(57)【要約】【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１
2008288167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状の膜電極構造体、前記膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体、及び、前記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、前記内部集電体と接触する一対の内部集電部材と、前記外部集電体と接触する外部集電部材と、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収容するケース部材と、を有し、
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。
【請求項２】
前記チューブ型燃料電池セルによって囲まれる空間に、前記外部集電部材の少なくとも一部が配置されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記チューブ型燃料電池セルによって囲まれる前記空間に配置された前記外部集電部材の長手方向と、前記チューブ型燃料電池セルの長手方向とが交差することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記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前記外部集電部材の内部を熱媒体が流通し、前記外部集電部材の少なくとも一部が、前記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を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
中空形状の膜電極構造体、前記膜電極構造体の内周面側に配設される内部集電体、及び、前記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、前記内部集電体と接触する一対の内部集電部材と、前記外部集電体と接触する外部集電部材と、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、
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。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールを複数積層して構成される積層体と、前記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。
【請求項７】
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、前記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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１６４１５号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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）。
【００６０】
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。
【００６１】
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）。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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）。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】燃料電池モジュール２０の形態例を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】チューブ型セルの形態例を示す正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】内部集電板の形態例を示す平面図である。
【図６】外部集電板の形態例を示す正面図である。
【図７】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】構造体２１の形態例を示す概念図である。
【図９】外部集電部材２２の形態例を示す概念図である。
【図１０】構造体２３の形態例を示す概念図である。
【図１１】積層体２４の形態例を示す概念図である。
【図１２】本発明の燃料電池の形態例を示す概念図である。
【図１３】本発明の燃料電池の形態例を示す平面図である。
【図１４】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。
【符号の説明】
【００８８】
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
【図１】
2008288167.tif 000003
【図２】
2008288167.tif 000004
【図３】
2008288167.tif 000005
【図４】
2008288167.tif 000006
【図５】
2008288167.tif 000007
【図６】
2008288167.tif 000008
【図７】
2008288167.tif 000009
【図８】
2008288167.tif 000010
【図９】
2008288167.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008288167.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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