(57)【要約】【課題】短絡を抑制可能な燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜、電解質膜の一方の面へ備えられる第１電極、及び、電解質膜の他方の面へ備えられる第２電極を有する膜電極複合体と、第１電極側へ配設される第１集電体及び第２電極側へ配設される第２集電体と、を備える複数の構造体を、一方向へ配列して構成される構造体列と、複数の構造体列を収容するケース部材と、を具備する燃料電池であって、複数の構造体列に、少なくとも、隣接して配置される第１構造体列及び第２構造体列が備えられ、第１構造体列及び第２構造体列に備えられる複数の構造体が電気的に直列に接続されるとともに、第１構造体列と第２構造体列とが電気的に直列に接続され、第１構造体列の構造体に備えられる第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の構造体に備えられる第２集電体又は第１集電体との電気的接続を防止する、通電防止手段が備えられる、燃料電池とする。【選択図】図１
2008218231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜、前記電解質膜の一方の面に備えられる第１電極、及び、前記電解質膜の他方の面に備えられる第２電極を有する膜電極複合体と、前記第１電極側へ配設される第１集電体及び前記第２電極側へ配設される第２集電体と、を備える複数の構造体を、一方向へ配列して構成される構造体列と、複数の前記構造体列を収容するケース部材と、を具備する燃料電池であって、
複数の前記構造体列に、少なくとも、隣接して配置される第１構造体列及び第２構造体列が備えられ、
前記第１構造体列及び前記第２構造体列に備えられる複数の前記構造体が電気的に直列に接続されるとともに、前記第１構造体列と前記第２構造体列とが電気的に直列に接続され、
前記第１構造体列の前記構造体に備えられる前記第１集電体又は前記第２集電体と、前記第２構造体列の前記構造体に備えられる前記第２集電体又は前記第１集電体との電気的接続を防止する、通電防止手段が備えられることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記第１構造体列と前記第２構造体列との接触を防止する第１接触防止部材が、前記通電防止手段に備えられることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１接触防止部材が気液分離膜であり、該気液分離膜が前記第１構造体列及び前記第２構造体列によって狭持されることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
長手方向の長さが、前記第１構造体列及び前記第２構造体列の長手方向の長さよりも長い、一の前記気液分離膜が、前記第１構造体列と前記第２構造体列との間に配設され、該気液分離膜の長手方向の中央部が前記第１構造体列及び前記第２構造体列によって狭持されることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記気液分離膜の前記長手方向の両端面と前記ケース部材の一対の側面とが接触し、かつ、前記気液分離膜の底面と前記ケース部材の底面とが接触することを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
複数の前記構造体列の底面と前記ケース部材の前記底面との接触を防止する第２接触防止部材が、前記通電防止手段に備えられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
少なくとも、前記電解質膜、前記第１電極、及び、前記第２電極が中空形状であり、中空形状の前記電解質膜、中空形状の前記第１電極、及び、中空形状の前記第２電極を備える中空形状の前記膜電極複合体と、中空形状の前記第１電極側へ配設される前記第１集電体及び中空形状の前記第２電極側へ配設される前記第２集電体と、を具備する複数のチューブ型燃料電池セルが、前記構造体に備えられ、該構造体に備えられる複数の前記チューブ型燃料電池セルが電気的に並列に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の列に配置された複数の構造体を備える燃料電池に関する。
【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。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、ＭＥＡの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という。）は、低温領域での運転が可能である。また、ＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。
【０００３】
ＰＥＦＣの単セルは、電解質膜、少なくとも触媒を含有する電極層を備えるカソード及びアノード、並びに、集電体を具備し、その理論起電力は１．２３Ｖである。しかし、かかる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、複数の単セル、又は、電気的に並列接続された複数の単セルを備える複数のモジュールを電気的に直列接続して積層列を形成し、当該積層列の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。
【０００４】
ＰＥＦＣが電気自動車の動力源として用いられる場合、必要とされる出力は数百ボルトにも達する。そのため、当該性能を充足すべく、多数（例えば、百以上等）の単セル又はモジュールが積層されたスタック形態のＰＥＦＣが使用される。多数の単セル又はモジュールを一列に積層すると大きな空間が必要とされるが、ＰＥＦＣの発電性能を向上させるためには、単位体積当たりの出力（出力密度）を向上させることが重要である。それゆえ、スタックの省スペース化を図るとともに単セルの集積密度（出力密度）を向上させる等の観点から、多数の単セル又はモジュールが２以上の列に積層された形態のＰＥＦＣが提案されている。
【０００５】
一方、出力密度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の単セル（以下、「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形成される中空形状の電極層とを備える中空形状のＭＥＡ、を備えている。そして、例えば、当該ＭＥＡの内周面側に水素含有ガスを、外周面側に酸素含有ガスをそれぞれ供給することにより電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを、中空形状のＭＥＡの内周面側及び外周面側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。すなわち、チューブ型ＰＥＦＣでは、各チューブ型セルに備えられるＭＥＡの内周面側に一方の反応ガス（例えば、水素含有ガス）を、外周面側に他方の反応ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給することにより発電エネルギーを取り出すので、隣り合う２つのチューブ型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、出力密度を向上させることが容易になる。
