(57)【要約】【課題】高温多湿となる機器内の電気配線を気密性と絶縁性を確保した状態で、機器外に引き出すことができる好ましい配線引き出し構造を提供する。【解決手段】気密なハウジング２１内に収容され、高温多湿雰囲気となる機器１内に設けられた複数本の電気配線２５を機器外に引き出す配線引き出し構造であって、前記ハウジングに設けられ、複数本の電気配線を一括して機器外に導く管体３０と、機器外においてこの管体に連結されると共に、胴部に複数の継手３７を設けた筒状の気密端子３２を備える。複数本の電気配線が、管体内を通して気密端子内に導入され、気密端子内において、各電気配線にそれぞれビニル被覆電線２７が接続される。各ビニル被覆電線が各継手を通して外部に引き出されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密なハウジング内に収容され、高温多湿な雰囲気となる機器に設けられた電気配線を外部に引き出す配線引き出し構造であって、
前記ハウジングに設けられ、複数本の前記電気配線を一括して機器外に導く管体と、機器外においてこの管体に連結されると共に、胴部に複数の継手を設けた筒状の気密端子を備え、
複数本の前記電気配線が、前記管体内を通して前記気密端子内に導入され、当該気密端子内において、各々の前記電気配線にそれぞれビニル被覆電線が接続されると共に、各ビニル被覆電線が各々継手を通して外部に引き出されていることを特徴とする配線引き出し構造。
【請求項２】
前記管体と前記気密端子がシール部材を介在して分離可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の配線引き出し構造。
【請求項３】
前記電気配線と前記ビニル被覆電線が圧着端子にて接続され、且つ、少なくともその接続部分が絶縁部材にて被覆されていることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の配線引き出し構造。
【請求項４】
前記気密端子の後端部にドレンバルブが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の配線引き出し構造。
【請求項５】
前記機器が燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の電線引き出し構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等の高温多湿雰囲気となる機器内の電気配線を気密性と絶縁性を確保しつつ、機器外に引き出すことができる配線引き出し構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、燃料電池のように機内が高温多湿雰囲気となる機器内の電気配線には、およそ６００℃以上の高温雰囲気下において優れた耐熱性と絶縁性を確保できるように、ガラス、アルミナ、シリカ、石英等の耐熱性セラミック繊維を編組した絶縁クロスにて被覆された導線が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような、耐熱性の絶縁クロスで被覆された電気配線を機器外に引き出す場合、特許文献１では、外皮をアルミナ等による筒状の硝子で被覆・保護された電気配線を燃料電池を収容する缶体の通孔から引き出すと共に、この通孔と筒状硝子との隙間を硝子ウール等で閉鎖することで、缶内の気密を確保する構造が採られている。
【０００４】
また、別の方法として、図７に示すように、機器本体が収容される気密ハウジング５０に、例えば、ＳＵＳ管のような耐熱性に優れる金属管５１を設け、この金属管５１内を通して絶縁クロスで被覆された電気配線５２を機器外に引き出すと共に、電気配線５２が引き出される金属管５１の開放端部をシリコーンシーラント等のシール部材５３で封鎖する構造が採られる。
【０００５】
ところが、上述した絶縁クロスの素材は、ポーラス構造であって気密性に欠けるため、ハウジング５０内を完全な気密状態に保持することは難しく、特に、図７の場合のように、１本の金属管５１から複数本の電気配線５２を一括して外部に引き出す場合は、金属管５１の開放端部をシール部材５３で完全に封鎖したとしても、電気配線５２間の隙間を通してハウジング内が外部と連通してしまうため、機器の気密性を確保するのは極めて困難なことであった。
また、ハウジング内の湿気がポーラスな絶縁クロスに浸透し、機器外の低温（すなわち、常温）雰囲気下において冷やされて水分となって配線同士を短絡させるという可能性も有していた。
