(57)【要約】【課題】端子ごとに個別に防水部材を設けることなく、複数の端子からなる端子群をまとめて防水することができる。【解決手段】端子１３を挿通するための複数の貫通孔が下面から上面に向かって貫通するように形成されているパッキン１９と、このパッキン１９の側面を包囲し、かつ下面を支持するパッキン収納部２２を有するとともに、前記端子１３を前記パッキン収納部２２内に導くための複数の貫通孔を有するケーシング２１と、前記パッキン１９を上方から押圧する押圧面１６ｂを有するコネクタ部材１６とで構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセパレータが積層され、その各セパレータの一端面から延在する端子を備える燃料電池であって、
前記端子を挿通するための複数の貫通孔が下面から上面に向かって貫通するように形成されているパッキンと、このパッキンの側面を包囲し、かつ下面を支持するパッキン収納部を有するとともに、前記端子を前記パッキン収納部内に導くための複数の貫通孔を有するケーシングと、前記パッキンを上方から押圧する押圧面を有するコネクタ部材とを備えることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、特に、その各セルの電圧測定に用いる端子やコネクタの防水構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した膜電極構造体を、良好な導電性を有する金属やカーボン製のセパレータにより挟持した、いわゆる単セルを複数積層することにより構成された燃料電池が知られている。燃料電池においては、アノード側電極に供給された燃料ガスは、触媒電極上でイオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソード側電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。こうした電気エネルギを取り出し続けるには、各セルが良好に機能している必要がある。
【０００３】
このような燃料電池の運転時において各セルが正常な状態にあるかどうかを知るために、各セルを構成するセパレータ間の電圧測定を行っている。例えば、下記特許文献１に記載された燃料電池では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようにセパレータ１１Ａに形成された端子１９Ｂにソケット状のコネクタ２７Ａを差し込むことによりその電圧が測定されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３３９８２８号公報（第３頁、第８，９図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池では、外部から進入する水分によるセル間の短絡を回避するために、端子周りに防水を施さなければならない。しかしながら、積層されたセパレータの数に等しい、数百もある端子ごとに個別に防水部材を設けるには、煩雑を極める。
そこで、本発明の課題は、端子ごとに個別に防水部材を設けることなく、複数の端子からなる端子群をまとめて防水することができる防水機構を備えた燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、複数のセパレータが積層され、その各セパレータの一端面から延在する端子を備える燃料電池であって、前記端子を挿通するための複数の貫通孔が下面から上面に向かって貫通するように形成されているパッキンと、このパッキンの側面を包囲し、かつ下面を支持するパッキン収納部を有するとともに、前記端子を前記パッキン収納部内に導くための複数の貫通孔を有するケーシングと、前記パッキンを上方から押圧する押圧面を有するコネクタ部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の燃料電池では、セパレータから延在する端子が、ケーシングの貫通孔、ケーシングのパッキン収納部に収納されたパッキンの貫通孔及びコネクタ部材の貫通孔をこの順番で貫いている。そして、パッキン収納部に収納されたパッキンの上面は、コネクタ部材の押圧面で上方から押圧されている。このように押圧されたパッキンは、パッキンの下面がパッキン収納部で支持されているので、押しつぶされて横嵩を増している。その一方で、パッキンの側面は、パッキン収納部で包囲されているので、パッキンの貫通孔に受け入れられている端子の周囲はパッキンと密着する。その結果、端子周りの防水の実効性があがることになる。このようにして端子周りに防水を施すにあたって、パッキンが複数の端子をまとめてシールするので、端子の防水構造を簡単にすることができる。また、端子とパッキンとを密着させるために、パッキンを上方から押しつぶす構造になっているので、防水構造を薄くすることができ、その結果、燃料電池を小型化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池の詳細について説明する。
