電材４が、内面用ガス流路９Ａを横断し、内部集電材用集電体１３（内面用ガス流路壁１５）に設けられた貫通孔１３ａ（内部集電材４の外径とほぼ同じ大きさの内径を有する）に挿入されている。この内部集電材４は、内部集電材用集電体１３を貫通し、当該内部集電材用集電体１３の外面にフローはんだによって固定され、且つ、電気的に接続されている。また、このはんだによって貫通孔１３ａと当該貫通孔１３ａに挿入された内部集電材４との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外部とのガスシール性が確保されている。
【００６３】
一方、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７Ｂに設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、そのセルモジュールの外部集電材５を一緒に挿入しても良いし、図３及び図５に示したように、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５の一部である棒状集電体５ｂを挿入するための貫通孔８０を隔壁７Ｂに設けてもよい。このとき、外面用ガス流路側の隔壁部のセルモジュール用貫通孔８は、貫通孔８０に挿入される棒状集電材５ｂを除いたセルモジュールの外径とほぼ同じ大きさの内径を有する。また、隔壁７の貫通孔８に対してセルモジュール６を固定し、且つ、貫通孔８を封止するためのポッティング処理によって、棒状集電材５ｂが貫通孔８０に対して固定され、且つ、棒状集電材５ｂと当該棒状集電材５ｂを挿入する貫通孔８０との隙間が封止されることになる。
隔壁７Ｂの貫通孔８０（又は貫通孔８）に挿入された各セルモジュールの棒状集電材５ｂは、該隔壁７を貫通し、内面用ガス流路９Ｂを横断して外部集電材用集電体１４（内面用ガス流路壁１５）に設けられた貫通孔１４ａ（棒状集電材５ｂの外径とほぼ同じ大きさの内径を有する）に挿入され、外部集電材用集電体１４を貫通している。そして、フローはんだによって外部集電材用集電体１４の外面に固定され、且つ、電気的に接続されている。また、貫通孔１４ａと当該貫通孔１４ａに挿入された棒状集電材５ｂの隙間がはんだによって封止され、内面用ガス流路９と外部とのガスシール性が確保されている。
【００６４】
内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４の構造は特に限定されず、図３〜図５のように内面用ガス流路９の一部を構成する２つの内面用ガス流路壁１５がそれぞれ集電体１３又は１４を兼ねる構造の他、例えば、内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４が、内面用ガス流路９の内面又は外面の一部を構成していてもよいし、或いは、内面ガス流路９内又は内面用ガス流路壁１５の外面に設置されていてもよい。
内部集電材用集電体１３に対して内部集電材４を接続する方法、及び、外部集電材用集電体１４に対して外部集電材５を接続する方法は、上記したような方法に限定されるものではない。例えば、内部集電材用集電体１３、外部集電材用集電体１４に貫通していない孔を設け、当該孔に内部集電材４又は外部集電材５を挿入し、フローはんだで接続することができる。また、セルモジュール集合体の内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４には、通常、当該内部集電材用集電体１３又は外部集電材用集電体１４に接続され、電気を外部へと取り出す出力部１８又は１９が設けられる（図３参照）。
【００６５】
尚、内面用ガス流路９の供給路及び排出路と、内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４の配置関係は特に限定されず、内部集電材用集電体１３を備える内面用ガス流路９Ａと外部集電材用集電体１４を備える外面用ガス流路９Ｂのどちらが、反応ガス供給路であっても、反応ガス排出路であってもよい。
また、本発明のセルモジュール集合体は、図３や図５に示すような形態に限定されず、１つのセルモジュール集合体を構成するセルモジュールの本数、配列形式等も特に限定されない。
【００６６】
（第二のセルモジュール集合体）
次に、本発明の第二のセルモジュール集合体について、図７を用いて説明する。図７は、セルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６の一端側）を示す概略図である。尚、第一のセルモジュールと同じ部材については、同じ符号を用いる。