【０００６】
他方、ＰＥＦＣの運転時には、アノードへ水素含有ガス（以下、「水素」ということがある。）が、カソードへ酸素含有ガス（以下、「空気」ということがある。）が、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノード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、アノード及び電解質膜を伝ってカソードへと達する一方、電子は、外部回路を経由してカソードへと達する。そして、カソードへと達したプロトン及び電子と、当該カソードへと供給された空気に含有される酸素とが、カソードに含有される触媒の作用下で反応することにより、水が生成される。
【０００７】
電気的に直列接続された隣接する積層列にそれぞれ備えられる単セルが、上記過程を経て生成された水等を介して電気的に接続すると、短絡が生じ、回路の誤動作や、各種機器の異常発熱等の問題が生じる。それゆえ、当該問題を解決するためには、短絡を防止することが重要である。
【０００８】
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、前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、前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少なくとも有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体が複数本束状に配置されてなるチューブ型燃料電池用膜電極複合体バンドルであって、前記チューブ型燃料電池用膜電極複合体が、隣り合うチューブ型燃料電池用膜電極複合体の側面同士が接触するように配置されており、かつ、導電板からなる外側集電体が前記束状に配置されたチューブ型燃料電池用膜電極複合体の外側に接触するように配置されていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体バンドルが開示されている。そして、当該技術によれば、良好な発電特性の発揮、および効率的な集電が可能なチューブ型燃料電池用膜電極複合体バンドルが提供される、としている。
【０００９】
また、特許文献２には、能動型ダイレクトメタノール燃料電池用の平面スタック構造に関する技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２１６４１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０９９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、単セルへと供給された水素及び／又は空気（以下、水素及び空気をまとめて「反応ガス」ということがある。）とともに移動した生成水等を介して、隣接する積層列に備えられる単セル同士が電気的に接続し、短絡が生じる恐れがあるという問題があった。また、特許文献２に開示されている技術は、能動型ダイレクトメタノール燃料電池における、二酸化炭素ガス発生による流路の内圧変動を抑制するための技術であり、隣接する積層列に備えられる単セル同士の電気的接続を想定していない。それゆえ、当該技術をそのままＰＥＦＣへ適用しても、短絡を防止できないという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、短絡を防止可能な燃料電池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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、電解質膜、電解質膜の一方の面に備えられる第１電極、及び、電解質膜の他方の面に備えられる第２電極を有する膜電極複合体と、第１電極側へ配設される第１集電体及び第２電極側へ配設される第２集電体と、を備える複数の構造体を、一方向へ配列して構成される構造体列と、複数の構造体列を収容するケース部材と、を具備する燃料電池であって、複数の構造体列に、少なくとも、隣接して配置される第１構造体列及び第２構造体列が備えられ、第１構造体列及び第２構造体列に備えられる複数の構造体が電気的に直列に接続されるとともに、第１構造体列と第２構造体列とが電気的に直列に接続され、第１構造体列の構造体に備えられる第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の構造体に備えられる第２集電体又は第１集電体との電気的接続を防止する、通電防止手段が備えられることを特徴とする、燃料電池である。
【００１４】
ここに、本発明における「電解質膜」は、プロトン伝導性ポリマーを含有する固体高分子膜であれば、その形態は特に限定されない。電解質膜の形状例としては、平板形状や中空形状等を挙げることができる。さらに、本発明における「第１電極」及び「第２電極」は、電気化学反応の触媒として機能する物質と、当該電気化学反応によって生じたプロトンを伝導させ得る物質（プロトン伝導性物質）とを含有していれば、その形態は特に限定されない。第１電極及び第２電極の形状例としては、平板形状や中空形状等を挙げることができる。さらに、本発明における「膜電極複合体」は、上記電解質膜、第１電極、及び、第２電極を有していれば、その形態は特に限定されない。膜電極複合体の形態例としては、上記電解質膜、第１電極、及び、第２電極からなる形態のほか、上記電解質膜、第１電極、及び、第２電極に加え、さらに、第１電極や第２電極へ反応ガスを均一に拡散させる等の目的で、第１電極側及び／又は第２電極側に拡散層や撥水層が備えられる形態等を挙げることができる。さらに、本発明において、「第１電極側へ配設される第１集電体」とは、第１電極側（第１電極が平板形状であるか中空形状であるかに関わらず、電解質膜と接触していない側の第１電極表面を意味する。以下同じ。）に拡散層及び／又は撥水層が備えられない場合には、第１電極と接触する形態で第１集電体が配設されることを意味する。これに対し、第１電極側に拡散層及び／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第１集電体が配設されることを意味する。