参照する図面において、図１は本発明に係る燃料電池を示す分解斜視図、図２は、端子周りの部分拡大斜視図、図３（ａ）は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ線における矢視図、図４（ａ）は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＹ−Ｙ線における矢視図である。
【０００９】
図１に示すように、燃料電池ＦＣは、図示しない膜電極構造体を挟み込むセパレータ１１が複数積層されるとともに、これらが燃料電池ボックスＢに収納されて構成されている。また、この燃料電池ＦＣは、隣り合うセパレータ１１間の電圧を測定するためのコネクタモジュール１２を備えている。
【００１０】
セパレータ１１には、その上端面から上方に向かって端子１３が延在している。複数のセパレータ１１に形成される複数の端子１３は、これらのセパレータ１１が積層された状態において、所定個数の端子１３を一塊とした複数の端子群１３Ａに分けられている。ここで図２を併せて参照すると明らかなように、この端子群１３Ａを構成する端子１３は、隣り合うセパレータ１１から延びるもの同士が所定間隔で交互にずらされて２筋の列を形成している。そして、これら複数の端子１３は、セパレータ１１から延びるその基部１４が樹脂で被覆されている。
【００１１】
コネクタモジュール１２は、端子群１３Ａの各端子１３に接続されるコネクタ１５を一体に有するコネクタ部１６（コネクタ部材）と、このコネクタ部１６よりも狭い幅で形成される本体部１７とを有している。
コネクタ部１６のセパレータ１１と向き合う面、すなわちコネクタ部１６の下面には、後記するケーシング２１に形成されるパッキン収納部２２に嵌合し得る凸条１６ａが形成されている。この凸条１６ａは、その上面で後記するパッキン収納部に収納されたパッキンの上面を押圧するもの（押圧面）である。以下、この上面を「押圧面１６ｂ」という。そして、このコネクタ部１６には、押圧面１６ｂからコネクタ１５方向に向けて貫通する複数の貫通孔１６ｃ（図４（ａ）参照）が形成されている。この貫通孔１６ｃは、端子群１３Ａを構成する端子１３の配列に合わせて形成されており、後記するように、端子１３は、この貫通孔を介してコネクタ１５と接続されるようになっている。
【００１２】
本体部１７内には、コネクタ部１６の各コネクタ１５から検出された各セパレータ１１間の電圧を測定する回路基板１８が設けられている。この回路基板１８で測定された電圧は、ハーネスＨを介してその電圧を処理するＥＣＵ（図示せず）に出力される。
【００１３】
この燃料電池ＦＣは、さらに端子１３周りを防水するための防水機構を備えている。この防水機構は、パッキン１９と、ケーシング２１とを備えている。
このパッキン１９には、下面から上面に向かってこのパッキンを貫く貫通孔１９ａが形成されている。この貫通孔１９ａは、端子群１３Ａを構成する端子１３の配列に合わせて形成されており、各端子１３が挿通されるようになっている。
【００１４】
このパッキン１９には、弾性材料を使用することができ、この弾性材料としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＦＫＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ、ＦＶＭＱ）、ウレタンゴム（ＡＵ、ＥＵ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ、ＥＣＯ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ノボルネンゴム（ＮＯＲ）、天然ゴム、その他熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００１５】
ケーシング２１は、パッキン１９の形状を略象った形状の凹部からなるパッキン収納部２２を備えている。したがって、パッキン収納部２２は、これに収納されたパッキン１９の下面をその底面で支持するとともに、パッキン１９の側面をその内壁で包囲するようになっている。また、ケーシング２１には、パッキン収納部２２に収納されたパッキン１９の前記した貫通孔１９ａの延長線上で、貫通孔２１ａを備えている。この貫通孔２１ａを介して、前記端子１３は、パッキン収納部２２内に導かれる。