第二のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体の主な特徴が、ポッティング処理を行うことであるのに対して、以下の点で異なる。
【００６７】
すなわち、第二のセルモジュール集合体は、図７に示すように、セルモジュール６の開放端となっているセルモジュール先端又は先端近傍の外周部に、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることが可能な材料からなる拡径材料層１６を設ける。一方、隔壁７に設けられる貫通孔８は、外周に拡径材料層１６が設けられたセルモジュール６が挿入可能であり、且つ、拡径方向の寸法を増大させた拡径材料層１６の外周面が貫通孔８の内集面に密着できる内径を有している。そして、セルモジュールの開放端である先端を、その中空内流路が内面側ガス流路と連通し、且つ、拡径材料層１６が貫通孔８内に配置されるように隔壁７の貫通孔８に挿入した状態（図７Ａ）で、拡径材料層１６に所定の外的作用を加えて拡径させる（図７Ｂ）。拡径後の拡径材料層１６は、貫通孔８の内周面に密着している。この拡径材料層１６の拡径より、セルモジュール６が貫通孔８に対して固定されると同時に、セルモジュール６と貫通孔８との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０間のガスシール性が確保される。
【００６８】
第二のセルモジュール集合体において、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に固定する拡径材料層１６は、接着性樹脂とは異なり流動性が無いため、セルモジュール６の外周部に配置された拡径材料が流れ出して中空内流路を閉塞する心配がない。
ただし、拡径材料層１６をセルモジュール６の外周部に設ける際に、当該拡径材料層１６が設けられる開放端におけるセルモジュール中空内へのガスの流入又は流出を妨げず、且つ、当該拡径材料層が設けられるセルモジュールの先端側における内部集電部材４又は外部集電部材５の集電を妨げないように、拡径材料層１６の設置位置を決定する。
【００６９】
ここで、拡径材料層１６が設けられるセルモジュールの先端又はその近傍の外周部とは、拡径材料層１６の拡径方向への寸法増大によって、セルモジュールを隔壁７の貫通孔８に対して固定すべき位置の外周部であって、セルモジュールの構造、当該セルモジュールの開放端における中空内へのガス流出入の形式や集電形式等によって異なってくる。また、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定し、且つ、貫通孔８と当該貫通孔に挿入されるセルモジュール６との隙間を封止することができれば、貫通孔８の全長（すなわち、隔壁７の厚み方向の全長）に亘ってセルモジュールの外周部に拡径材料層１６が設けられていなくてもよい。
【００７０】
拡径材料層１６の形状等は特に限定されない。ただし、セルモジュール外周部の拡径材料層１６が設けられた部分は反応ガスが供給されないため、電極としての機能が非常に低くなることから、拡径材料層１６によって覆われるセルモジュール６の外周部がなるべく少なくなるような形状とすることが好ましい。また、拡径材料層１６の厚みは、拡径材料層１６を形成する拡径材料が所定の外的作用により拡径方向へどの程度寸法を増大させるものかによって異なってくるため、適宜決定すればよい。このとき、拡径材料層１６の拡径方向への寸法増大によってセルモジュールに過度の負荷がかからないように、拡径材料層の厚みを決定すると共に、貫通孔８の内径を決定することが好ましい。
【００７１】
拡径材料層１６は、所定の外的作用によってセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させることができるものであれば特に限定されず、例えば、加熱によってセルモジュールの軸方向（長手方向：図７Ｂ中の矢印Ａ）に収縮し、その結果、セルモジュールの拡径方向に寸法を増大させる熱収縮性材料層が挙げられる。このような熱収縮材料層を形成する熱収縮性材料としては、例えば、ポリオレフィン、弾性ネオプレン、ポリフッ化ビニリデン（例えば、カイナー（商品名））、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン（登録商標）等が挙げられる。
熱収縮性材料層は、例えば、熱収縮性材料からなるチューブ（セルモジュールの外径とほぼ同じ内径を有するもの）内にセルモジュールを挿入し、当該チューブをセルモジュールの開放端である先端又はその近傍に配置する、或いは、熱収縮性材料を含むペーストをセルモジュールの開放端である先端又はその近傍に塗布、乾燥することで形成することができる。