【特許文献１】特開２００６−３２３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み成されたもので、高温多湿となる機器内の電気配線を気密性と絶縁性を確保した状態で機器外に引き出すことができる好ましい配線引き出し構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の配線引き出し構造は、気密なハウジング内に収容され、高温多湿な雰囲気となる機器に設けられた電気配線を機器外に引き出す配線引き出し構造であって、前記ハウジングに設けられ、複数本の前記電気配線を一括して外部に導く管体と、機器外においてこの管体に連結されると共に、胴部に複数の継手を設けた筒状の気密端子を備え、複数本の前記電気配線が、前記管体内を通して前記気密端子内に導入され、当該気密端子内において、各々の前記電気配線にそれぞれビニル被覆電線が接続されると共に、各ビニル被覆電線が各々継手を通して外部に引き出されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配線引き出し構造において、前記管体と前記気密端子がシール部材を介在して分離可能に連結されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の配線引き出し構造において、前記電気配線と前記ビニル被覆電線が圧着端子にて接続され、且つ、少なくともその接続部分が絶縁部材にて被覆されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の電線引き出し構造において、前記気密端子の後端部にドレンバルブが設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の電線引き出し構造において、前記機器が燃料電池であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜５に記載の発明によれば、常温雰囲気となる機器外に位置する気密端子内においては、耐熱性に劣るビニル被覆電線が使用可能であり、このビニル被覆の優れた耐湿性により、ビニル被覆電線間や周辺金属体間の絶縁性を確実に確保することが可能となる。
加えて、これらビニル被覆電線を１本ずつ継手を通して外部に引き出す際、継手内において継手のフェルールとビニル被覆電線とが密に接触することにより、気密端子内の気密を確実に確保することができ、その結果、機器内の高温多湿雰囲気（燃料電池の場合は排ガス）が気密端子を通して外部に漏れ出ることを防止できる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば、管体と気密端子を分離することにより、電気配線とビニル被覆線の接続作業は容易に行えるものであり、且つ、管体と気密端子がシール部材を介して連結されるため、組み立て後の気密端子内の気密性は確実に確保される。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明によれば、電気配線とビニル被覆電線が圧着端子にて接続され、且つ、接続部分が絶縁部材にて被覆されているので、電線接続部分の気密性と絶縁性は確実に確保される。 
【００１５】
また、請求項４に記載の発明によれば、気密端子の後端部にドレンバルブを設けたので、機器内の高温多湿雰囲気が管体を通して気密端子内に浸入し、気密端子内において冷却されて水となって底部に溜まった場合は、ドレンバルブにて排出することができるため、水分によるビニル被覆線の劣化や、それに起因する配線間の短絡事故を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る配線引き出し構造の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池モジュールを示し、図２は計装用ケーブルの構造を示し、図３、図５は気密端子の内部構造を示し、図４は継手の内部構造を示し、図６は燃料電池スタックの構成を示している。
【００１７】
図１において、符号１は固体酸化物形燃料電池（燃料電池モジュール）である。符号２０はモジュール缶体、符号２１は内部缶体で、モジュール缶体２０と内部缶体２１の間に断熱材２２が介装されている。内部缶体２１は、缶内を気密状態に保持している。この内部缶体２１内のほぼ中央に積層方向を縦にして筒状の燃料電池スタック１０が配設され、その下端部が底板２３に固定されている。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、図６に示すように、酸素イオン伝導性から成る固体電解質層２の両面に燃料極層３と空気極層４を配した発電セル５と、燃料極層３の外側の燃料極集電体６と、空気極層４の外側の空気極集電体７と、各集電体６、７の外側のセパレータ８を順番に積層したものである。
【００１９】