さらに、「第２電極側へ配設される第２集電体」とは、第２電極側（第２電極が平板形状であるか中空形状であるかに関わらず、電解質膜と接触していない側の第２電極表面を意味する。以下同じ。）に拡散層及び／又は撥水層が備えられない場合には、第２電極と接触する形態で第２集電体が配設されることを意味する。これに対し、第２電極側に拡散層及び／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第２集電体が配設されることを意味する。さらに、本発明における「第１集電体」は、燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質（耐熱性、耐水性等。以下同じ。）を有する電子伝導性材料により構成され、かつ、第１電極へ反応ガスが供給され得る形状であれば、その形態は特に限定されない。さらに、本発明における「第２集電体」は、燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する電子伝導性材料により構成され、かつ、第２電極へ反応ガスが供給され得る形状であれば、その形態は特に限定されない。さらに、本発明における「構造体」は、膜電極複合体、第１集電体、及び、第２集電体を備えていれば、その形態は特に限定されない。本発明の燃料電池に平板型の単セルが備えられる場合には、当該単セルを本発明における構造体とすることができる。これに対し、本発明の燃料電池にチューブ型セルが備えられる場合には、例えば、電気的に並列に接続された複数の当該チューブ型セルがケースに収容された形態のモジュールを、本発明における構造体とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明において、「第１構造体列の構造体に備えられる第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の構造体に備えられる第２集電体又は第１集電体との電気的接続を防止する、通電防止手段が備えられる」とは、第１構造体列に備えられる任意の構造体を「構造体Ａ」、第２構造体列に備えられる任意の構造体を「構造体Ｂ」とするとき、本発明の燃料電池に備えられる通電防止手段によって、構造体Ａに備えられる第１集電体と構造体Ｂに備えられる第２集電体との電気的接続、又は、構造体Ａに備えられる第２集電体と構造体Ｂに備えられる第１集電体との電気的接続が防止されることを意味する。
【００１６】
上記本発明において、第１構造体列と第２構造体列との接触を防止する第１接触防止部材が、通電防止手段に備えられることが好ましい。
【００１７】
また、第１接触防止部材が備えられる上記本発明において、第１接触防止部材が気液分離膜であり、該気液分離膜が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持されることが好ましい。
【００１８】
ここに、本発明における「気液分離膜」は、液体（例えば、生成水等）の透過を防ぐとともに反応ガスを透過させ得る細孔を有し、かつ、燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する膜であれば、その形態は特に限定されない。本発明の燃料電池に備えられ得る気液分離膜を構成する材料の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を挙げることができる。
【００１９】
また、第１接触防止部材が気液分離膜である上記本発明において、長手方向の長さが、第１構造体列及び第２構造体列の長手方向の長さよりも長い、一の気液分離膜が、第１構造体列と第２構造体列との間に配設され、該気液分離膜の長手方向の中央部が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持されることが好ましい。
【００２０】
ここに、本発明において、「長手方向」とは、構造体列を構成する複数の構造体が配列される方向を意味する。さらに、「気液分離膜の長手方向の中央部が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持される」とは、気液分離膜の第１構造体列側の面を表面、同第２構造体列側の面を裏面とするとき、気液分離膜の表面と第１構造体列の側面とが第１構造体列の長手方向全長に亘って接触するとともに、気液分離膜表面の長手方向両端は第１構造体列の側面と接触せず、かつ、気液分離膜の裏面と第２構造体列の側面とが第２構造体列の長手方向全長に亘って接触するとともに、気液分離膜裏面の長手方向両端は第２構造体列の側面と接触しないことを意味する。
【００２１】
また、気液分離膜の長手方向の中央部が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持される上記本発明において、気液分離膜の長手方向の両端面とケース部材の一対の側面とが接触し、かつ、気液分離膜の底面とケース部材の底面とが接触することが好ましい。
【００２２】
ここに、「気液分離膜の長手方向の両端面とケース部材の一対の側面とが接触し」とは、気液分離膜の長手方向一端側の端面と、当該端面と対向するケース部材の一の側面とが接触し、かつ、気液分離膜の長手方向他端側の端面と、当該端面と対向するケース部材の他の側面とが接触することを意味する。さらに、本発明において、「底面」とは、重力方向下側に位置する面を意味し、「ケース部材の底面」とは、ケース部材に収容された複数の構造体列の底面と対向する面を意味する。
【００２３】
上記本発明（変形例も含む。以下同じ。）において、複数の構造体列の底面とケース部材の底面との接触を防止する第２接触防止部材が、通電防止手段に備えられることが好ましい。
【００２４】
また、上記本発明において、少なくとも、上記電解質膜、上記第１電極、及び、上記第２電極が中空形状であり、中空形状の電解質膜、中空形状の第１電極、及び、中空形状の第２電極を備える複数のチューブ型燃料電池セルが、上記構造体に備えられ、該構造体に備えられる複数のチューブ型燃料電池セルが電気的に並列に接続されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１構造体列の第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の第２集電体又は第１集電体との電気的接続を防止する、通電防止手段が備えられるので、短絡を防止することができる。したがって、本発明によれば、短絡を防止可能な燃料電池を提供できる。
【００２６】
本発明において、通電防止手段に第１接触防止部材が備えられることにより、第１構造体列と第２構造体列とを間隔を開けて配置することができるので、短絡を防止することができる。
【００２７】