拡径材料層１６のセルモジュールの拡径方向への寸法増大を引き起こす外的作用は、セルモジュールやセルモジュール集合体を形成する各部材に対して悪影響を与えないものであることが好ましい。
【００７２】
第二のセルモジュール集合体においても、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁７にはセルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましく、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造として、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、セルモジュールの内部側電極及び外部側電極の集電を行うための集電材の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。
【００７３】
係止構造は特に限定されず、例えば、上記第一のセルモジュール集合体の説明において例示したものを適用することができる。特に、作製が容易であり、生産性が高いことから、拡径材料層１６を設けたセルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、当該第二の貫通孔８ｂの中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７が好ましい。
【００７４】
このような隔壁７を用いる場合、セルモジュール６の第二の貫通孔８ｂに挿入される部分の外周部には、拡径材料層１６が設けられていなくてもよい。第一の貫通孔８ａ内において、拡径材料層１６がセルモジュールの拡径方向に寸法を増大させ、当該貫通孔８ａに対してセルモジュールを固定し、且つ、貫通孔８ａと当該貫通孔８ａに挿入されるセルモジュール６との隙間を封止することができればよいからである。
また、第一の隔壁部７ａと第二の隔壁部７ｂとは密着していなくてもよく、その間に空間を有していてもよい。拡径材料層１６として、セルモジュールの軸方向に収縮する熱収縮材料層を設ける場合に、第一の拡壁部７ａと第二の拡壁部７ｂとが空間を隔てて設けられている場合には、第一の貫通孔８ａの位置に挿入される部分のセルモジュール外周部のみに拡径材料層１６を設けることが比較的に容易となるからである。
【００７５】
第一のセルモジュール集合体同様、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７Ｂに設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、セルモジュールの外面に配置された外部集電材５を一緒に挿入してもよいし、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５のための貫通孔８０を隔壁７Ｂに設けてもよい。外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂのための貫通孔８０を設ける場合、当該貫通孔８０に挿入される棒状集電材５ｂの先端又は先端近傍の外周部にも拡径材料層（図示せず）を設け、当該拡径材料層に外的作用を加えて拡径させることによって、棒状集電材５ｂを貫通孔８０に対して固定し、且つ、棒状集電材５ｂと当該棒状集電材５ｂを挿入する貫通孔８０との隙間を封止することができる。
【００７６】
ここで、拡径材料層が設けられる棒状集電材５ｂの先端又は先端近傍の外周部とは、棒状集電材５ｂを隔壁７の貫通孔８０に対して固定すべき位置の外周部であって、棒状集電材５ｂの構造及び当該棒状集電材５ｂを有するセルモジュールの構造等によって異なってくる。また、棒状集電材５ｂを隔壁７の貫通孔８０に対して固定し、且つ、当該貫通孔８０との隙間を封止することができれば、貫通孔８０の全長に亘って棒状集電材５ｂの外周部に拡径材料層が設けられていなくてもよい。
棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層は、セルモジュールに設けられる拡径材料層１６と異なる材料からなるものであってもよいが、セルモジュールの貫通孔８に対する固定及び貫通孔８の封止と同じ条件で、同時に、棒状集電材５ｂの貫通孔８０に対する固定及び貫通孔８０の封止を行うことが可能であることから、棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層と拡径材料層１６は同じ材料からなることが好ましい。或いは、棒状集電材５ｂに設けられる拡径材料層と拡径材料層１６が、材料は異なるが同じ外的作用によって寸法を増大させる材料からなることが好ましい。