固体酸化物形燃料電池では、運転時（発電時）、反応用のガスとして空気極層４に酸素（空気)が供給され、燃料極層３に燃料ガス (Ｈ2、ＣＯ、ＣＨ4等) が供給される。空気極層４と燃料極層３は、ガスが固体電解質層２との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。
【００２０】
空気極層４に供給された酸素は、空気極層４内の気孔を通って固体電解質層２との界面近傍に到達し、この部分で空気極層４から電子を受け取って酸素イオン（Ｏ2-）にイオン化される。この酸素イオンは、燃料極層３に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極層３との界面近傍に到達した酸素イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2Ｏ：高温水蒸気、ＣＯ2等）を生じ、燃料極層３に電子を放出する。
この電子を別ルートの外部回路（図示せず）にて起電力として取り出すことができる。上記発電反応は、作動温度６００〜８００℃の高温雰囲気下において行われるため、燃料電池スタック１０が収容される内部缶体２１内の雰囲気は高温多湿の状態となっている。
【００２１】
本実施形態では、内部缶体１の底板２３より金属管３０が垂設されており、その一端部が内部缶体２１内に開口していると共に、他端側は断熱材２２、モジュール缶体２０を貫通して外部に突出している。そして、外部に突出したこの金属管３０の下端開口部には、気密端子３２の上端開口部がフランジ３１を介して分離可能に連結されている。尚、金属管３０として、耐熱性、耐酸化性に優れるＳＵＳ管が用いられている。
【００２２】
また、本実施形態では、図３に示すように、上記フランジ３１として、超高真空装置の排気用等に広く用いられるＮＷフランジが用いられ、金属管３０と気密端子３２との接続部分はセンタリング付きＯリング３３にて確実にシールされている。また、クランプ３４の操作により上記接続部分の接続と締め付けを簡単に行うことができるようになっている。
【００２３】
上記気密端子３２は、ＳＵＳ製の有底筒状体で成り、この筒状の気密端子３２の外周部に複数の取付孔３６が設けられ、これらの取付孔３６に継手３７の後端部が差し込まれ、差し込み部分が溶接により固定されている。これら継手３７は、気密端子３２の軸線方向に対して斜め下向きに取り付けられている。
また、この気密端子３２の後端部（下端部）には、ドレンバルブ３５が設けられ、コック３５ａの操作により、底部に溜まった水分を簡単に排出できるようになっている。
【００２４】
この気密端子３２は、断熱材２２により内部缶体２１内の高温雰囲気が遮断されたモジュール外の常温雰囲気下に位置している。
【００２５】
他方、燃料電池モジュール１においては、燃料電池スタック１０の所定の各部位より電圧測定用（例えば、運転制御のためのセル電圧監視用）の計装ケーブル２５（電気配線）が複数本引き出され、更に、これらの計装ケーブル２５が上述した金属管３０内を通してモジュール外方に引き出されている。
【００２６】
計装ケーブル２５は、内部缶体２１において６００℃以上の高温、且つ多湿雰囲気下において優れた耐熱性と絶縁性を保持できるよう、図２に示すように、芯部の導線がガラスやアルミナ等の耐熱性セラミック繊維を編組した絶縁クロスで被覆されており、且つ、電線引き出し部分においては、この絶縁クロスの上にアルミナ等による保護用の絶縁管２６が被着されている。また、導線として、水蒸気酸化性等、耐高温酸化性に優れるＮｉ線が用いられている。
【００２７】
この計装ケーブル２５（絶縁クロス被覆電線）が、複数本上記した金属管３０内を通して気密端子３２内に導入され、当気密端子３２内において、それぞれビニル被覆電線２７に変換されると共に、これらビニル被覆電線２７が各々継手３７を通して１本づつ外部に引き出されている。
【００２８】
ここで、上述した電線種の変換部分２４においては、図２に示すように、計装ケーブル２５の導線２５ａとビニル被覆電線２７の導線２７ａとが、圧着端子２８にて可締め接続され、その接続部分が絶縁部材２９（例えば、熱収縮チューブ）にて被覆されている。また、必要であれば、この絶縁部材２９の上に溶着型絶縁テープを巻いて養生するようにしても良い。
【００２９】
また、上記継手３７は、図４に示すように、気密端子３２に溶接された雄ナット４０と、その先端部分に螺着される雌ナット４１（袋ナット）とで構成され、雌ナット４１内には、プラスチック（例えば、ポリ四フッ化エチレン製）で成る鍔状のバックフェルール４２と円錐状のフロントフェルール４３による一対のフェルールが内装されている。
【００３０】
配線引き出し作業においては、上記ビニル被覆電線２７が雌ナット４１の口部４１ａ側より挿入され、フェルール４２、４３の孔４２ａ、４３ａを通して雄ナット４０より気密端子３２内に導入される。このビニル被覆電線２７は、気密端子３２の上端開口部より外部に引き出され、金属管３０を通して引き出された計装ケーブル２５との接続処理が行われる。この接続作業は、金属管３０と気密端子３２が分離された状態で行われる。