本発明において、第１接触防止部材としての気液分離膜が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持されることにより、第１構造体列の第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の第２集電体又は第１集電体との電気的接続を効果的に防止できる。
【００２８】
本発明において、第１構造体列と第２構造体列との間に一の気液分離膜が配設され、当該気液分離膜の長手方向中央部が第１構造体列及び第２構造体列によって狭持されることにより、気液分離膜の部品点数の増加を抑制しつつ、短絡を防止することが可能な、燃料電池を提供できる。
【００２９】
本発明において、気液分離膜の長手方向両端面とケース部材の一対の側面とが接触し、かつ、気液分離膜の底面とケース部材の底面とが接触する形態で気液分離膜を配置することにより、ケース部材の内側の空間を気液分離膜によって区分けでき、当該気液分離膜によって、気液分離膜の厚み方向への水の移動を遮断できる。したがって、かかる形態とすることにより、短絡防止効果を向上させることができる。
【００３０】
本発明において、通電防止手段に第２接触防止手段が備えられることにより、ケース部材の底面に溜まった水を介して、第１構造体列の第１集電体又は第２集電体と、第２構造体列の第２集電体又は第１集電体とが電気的に接続する事態を確実に回避できる。したがって、かかる形態とすることにより、短絡防止効果を向上させることが可能な燃料電池を提供できる。
【００３１】
本発明において、電気的に並列に接続された複数のチューブ型燃料電池セルが構造体に備えられることにより、第１構造体列に備えられるチューブ型燃料電池セルと第２構造体列に備えられるチューブ型燃料電池セルとの電気的接続を防止して短絡を防止することが可能な、燃料電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図面を参照しつつ、本発明の燃料電池について、説明する。以下の説明では、複数のチューブ型セルを備える複数の構造体（以下、「モジュール」という。）を配列して構成した、複数の構造体列が備えられる形態の燃料電池を例示するが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。当該形態のほか、本発明の燃料電池は、平板型の単セルを配列して構成される構造体列が備えられる形態とすることも可能である。また、以下の説明では、チューブ型セルに備えられる中空形状のＭＥＡの外周面側へ空気が供給されるとともに、同ＭＥＡの内周面側へ水素が供給され、チューブ型セルが冷媒によって冷却されてい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。本発明の燃料電池では、中空形状のＭＥＡの外周面側へ水素を供給し、同ＭＥＡの内周面側へ空気を供給することも可能であり、寒冷地等で使用される場合には、例えば始動時に、温水等の温熱媒体によってチューブ型セルを加温する形態とすることも可能である。
【００３３】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す斜視図である。図１の点線矢印は長手方向を、図１の直線矢印は重力方向を、それぞれ示している。図１では、本発明の燃料電池の構成を理解しやすくするため、透明なケース部材に構造体列等が収容された様子を示し、構造体列を構成するモジュールの形状を簡略化して示している。また、図１では、本発明の燃料電池の構成を理解しやすくするため、隣接する構造体列を電気的に直列に接続する等の目的で配設される連結板、及び、燃料電池の運転時にチューブ型セルを冷却する冷媒が流通する配管の記載を省略している。図２は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるモジュールの形態例を概略的に示す正面図であり、図２の直線矢印は重力方向を示している。図３は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるモジュールの形態例を概略的に示す側面図である。図３の紙面右側がモジュールの正面側、同左側がモジュールの背面側であり、図３の直線矢印は重力方向を示している。図４は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられるモジュールの形態例を概略的に示す平面図である。図４の紙面下側がモジュールの正面側、同上側がモジュールの背面側であり、図４の紙面手前／奥方向が重力方向である。図５は、本発明の燃料電池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、図５の紙面上下方向が、チューブ型セルの軸方向である。図６は、本発明の燃料電池に備えられるチューブ型セルの形態例を示す概略図であり、図６の紙面手前／奥方向が、チューブ型セルの軸方向である。チューブ型セルの形態を理解しやすくするため、図６では、第１集電体及び膜電極複合体の断面と当該膜電極複合体の外周面に巻回された第２集電体の様子を簡略化して示している。図１〜図６を参照しつつ、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池について、以下に説明する。
【００３４】
図１に示すように、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池１００（以下、単に「燃料電池１００」という。）は、ケース部材１と、当該ケース部材１に収容された構造体列２、２、２、２（以下、「第１構造体列２ａ」、「第２構造体列２ｂ」、「第３構造体列２ｃ」、「第４構造体列２ｄ」ということがある。）と、通電防止手段としての第１接触防止部材３、３、３（以下、「気液分離膜３、３、３、」、又は、「気液分離膜３ａ」、「気液分離膜３ｂ」、「気液分離膜３ｃ」ということがある。）、及び、第２接触防止部材４、４、４、４（以下、「部材４ａ」、「部材４ｂ」、「部材４ｃ」、「部材４ｄ」ということがある。）と、を備える。ケース部材１に収容された構造体列２、２、２、２は、モジュール５、５、…を一方向へ配列することにより構成され、隣接する構造体列２、２、２、２、及び、各構造体列２、２、２、２に備えられる複数のモジュール５、５、…は、電気的に直列に接続されている。本発明の燃料電池１００において、第１構造体列２ａはケース部材１の底面に配置された通電防止手段としての部材４ａの上に配置され、以下同様に、第２構造体列２ｂは部材４ｂの上に、第３構造体列２ｃは部材４ｃの上に、第４構造体列２ｄは部材４ｄの上に、それぞれ配置されている。ケース部材１に収容された気液分離膜３ａ、３ｂ、３ｃは、ケース部材１の底面及び一対の側面と接触する形態で配設され、気液分離膜３ａの長手方向中央部が第１構造体列２ａ及び第２構造体列２ｂにより狭持され、気液分離膜３ｂの長手方向中央部が第２構造体列２ｂ及び第３構造体列２ｃにより狭持され、気液分離膜３ｃの長手方向中央部が第３構造体列２ｃ及び第４構造体列２ｄにより狭持されている。