【００７７】
その他、部材の構成や、セルモジュールの集電及び反応ガスの供給等を可能とする構造等については、第一のセルモジュール集合体と同様にすることができる。
【００７８】
（第三のセルモジュール集合体）
次に、本発明の第三のセルモジュール集合体について、図８を用いて説明する。図８は、セルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６の一端側）を示す概略図である。尚、第一のセルモジュールと同じ部材については、同じ符号を用いる。
第三のセルモジュール集合体は、第一のセルモジュール集合体の主な特徴が、ポッティング処理を行うことであるのに対して、以下の点で異なる。
【００７９】
すなわち、第三のセルモジュール集合体において、図８に示すように、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間に配置され、セルモジュールを挿入可能な貫通孔８が所定間隔で設けられた隔壁７は、所定の外的作用によって貫通孔８の内径を縮小させることが可能な形状記憶材料からなる。そして、セルモジュール６の開放端側の先端を、その中空内流路が内面側ガス流路と連通するように隔壁７の貫通孔８に挿入し（図８Ａ）、隔壁７に前記所定の外的作用を加えて貫通孔８を縮径させる（図８Ｂ）。縮径後の貫通孔８は、セルモジュール６の外周面と密着している。この貫通孔８の縮径により、セルモジュール６が貫通孔８に対して固定されると同時に、セルモジュール６と貫通孔８との隙間が封止され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０の間のガスシール性が確保されている。
【００８０】
セルモジュール６は、例えば、以下のような手順により、形状記憶材料からなる隔壁７に設けられた貫通孔８に対して固定することができる。
まず、隔壁７には形状を記憶させることが可能な所定の条件下において貫通孔８（図８Ｂに示された貫通孔８ｄ）が設けられる。この貫通孔８ｄは、当該貫通孔に挿入されたセルモジュール６を固定し、且つ、貫通孔８ｄの内面と当該貫通孔に挿入されたセルモジュール６の外面とが密着する内径を有している。次に、所定の条件（上記形状記憶のための所定の条件とは異なる）の下、貫通孔８ｄの内径を拡げて、セルモジュールを挿入可能な内径を有する貫通孔８（図８Ａに示された貫通孔８ｃ）にする。この貫通孔８ｃにセルモジュールを挿入した状態で、隔壁７に所定の外的作用を加えると、当該貫通孔８ｃは形状が記憶されている貫通孔８ｄに戻り、その内径を縮小させる。その結果、セルモジュールは貫通孔８に対して固定され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とのガスシール性も確保される。
【００８１】
隔壁７を形成する形状記憶材料は、所定の外的作用によって元の形状を復元し、隔壁に設けられた貫通孔の内径を縮小することができるものであれば特に限定されず、例えば、形状記憶合金が挙げられる。形状記憶合金としては、具体的には、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金等が挙げられる。形状記憶合金に貫通孔８（８ｄ）の形状を記憶させるための所定の条件は、用いる形状記憶合金により異なるが、例えば、高温条件がある。また、形状記憶合金からなる隔壁７に設けられた貫通孔８（８ｃ）を縮径させることができる所定の外的作用も、用いる形状記憶合金により異なるが、例えば加熱がある。形状記憶材料からなる隔壁７の貫通孔の内径を縮小させる外的作用は、セルモジュールやセルモジュール集合体を形成する各部材に対して悪影響を与えないものであることが好ましい。
隔壁７が形状記憶合金からなる場合、隔壁７は導電性を有することとなるため、必要に応じて、他の接触する部材との間を絶縁する。
【００８２】
第三のセルモジュール集合体においても、第一のセルモジュール集合体同様、隔壁７にはセルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造を付加することが好ましく、セルモジュール６の軸方向の位置決めを行うための構造として、貫通孔８に挿入されたセルモジュール６の端面を係止する構造を設けることができる。係止構造によるセルモジュールの軸方向における位置合わせは、セルモジュールの内部側電極及び外部側電極の集電を行うための集電材の接続を、さらに容易且つ正確に行うことを可能にする。
【００８３】