また、継手３７の雄ナット４０と雌ナット４１を締め付けてフロントフェルール４３の内面（孔４３ａ）を挿入されたビニル被覆電線２７の外面に密に接触させることで、継手３７において外部との気密性が確保される。
【００３１】
以上、本発明によれば、常温雰囲気となるモジュール外に位置する気密端子３２内においては、耐熱性の劣るビニル被覆電線２７の使用が可能であり、このビニル被覆の優れた耐湿性により、ビニル被覆電線２７間や周辺金属体間の絶縁性を確実に確保することができる。
加えて、これらビニル被覆電線２７が１本ずつ継手３７のフェルール４２、４３を通して外部に引き出されるようにしたので、継手３７内において、特にフェルール４３とビニル被覆電線２７とが密に接触することにより、継手３７の電線引き出し部分における気密性が保たれるため、気密端子３２内の気密を確実に確保することができる。その結果、内部缶体２１内の高温多湿な雰囲気が気密端子３２から継手３７を通して外部に漏れ出ることを防止できる。加えて、上記フェルール４２、４３がプラスチック製であるため、軟質のビニル被覆電線２７を用いても、その被覆部分を損傷させることなく強く密接させることができる。
【００３２】
また、フランジ３１のクランプ３４操作により、金属管３０から気密端子３２を分離することにより、計装ケーブル２５とビニル被覆電線２７の接続処理が容易に行えるものであり、且つ、金属管３０と気密端子３２がフランジ３１のＯリング３３を介して連結されるため、組み立て後の気密端子３２内の気密性は確実に確保されている。
【００３３】
また、気密端子３２内において、計装ケーブル２５とビニル被覆電線２７が圧着端子２８にて接続され、且つ、接続部分が絶縁部材２９にて被覆されているので、電線接続部分の気密性と絶縁性は確実に確保されている。 
【００３４】
また、気密端子３２の下端部にドレンバルブ３５を設けたので、内部管体２１内の高温多湿な雰囲気が金属管３０を通して気密端子３２内に浸入し、気密端子３２内において冷却されて水となってその底部に溜まった場合は、ドレンバルブ３５にて排出することができるため、長期使用にあたって生じる水によるビニル被覆線２７の劣化を防止し、それに起因する配線間の短絡事故を防止できる。
【００３５】
尚、上記実施形態では、図３に示すように、継手３７は気密端子３２の軸線方向に対して斜め下向きに取り付けられた場合を示したが、図５に示すように、気密端子３２を斜め上向きに取り付けるようにしても構わない。この場合は、気密端子３２内において、継手３７の取り付け部分（溶接部分）の上側に水分が残留するのを防止できるため、ドレンバルブ３５のコック操作により、筒内の水分を確実に排出できるというメリットがある。
【００３６】
また、本実施形態では、計装ーケーブル２５をモジュール外に誘導するための金属管３０を１本としたが、本数はこれに限定されるものではなく、ケーブル本数によっては複数設けることも勿論可能であるが、各々金属管３０には、少なくとも２本以上の計装ケーブル２５が導入されることが部品点数削減の面で望ましい。
【００３７】
また、本実施形態では、電圧測定用の計装ケーブル２５の引き出しについて説明したが、燃料電池出力用の電力ケーブルの引き出しについても当電線引き出し構造が適用できることは勿論である。
また、本発明による電線引き出し構造は上記した燃料電池に限らず、他の高温、多湿となる機器に適用可能なことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の概略構成を示す図。
【図２】計装用ケーブルの構造を示す図。
【図３】気密端子の内部構造を示し、（ａ）は一部断面の側面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図。
【図４】継手の内部構造を示す断面図。
【図５】図３とは別の気密端子の内部構造を示す図。
【図６】固体酸化物形燃料電池スタックの構成を示す分解斜視図。
【図７】従来例として示した配線引き出し構造を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１  燃料電池（固体酸化物形燃料電池）
２１  ハウジング（内部缶体）
２５  電気配線（計装ケーブル）
２７  ビニル被覆電線
２８  圧着端子
２９  絶縁部材（熱収縮チューブ）
３０  管体（金属管）
３２  気密端子
３３  シール部材（Ｏリング）
３５  ドレンバルブ
３７  継手
【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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