【００３５】
図２〜図４に示すように、燃料電池１００に備えられるモジュール５は、ケース６と、当該ケース６に収容された複数のチューブ型セル１０、１０、…、複数の熱媒体管１１、１１、…、及び、外部集電板１２、１２と、を備え、複数のチューブ型セル１０、１０、…は、電気的に並列に接続されている。ケース６は、複数のセル１０、１０、…、及び、複数の熱媒体管１１、１１、…の一端側、並びに、外部集電板１２を収容する端部ケース６ｘと、複数のセル１０、１０、…、及び、複数の熱媒体管１１、１１、…の軸方向中央部を収容するケース本体６ｙと、複数のセル１０、１０、…、及び、複数の熱媒体管１１、１１、…の他端側及び外部集電板１２を収容する端部ケース６ｚと、を備える。端部ケース６ｘとケース本体６ｙは、端部ケース６ｘに備えられる孔７とケース本体６ｙに備えられる凸部８とが嵌め合わされることにより連結され、ケース本体６ｙと端部ケース６ｚは、端部ケース６ｚに備えられる孔７とケース本体６ｙに備えられる凸部８とが嵌め合わされることにより連結されている。図２に示すように、端部ケース６ｘには、冷媒流通用の開口部１３及び水素流通用の開口部１４（以下、端部ケース６ｘに備えられる開口部１３及び開口部１４を「開口部１３ｘ」及び「開口部１４ｘ」ということがある。）が備えられ、端部ケース６ｚにも、冷媒流通用の開口部１３及び水素流通用の開口部１４（以下、端部ケース６ｚに備えられる開口部１３及び開口部１４を「開口部１３ｚ」及び「開口部１４ｚ」ということがある。）が備えられる。開口部１３、１３及び開口部１４、１４の周囲には、凹部１６、１６が備えられ、当該凹部１６、１６にガスケット１５、１５が配設されている。さらに、ケース６の正面には凹部９、９、９が、同背面には凸部１７、１７、…がそれぞれ備えられ、ケース６の側面には空気流通用の開口部１８、１８、…及びポッティング材注入用の開口部１９、１９、…が備えられている（図３参照）。
【００３６】
複数のモジュール５、５、…を一方向へ配列して構成される構造体列２では、隣接する一方のモジュール５の正面に備えられる凹部９、９、９と、隣接する他方のモジュール５の背面に備えられる凸部１７、１７、…とが嵌め合わされ、さらに、隣接する一方のモジュール５の正面に備えられるガスケット１５、１５と、隣接する他方のモジュール５の背面とが接触する。かかる形態で配列することにより、隣接する一方のモジュール５におけるケース６の正面と、隣接する他方のモジュール５におけるケース６の背面との間に隙間が形成され難い形態で複数のモジュール５、５、…を配列することができる。それゆえ、構造体列２によれば、当該隙間を流れる空気の量を低減して、ケース６の内側への空気の供給効率を向上させることができ、本発明では、複数の構造体列２、２、２、２が備えられる形態とすることにより、発電性能を向上させることが可能な燃料電池１００としている。
さらに、上記形態の燃料電池１００では、モジュール５、５、…に備えられる凹部９、９、…と凸部１７、１７、…とを嵌め合わせることで、構造体列２が組み立てられるので、製造時に複数のモジュール５、５、…を容易に位置決めすることができる。それゆえ、本発明では、かかる形態とすることで、生産時の作業効率を向上させて生産性を向上させることが可能な燃料電池１００としている。
【００３７】
図５及び図６に示すように、燃料電池１００のモジュール５、５、…に備えられるチューブ型セル１０は、中空形状の第１電極２１、該第１電極２１の外周面に形成される中空形状の電解質膜２０、及び、該電解質膜２０の外周面に形成される中空形状の第２電極２２を備える中空形状のＭＥＡ２３と、第２電極２２の外周面に配設された中空形状の拡散層２４と、第１電極２１の内周面と接触するように配設された第１集電体２５と、拡散層２４の外周面に巻回された第２集電体２６と、を備え、第１集電体２５の外周面には、水素流路として機能する凹部２７、２７、…が備えられている。
【００３８】
燃料電池１００の運転時には、モジュール５、５、…の外側から空気が供給されるとともに、開口部１４ｚ、１４ｚ、…を介して水素が供給される。開口部１４ｚ、１４ｚ、…を介して供給された水素は、チューブ型セル１０、１０、…に備えられる凹部２７、２７、…へと分岐し、当該凹部２７、２７、…を介して、各チューブ型セル１０、１０、…に備えられる第１電極２１、２１、…へと達する。第１電極２１、２１、…（以下、燃料電池１００に備えられる全ての第１電極２１、２１、…をまとめて、単に「第１電極２１」ということがある。）へと達した水素は、当該第１電極２１に含有される触媒の作用下で生ずる電気化学反応を経て、プロトン及び電子となり、第１電極２１で生じたプロトンは、第１電極２１、２１、…、及び、電解質膜２０、２０、…に含有されるプロトン伝導性物質を介して第２電極２２、２２、…へと伝導される。そして、第１電極２１における電気化学反応に使用されなかった水素は、凹部２７、２７、…、及び、開口部１４ｘ、１４ｘ、…を介してモジュール５、５、…から排出され、回収される。これに対し、モジュール５、５、…の外側から供給された空気は、開口部１８、１８、…を介してチューブ型セル１０、１０、…の外周面へと到達し、さらに、拡散層２４、２４、…を通過して第２電極２２、２２、…へと達する。そして、第２電極２２、２２、…（以下、燃料電池１００に備えられる全ての第２電極２２、２２、…をまとめて、単に「第２電極２２」ということがある。）へと達した空気に含まれる酸素と、第２電極２２へと移動してきたプロトン及び電子とが、第２電極２２に含有される触媒の作用下で電気化学反応することにより、水が生成される。このほか、燃料電池１００の運転時には、開口部１３ｘ、１３ｘ、…を介して供給された冷媒が流通する熱媒体管１１、１１、…に触れることにより、空気中に含まれる水分が結露して液滴の水が生じる。熱媒体管１１、１１、…を流通した冷媒は、その後、開口部１３ｚ、１３ｚ、…を介してモジュール５、５、…から排出され、回収される。
【００３９】
上述のように、燃料電池１００は、電気的に直列に接続された複数の構造体列２、２、２、２を備え、各構造体列２、２、２、２に備えられる複数のモジュール５、５、…は、電気的に直列に接続されている。燃料電池１００の運転中に生じた水を介して、隣接する一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５とが電気的に接続され、短絡が生じると、電気的に直列に接続された構造体列２、２、２、２から電気エネルギーを取り出すことが困難になる。このほか、短絡が生じると、燃料電池１００を搭載している車両のシステム等が誤作動する恐れがある。そこで、短絡を防止して耐久性を向上させること等を目的として、燃料電池１００では、通電防止手段としての気液分離膜３、３、３、及び、第２接触防止部材４、４、４、４が備えられる形態としている。
