[发明专利]管状燃料电池模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及管状燃料电池模块及其制造方法。更具体地，本发明 涉及已经改进了密封可靠性的管状燃料电池模块及该管状燃料电池模 块的制造方法。

背景技术

近年来，为了将每单元的输出密度至少提高一定水平，对管状燃 料电池(下文中也称为“管状PEFC”)进行了大量的研究。管状PEFC 的单元电池(下文中也称为“管状电池”)通常包括薄膜电极组件(MEA)， 其具有中空电极层和在该中空电极层的两侧(即，内侧和外侧)设置的催 化剂层。然后，将通过向MEA内侧供给包含氢的气体和向MEA外侧 供给包含氧的气体所引起的电化学反应产生的电能通过布置在MEA 内侧和外侧上的集电器从单元电池提取。也就是说，在管状PEFC中， 通过向中的MEA的内侧供给一种反应气体(例如，含有氢的气体)和向 设在各单元电池中的MEA的外侧供给另一种反应气体(例如，含有氧 的气体)提取发出的电能，这意味着可向两个相邻单元电池的外表面供 给相同的反应气体。因此，管状PEFC无需传统平板状燃料电池所需并 且用来分离气体的分离器，这能够有效地使单元电池制作得更小。

例如，PCT申请公开的日本国际阶段申请No.2004-505417描述了 与这种管状PEFC相关的技术。更具体地，所述技术与燃料电池相关， 其中微电池的所有构件构造在单个纤维组件内。所述技术能够产生高 密度的能量输出，从而使电化学电池设备(即，管状燃料电池)的体积最 小。

管状电池的电解质薄膜在预定温度范围内(例如，约80摄氏度的 范围内)具有质子导电能力。因此，当管状PEFC运行时，电解质薄膜 的温度必须保持在该温度范围内。这样，对于具有管状电池的管状 PEFC模块，为了将管状电池或形成管状电池一部分的电解质薄膜的温 度保持在适当的范围内，至少在管状电池内外侧中的一侧上布置传热 管，并且通过使用流过传热管的加热/冷却介质加热或冷却管状电池来 调节管状电池的温度。

这样，在管状PEFC(模块)中，除了含有氢的气体和含有氧的气体 之外，还使用加热/冷却介质，所以在例如管状电池或构成管状电池一 部分的MEA的端部必须设置将气体从加热/冷却介质分开的密封部分。 例如，在所述的管状PEFC模块中，如PCT申请公开的日本国际阶段 申请No.2004-505417中描述的管状PEFC模块中，提供一个密封部分 用于分离两种反应气体，提供另一密封部分用于将反应气体与加热/冷 却介质分开，并且提供再一密封部分用于将加热/冷却介质与周围空气 分开。

但是，当具有PCT申请公开的日本国家阶段申请No.2004-505417 中所述结构的管状PEFC操作时，由于以管状电池和传热管等为代表的 构成元件的温度升高，所以管状电池和传热管膨胀。因此，具有复杂 密封结构(其中具有许多密封部分)的管状PEFC内的密封往往变得不太 可靠。

发明内容

因此，本发明提供一种具有改进的密封可靠性的管状燃料电池模 块以及该管状燃料电池模块的制造方法。

因此，本发明的一方面涉及一种管状燃料电池模块，所述管状燃 料电池模块设有管状燃料电池的管状电池和传热管，选择性地加热和 冷却所述管状电池的加热/冷却介质流过所述传热管，其特征在于：所 述传热管包括第一笔直部分、第二笔直部分和弯曲部分，所述弯曲部 分将所述第一笔直部分与所述第二笔直部分连接；并且所述管状电池 的至少一部分布置在所述第一笔直部分和所述第二笔直部分中的至少 一个笔直部分上，其中将所述传热管的入口和出口相对于管状电池的 轴向方向的中心定位于同一侧使得将反应气体与加热/冷却介质分开的 密封部分能够只形成在所述入口和出口所在的一侧上。

一种管状燃料电池模块可设有中空MEA和传热管，选择性地加热 和冷却所述MEA的加热/冷却介质流过所述传热管；所述传热管包括 第一笔直部分、第二笔直部分和弯曲部分，所述弯曲部分将所述第一 笔直部分与所述第二笔直部分连接；并且所述MEA布置在所述第一笔 直部分的外周表面和所述第二笔直部分的外周表面中的至少一个外周 表面上。