係止構造は特に限定されず、例えば、上記第一のセルモジュールの説明において例示したものを適用することができる。特に、作製が容易であり、生産性が高いことから、セルモジュールを挿入可能な内径を有する第一の貫通孔８ａを所定間隔で設けた第一の隔壁部７ａを外面用ガス流路側に配置し、セルモジュールの外径よりも小さい内径を有する第二の貫通孔８ｂを、当該貫通孔８ｂの中心間距離を前記第一の貫通孔８ａの中心間距離と同じ間隔で設けた第二の隔壁部７ｂを内面用ガス流路側に配置し、第一の貫通孔８ａと第二の貫通孔８ｂを同軸上に位置合わせして重ね合わせた構造を有する隔壁７が好ましい。このような隔壁７を用いる場合、第一の隔壁部７ａが形状記憶材料で形成されていれば、セルモジュール６を隔壁７の貫通孔８に対して固定することができるので、第二の隔壁部７ｂは、形状記憶材料以外の材料から形成されていてもよい。
【００８４】
第一のセルモジュール集合体同様、外部集電材用集電体１４を備えた内面用ガス流路９Ｂでは、隔壁７に設けられたセルモジュールを挿入するための貫通孔８に、セルモジュールの外面に配置された外部集電材５を一緒に挿入しても良いし、セルモジュール用貫通孔８とは別個に外部集電材５のための貫通孔８０を隔壁７に設けても良い。セルモジュールの外面に配置される外部集電材５の構造によっては、外部集電材５をセルモジュールと別けて貫通孔８０に挿入することで、セルモジュール６と形状記憶材料からなる隔壁７との密着性が向上し、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０とをより確実にガスシールすることができる。
【００８５】
外部集電材５の一部である棒状集電材５ｂのための貫通孔８０を設ける場合には、形状を記憶させることが可能な所定の条件の下、上記した貫通孔８ｄの他、棒状集電材５ｂ用の貫通孔（図示せず）を隔壁７に設ける。この貫通孔は、挿入された棒状集電材５ｂを貫通孔に対して固定し、且つ、貫通孔の内面と当該貫通孔に挿入された棒状集電材５ｂの外面とが密着する内径を有している。そして、この棒状集電材５ｂ用の貫通孔の内径を拡げ、棒状集電材５ｂを挿入可能な内径を有する貫通孔（縮径前貫通孔）にする。この縮径前貫通孔に棒状集電材５ｂを挿入した状態で、隔壁７に所定の外的作用を加えると、当該貫通孔は形状が記憶されている貫通孔に戻り、その内径を縮小させ、棒状集電材５ｂが貫通孔に対して固定され、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間のガスシール性も確保される。
隔壁７を形成する形状記憶材料が形状記憶合金である場合、隔壁７は導電性を有することになるので、必要に応じて、隔壁７の貫通孔に挿入されるセルモジュールの内面側電極２及び内部集電材４と外面側電極３及び外部集電材４とを絶縁する。
【００８６】
尚、第三のセルモジュール集合体においては、貫通孔に挿入されるセルモジュールの外面形状によって、貫通孔８の縮径による内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０の間のガスシールが不十分である場合には、さらに、その他の手段、例えば、第一又は第二のセルモジュール集合体に用いられる手段によって貫通孔８と当該貫通孔８に挿入されたセルモジュール間の隙間を埋める等して、内面用ガス流路９と外面用ガス流路１０との間のガスシール性を高めてもよい。
その他、部材の構成、セルモジュールの集電、反応ガスの供給等を可能とする構造等については、第一のセルモジュール集合体と同様にすることができる。
【００８７】
第３のセルモジュール集合体において、隔壁７を形成する形状記憶材料として例示した形状記憶合金は、各セルモジュールの内部集電材４と接続する内部集電材用集電体１３及び／又は外面集電材５と接続する外面集電材用集電体１４を形成する材料としても用いることができる。例えば、図５に示すセルモジュール集合体において、内部集電材用集電体１３又は外面集電材用集電体１４を兼ねている２つの内面用ガス流路壁１５を形状記憶合金にて形成し、これらの内面用ガス流路壁１５に設けられた貫通孔１３ａ又は１４ａの内径を、所定の外的作用によって縮小できるようにすることができる。
このような縮径が可能な貫通孔１３ａ又は貫通孔１４ａに、内面用ガス流路９（９Ａ又は９Ｂ）内に延長した内部集電材４又は外部集電材５をそれぞれ挿入した状態で、所定の外的作用を加えて貫通孔１３ａ、１４ａを縮径させることによって、内部集電材４は内部集電材用集電体１３に、外部集電材５は外部集電材用集電体１４にそれぞれ電気的に接続されることになる。この方法によれば、フローはんだ等による内部集電材４又は外部集電材５と各集電体との電気的接続作業を要しないが、ガスシール性を確保するために、フローはんだ等による貫通孔１３ａ、１４ａの周囲の封止を行うことが好ましい。
【００８８】