【００４０】
図１に示すように、燃料電池１００では、通電防止手段としての気液分離膜３、３、３が、構造体列２、２、２、２によって狭持される。かかる形態とすることにより、隣接する構造体列２、２の間を水（例えば、生成水等）が移動する事態を回避でき、隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できる。したがって、燃料電池１００によれば、短絡を防止できる。
【００４１】
さらに、燃料電池１００では、通電防止手段としての第２接触防止部材４、４、４、４の上に、構造体列２、２、２、２が配置されている。このようにすることで、構造体２、２、２、２の底面とケース部材１の底面とが接触しない形態で、構造体列２、２、２、２を配置することができる。上述のように、燃料電池１００の運転時には水が生成され、この生成水は、ケース部材１の重力方向下側、すなわち、ケース部材１の底面に溜まると考えられる。ところが、燃料電池１００では、通電防止手段としての第２接触防止部材４、４、４、４によって、構造体列２、２、２、２の底面とケース部材１の底面との間に空間を確保している。それゆえ、かかる形態とすることにより、ケース部材１の底面に溜まった水を介して隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できる。したがって、燃料電池１００によれば、短絡を防止できる。
【００４２】
加えて、燃料電池１００では、ケース部材１の底面及び一対の側面と接触する形態で、気液分離膜３、３、３が配設されている。燃料電池１００が車両に搭載されると、車両走行時に生じる力によって、ケース部材１の内側に存在する水がケース部材１の底面を移動すると考えられる。ところが、燃料電池１００では、気液分離膜３、３、３がケース部材１の底面及び一対の側面と接触するように配設されるので、当該気液分離膜３、３、３によって、気液分離膜３、３、３の厚み方向へ透過しようとする水の移動を遮断することができる。それゆえ、かかる形態とすることにより、ケース部材１の底面を移動する水を介して隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できるので、燃料電池１００によれば、短絡を防止できる。
【００４３】
２．第２実施形態
図７は、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す斜視図である。図７の点線矢印は長手方向を、図７の直線矢印は重力方向を、それぞれ示している。図７において、図１〜図６に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図６で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図２〜図７を参照しつつ、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池について、以下に説明する。
【００４４】
図７に示すように、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池２００（以下、単に「燃料電池２００」という。）は、ケース部材１と、当該ケース部材１に収容された構造体列２、２、２、２と、通電防止手段としての第１接触防止部材７３、７３、７３（以下、「気液分離膜７３、７３、７３」、又は、「気液分離膜７３ａ」、「気液分離膜７３ｂ」、「気液分離膜７３ｃ」ということがある。）、及び、第２接触防止部材７４、７４（以下、「部材７４、７４」という。）と、を備える。燃料電池２００において、構造体列２、２、２、２、及び、気液分離膜７３、７３、７３は、部材７４、７４の上に配置され、気液分離膜７３、７３、７３は、ケース部材１の一対の側面と接触する形態で配設される。そして、ケース部材１に収容された気液分離膜７３ａの長手方向中央部が第１構造体列２ａ及び第２構造体列２ｂにより狭持され、気液分離膜７３ｂの長手方向中央部が第２構造体列２ｂ及び第３構造体列２ｃにより狭持され、気液分離膜７３ｃの長手方向中央部が第３構造体列２ｃ及び第４構造体列２ｄにより狭持されている。
【００４５】
燃料電池２００では、隣接する構造体列２、２、２、２が気液分離膜７３、７３、７３によって隔離される。かかる形態とすることにより、隣接する構造体列２、２の間を水（例えば、生成水等）が移動する事態を回避でき、隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できる。したがって、燃料電池２００によれば、短絡を防止できる。
【００４６】
加えて、燃料電池２００では、部材７４、７４の上に、構造体列２、２、２、２が配置される。このようにすることで、構造体列２、２、２、２の底面とケース部材１の底面とが接触しない形態で、構造体列２、２、２、２を配置することができる。燃料電池１００と同様に、燃料電池２００の運転時にも水が生成され、この生成水は、ケース部材１の重力方向下側、すなわち、ケース部材１の底面に溜まると考えられる。ところが、燃料電池２００では、通電防止手段としての部材７４、７４によって、構造体列２、２、２、２の底面とケース部材１の底面との間に空間を確保している。それゆえ、かかる形態とすることにより、部材７４、７４の部品点数の増加を抑制しつつ、ケース部材１の底面に溜まった水を介して隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５とが電気的に接続することを防止できる。したがって、燃料電池２００によれば、短絡を防止できる。
【００４７】
３．第３実施形態
図８は、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す斜視図である。図８の点線矢印は長手方向を、図８の直線矢印は重力方向を、それぞれ示している。図８において、図１〜図６に示す部材と同様の構成を採るものには、図１〜図６で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図１〜図８を参照しつつ、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池について、以下に説明する。
【００４８】
図８に示すように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池３００（以下、単に「燃料電池３００」という。）は、ケース部材１と、当該ケース部材１に収容された構造体列２、２、２、２と、通電防止手段としての気液分離膜３、３、３と、を備える。燃料電池３００において、構造体列２、２、２、２は、ケース部材１の底面と接触する形態で配設され、気液分離膜３、３、３は、ケース部材１の底面及び一対の側面と接触する形態で配設されている。そして、気液分離膜３ａの長手方向中央部が第１構造体列２ａ及び第２構造体列２ｂにより狭持され、気液分離膜３ｂの長手方向中央部が第２構造体列２ｂ及び第３構造体列２ｃにより狭持され、気液分離膜３ｃの長手方向中央部が第３構造体列２ｃ及び第４構造体列２ｄにより狭持されている。
【００４９】
燃料電池３００では、隣接する構造体列２、２、２、２が気液分離膜３、３、３によって隔離される。かかる形態とすることにより、隣接する構造体列２、２の間を水（例えば、生成水等）が移動する事態を回避でき、隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できる。したがって、燃料電池３００によれば、短絡を防止できる。
【００５０】
加えて、燃料電池３００では、ケース部材１の底面及び一対の側面と接触する形態で、気液分離膜３、３、３が配設されている。燃料電池３００が車両に搭載されると、車両走行時に生じる力によって、ケース部材１の内側に存在する水がケース部材１の底面を移動すると考えられる。ところが、燃料電池３００では、気液分離膜３、３、３がケース部材１の底面及び一対の側面と接触するように配設されるので、当該気液分離膜３、３、３によって、気液分離膜３、３、３の厚み方向へ透過しようとする水の移動を遮断することができる。それゆえ、かかる形態とすることにより、ケース部材１の底面を移動する水を介して隣接する構造体列２、２の一方の構造体列２に備えられる第１集電体２５又は第２集電体２６と、他方の構造体列２に備えられる第２集電体２６又は第１集電体２５との電気的接続を防止できるので、燃料電池３００によれば、短絡を防止できる。
【００５１】
燃料電池１００、２００、３００（以下、これらをまとめて「本発明にかかる燃料電池」という。）において、気液分離膜３、７３は、厚み方向へ液体を通過させずに気体を通過させる機能を有し、かつ、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質により構成されていれば、その形態は特に限定されない。気液分離膜３、７３を構成する材料の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を挙げることができる。本発明で使用される気液分離膜３、７３の具体例としては、テフロン（米国デュポン社製。「テフロン」は米国デュポン社の登録商標。）、ポリフロン（ダイキン工業株式会社製。「ポリフロン」はダイキン工業株式会社の登録商標。）、ネオフロン（ダイキン工業株式会社製。「ネオフロン」はダイキン工業株式会社の登録商標。）、ダイフロン（ダイキン工業株式会社製。「ダイフロン」はダイキン工業株式会社の登録商標。）、フルオン（旭硝子フルオロポリマーズ社製。「フルオン」は旭硝子フルオロポリマーズ社の登録商標。）、アフロン（旭硝子株式会社製。「アフロン」は旭硝子株式会社の登録商標。）等を挙げることができる。
なお、構造体の表面が電子伝導性物質によって構成されるか否かに関わらず、隣接する構造体列に備えられる構造体間の通電を防止し得る形態とする等の観点からは、絶縁性物質によって構成される気液分離膜を用いることが好ましい。
【００５２】
本発明に関する上記説明では、一対の構造体列２、２によって一の気液分離膜３、７３が狭持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く、二以上の気液分離膜が一対の構造体列によって狭持される形態とすることも可能である。ただし、水の移動の遮断性を向上させつつ、気液分離膜の数を低減して生産性を向上させ得る形態とする等の観点からは、一対の構造体列２、２によって一の気液分離膜が狭持される形態とすることが好ましい。
【００５３】
本発明において、接触防止部材４、７４は、構造体列２を上に配置した場合であっても、ケース部材１の底面と接触しない形態で構造体列２を配設可能な形状を維持し、かつ、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質によって構成されていれば、その形態は特に限定されない。接触防止部材４、７４を構成する材料の具体例としては、各種の絶縁性樹脂等を挙げることができる。
さらに、本発明において、接触防止部材４、７４によって確保される、構造体列２の底面とケース部材１の底面との間隔は、燃料電池の運転時にケース部材１の底面に水が溜まった場合でも、当該水と構造体列２の底面とが接触しない間隔であれば、特に限定されるものではない。当該間隔は、例えば、８［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下とすることができる。
【００５４】
また、本発明において、ケース部材１は、空気流通用の開口部を有し、かつ、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質により構成されていれば、その形態は特に限定されない。ケース部材１を構成する材料の具体例としては、各種絶縁性樹脂のほか、アルミニウムやチタン等に代表される金属を挙げることができる。
【００５５】
本発明に関する上記説明では、ケース部材１に四の構造体列２、２、２、２が収容された形態を例示したが、本発明にかかる燃料電池に備えられる構造体列の数は、二以上であれば、特に限定されるものではない。
さらに、図１、図７、及び、図８では、各構造体列２、２、２、２に三十六のモジュール５、５、…が備えられる形態を示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明にかかる燃料電池の構造体列に備えられる構造体は、二以上の適当な数とすることができる。
【００５６】
また、本発明にかかる燃料電池に備えられる電解質膜２０は、ＰＥＦＣで使用可能な、プロトン伝導性ポリマーを含有する固体高分子膜であれば、その形態は特に限定されるものではない。電解質膜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。
【００５７】
本発明にかかる燃料電池において、第１電極２１及び第２電極２２は、上記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。
【００５８】
本発明にかかる燃料電池において、拡散層２４は、厚み方向へ気体を拡散させる機能を有し、かつ、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質により構成されていれば、その形態は特に限定されない。拡散層２４は、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。