形状記憶合金よりなる内部集電材用集電体１３及び／外部集電材用集電体１４の構造は特に限定されず、形状記憶合金以外の導電性材料からなる集電体１３及び１４同様、内面用ガス流路９を形成する内面用ガス流路壁１５が集電材１３又は１４を兼ねる構造の他、例えば、内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４が、内面用ガス流路の内面又は外面の一部を構成していてもよいし、或いは、内面ガス流路９内又は内面用ガス流路壁１５の外面に設置されていてもよい。また、内部集電材用集電体１３、外部集電材用集電体１４に設ける孔は、貫通孔でなくてもよい。
【００８９】
形状記憶合金からなる内部集電材用集電体１３及び／又は外部集電材用集電体１４は、第３のセルモジュール集合体に限らず、第一及び第二のセルモジュール集合体にも用いることができる。第３のセルモジュール集合体に用いる場合に、隔壁７と内部集電材用集電体１３及び外部集電材用集電体１４とを、同じ外的作用によってその貫通孔の内径を縮小させることができる形状記憶合金から形成する場合、特に同じ材料を用いる場合には、隔壁７へのセルモジュールの一体固定と、内部集電材４の内部集電材用集電体１３への接続と、外部集電材５の外部集電材用集電体１４への接続とを同時に行うことができるという利点がある。
【００９０】
本発明のセルモジュール集合体は、単独で、又は、複数のセルモジュール集合体を電気的に接続（並列及び／又は直列）して燃料電池に組み込まれる。本発明のセルモジュール集合体は、上述したように、効率良く且つ正確にセルモジュールを整列させることができ、また、ガスシール性が確保されているため、本発明のセルモジュール集合体を組み込む燃料電池は、生産性に優れると同時に発電効率が高い。さらに、隔壁の構造によっては、集電材の接続を正確に行うことができることから優れた集電効率をも示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に用いられるチューブ状セルモジュールの斜視図である。
【図２】図１のチューブ状セルモジュールの断面図である。
【図３】本発明の第一のセルモジュールの一形態例を示す概略図であり、一部を切断した図である。
【図４】本発明の第一のセルモジュール集合体の一形態における、隔壁によって隔たれた外面用ガス流路と内面用ガス流路を示す概略図（４Ａ）、隔壁によって整列され、且つその開放端を内面用ガス流路に接続したセルモジュールを示す概略図（４Ｂ）である。
【図５】図３のセルモジュール集合体の一部を、セルモジュールの長手方向に切断した断面図である。
【図６Ａ】隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。
【図６Ｂ】隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。
【図６Ｃ】隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。
【図６Ｄ】隔壁７に設けられる係止構造の一形態についての概略図である。
【図７】本発明の第二のセルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６）を示す概略図である。
【図８】本発明の第三のセルモジュール集合体の一部（隔壁７とセルモジュール６）を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…中空電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）
２…内面側電極（アノード）
３…外面側電極（カソード）
４…内部集電材（負極側集電材）
５…外部集電材（正極側集電材）
６…セルモジュール
７…隔壁
８…貫通孔
９…内面用ガス流路
１０…外面用ガス流路
１１…ポッティング材
１２…筐体
１３…内部集電材用集電体
１４…外部集電材用集電体
１５…内面用ガス流路壁
１６…拡径材料層
１７…ガスシール材
１８…出力部
１９…出力部
【図１】
2006216407.tif 000003
【図２】
2006216407.tif 000004
【図３】
2006216407.tif 000005
【図４】
2006216407.tif 000006
【図５】
2006216407.tif 000007
【図６Ａ】
2006216407.tif 000008
【図６Ｂ】
2006216407.tif 000009
【図６Ｃ】
2006216407.tif 000010
【図６Ｄ】
2006216407.tif 000011
【図７】
2006216407.tif 000012
【図８】
2006216407.tif 000013