また、本発明に関する上記説明では、第２電極２２の外周面に拡散層２４が配設され、第１電極２１の内周面には拡散層が配設されていない形態を例示したが、本発明にかかる燃料電池に備えられ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。第１電極及び第２電極へ反応ガスを均一に供給可能にする等の観点からは、第１電極の内周面及び第２電極の外周面に拡散層が配設される形態とすることが好ましい。なお、必要とされる発電性能が得られる場合には、第１電極の内周面及び第２電極の外周面に拡散層が備えられないチューブ型セルが備えられる形態とすることも可能である。
【００５９】
本発明にかかる燃料電池において、外部集電板１２、第１集電体２５、及び、第２集電体２６（以下、これらをまとめて「集電体」という。）は、良好な電子伝導性を有する材料によって構成されることが好ましく、当該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。
また、本発明に関する上記説明では、第１電極２１の内側に、一の部材からなる第１集電体２５が配設され、当該第１集電体２５の外周面に形成された複数の凹部２７、２７、…を介して、第１電極２１へ水素が供給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。本発明の燃料電池にチューブ型セルが備えられる場合、当該チューブ型セルを構成する第１集電体は、複数の線材によって構成されていても良い。第１集電体が複数の線材によって構成される場合には、当該複数の線材と第１電極との間に形成される隙間を、水素流路として機能させることができる。
【００６０】
本発明において、熱媒体管１１は、本発明にかかる燃料電池の運転時にチューブ型セル１０、１０と熱交換可能であるとともに、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質により構成され、かつ、内部に熱媒体流通用の空間を備えていれば、その形態は特に限定されるものではない。ただし、集電効率を向上させ得る形態とする等の観点からは、電子伝導性を有する物質により構成されることが好ましい。熱媒体管１１を構成し得る電子伝導性材料の具体例としては、銅、アルミニウム、銀、金、白金等の金属を挙げることができる。熱媒体管１１が電子伝導性材料によって構成される場合には、漏電を防止する等の観点から、熱媒体管１１の内部に絶縁性の熱媒体を流通させることが好ましい。なお、熱媒体管１１が銅によって構成される場合には、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。
【００６１】
本発明において、ケース６は、空気流通用の開口部１８、１８、…を有し、かつ、本発明にかかる燃料電池の運転時の環境に耐え得る性質を有する物質により構成されていれば、その形態は特に限定されない。ケース６を構成する材料の具体例としては、各種絶縁性樹脂のほか、アルミニウムやチタン等に代表される金属を挙げることができる。
【００６２】
本発明にかかる燃料電池において、ケース６に収容されるチューブ型セル１０の数は、チューブ型セル１０、１０、…を電気的に並列に接続することにより、本発明にかかる燃料電池に必要とされる電流値に到達し得る数であれば特に限定されるものではない。ケース６に収容されるチューブ型セル１０、１０、…の数は、例えば、数十〜百数十程度とすることができる。
【００６３】
本発明に関する上記説明では、ケース６に、端部ケース６ｘ、端部ケース６ｚ、及び、ケース本体６ｙが備えられる形態を例示したが、モジュール５に備えられるケース６は上記形態に限定されるものではなく、複数のチューブ型セル１０、１０、…を収容可能な複数の部材を備えていれば良い。本発明における、ケースの他の形態例としては、ケースに収容されるチューブ型セル１０、１０、…の軸方向略中央で分割／連結可能な２個の部材によって構成される形態等を挙げることができる。
【００６４】
また、本発明に関する上記説明では、ケース６に凹部９、９、９、及び、凸部１７、１７、…が備えられるとともに、端部ケース６ｘ及び端部ケース６ｚのそれぞれに、開口部１３及び開口部１４を一の部材で囲むことが可能なガスケット１５が備えられる形態のモジュール５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、隣接するモジュール５、５の間を流れる空気の量を低減し、モジュール５の内側へ流入する空気の量を増大させることで、モジュール５の発電性能を向上させ得る形態とする等の観点からは、凹部９、９、９、凸部１７、１７、…、及び、ガスケット１５、１５が備えられる形態のモジュール５とすることが好ましい。さらに、モジュール５、５、…の位置決めを容易にすることで、構造体列を組み立てる際の生産効率を向上させ得る形態とする等の観点からは、凹部９、９、９、及び、凸部１７、１７、…が備えられる形態のモジュール５とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】燃料電池１００の形態例を概略的に示す斜視図である。
【図２】モジュール５の形態例を概略的に示す正面図である。
【図３】モジュール５の形態例を概略的に示す側面図である。
【図４】モジュール５の形態例を概略的に示す平面図である。
【図５】チューブ型セル１０の形態例を概略的に示す正面図である。
【図６】チューブ型セル１０の形態例を示す概略図である。
【図７】燃料電池２００の形態例を概略的に示す斜視図である。
【図８】燃料電池３００の形態例を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…ケース部材
２…構造体列
２ａ…第１構造体列
２ｂ…第２構造体列
２ｃ…第３構造体列
２ｄ…第４構造体列
３、３ａ、３ｂ、３ｃ…気液分離膜（第１接触防止部材、通電防止手段）
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…第２接触防止部材（通電防止手段）
５…モジュール（構造体）
６…ケース
６ｘ、６ｚ…端部ケース
６ｙ…ケース本体
７…孔
８…凸部
９…凹部
１０…チューブ型セル（チューブ型燃料電池セル）
１１…熱媒体管
１２…外部集電板
１３、１３ｘ、１３ｚ…冷媒流通用の開口部
１４、１４ｘ、１４ｚ…水素流通用の開口部
１５…ガスケット
１６…凹部
１７…凸部
１８…空気流通用の開口部
１９…ポッティング材注入用の開口部
２０…電解質膜
２１…第１電極
２２…第２電極
２３…ＭＥＡ（膜電極複合体）
２４…拡散層
２５…第１集電体
２６…第２集電体
２７…凹部（水素流路）
７３、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ…気液分離膜（第１接触防止部材、通電防止手段）
７４…第２接触防止部材（通電防止手段）
１００、２００、３００…燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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