【００１６】
次に、端子１３へのコネクタモジュール１２の取付工程を示しながら、端子１３周りの防水方法について説明する。
ここで再び図１を参照すると、まず、各端子１３をケーシング２１の各貫通孔２１ａに挿通するとともに、ケーシング２１を燃料電池ボックスＢにネジ２３で固定する。固定されたケーシング２１のパッキン収納部２２では、貫通孔２１ａに挿通された端子１３が、パッキン収納部２１ａの底面から上方に向けて突出する。
【００１７】
次いで、突出した端子１３をパッキン１９の貫通孔１９ａに差し込むようにして、パッキン１９をパッキン収納部２２に収納する。このとき、図３（ａ）に示すように、端子１３の先端は、パッキン１９から上方に向けて突出するとともに、樹脂で被覆された端子の基部１４は、パッキン１９の貫通孔１９ａ内に配置される。そして、パッキン１９の下面は、パッキン収納部２２の底面に支持されるとともに、パッキン１９の側面は、図３（ｂ）を併せて参照すると明らかなように、パッキン収納部２２の内壁に包囲されている。なお、このとき、端子１３の周囲では、パッキン１９との間に間隙Ａｐが形成されている。
【００１８】
次に、図４（ａ）に示すように、パッキン１９から突出する端子１３をコネクタ部１６の貫通孔１６ｃに差し込むようにして、コネクタモジュール１２を端子群１３Ａに取り付ける（図１参照）。そして、コネクタモジュール１２の平面形状と同じ形状の平板からなる蓋体２５を介してネジ２４でコネクタモジュール１２を燃料電池ボックスＢに固定すると、コネクタ部１６の押圧面１６ｂは、パッキン１９を上方向から押しつぶす。このとき、パッキン１９の下面は、パッキン収納部２２の底面に支持されているので、パッキン１９が押しつぶされるにしたがって、パッキン１９の横幅が広がる。その一方で、パッキン１９の側面がパッキン収納部２２の側壁に包囲されているので、パッキン１９は、図４（ｂ）に示すように、端子１３の周囲の間隙を埋めていく。その結果、端子１３とパッキン１９とは密着するので、たとえ、燃料電池ＦＣが水に晒されても、端子１３の基部１４からコネクタモジュール１２内に水が浸入することは避けられる。したがって、セル間の短絡が防止されるとともに、回路基板１８への水の浸入が防止される。
【００１９】
このような燃料電池ＦＣによれば、パッキン１９が端子群１３Ａを構成する端子１３のそれぞれをまとめてシールするので、端子の防水構造を簡単にすることができるとともに、端子１３とコネクタ１５との接続を簡便に行うことができる。
また、この燃料電池ＦＣは、端子１３とパッキン１９とを密着させるために、パッキン１９を上方から押しつぶす構造になっているので、コネクタモジュール１２の総厚を薄くすることができ、その結果、燃料電池ＦＣを小型化することができる。
【００２０】
以上、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。本実施の形態では、パッキン１９を端子群１３Ａにおける端子１３の配列に応じて、一対配置したが、パッキン１９の個数はこれに限定されるものではない。すなわち、パッキン１９の個数は、端子群１３Ａの配列に応じて適宜に設定すればよく、例えば、端子群１３Ａが１列に並んだ端子１３で構成されている場合には、１つのパッキン１９が配置されていればよい。
【００２１】
また、コネクタ部１６の押圧面１６ｂは、凸条１６ａの上面に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、押圧面１６ｂが、パッキン収納部２２に収納されたパッキン１９の上面を押圧するものであればよい。したがって、例えば、パッキン１９の厚みをパッキン収納部２２の深さより厚く設定することによって、パッキン１９の上面近傍がパッキン収納部２２から上方に向けて突出するようにパッキン１９を配置するとともに、コネクタ部１６のセパレータ１１と向き合う面を平坦面としてもよい。
また、コネクタモジュール１２の本体部１７には、測定した電圧を処理するＥＣＵが組み込まれた回路基板１８を配置してもよい。このような回路基板１８を配置すれば、ハーネスＨ内のケーブル数を少なくすることができるので、ハーネスＨの外径を細くすることができ、燃料電池をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の燃料電池によれば、端子ごとに個別に防水部材を設けることなく、複数の端子からなる端子群をまとめて防水することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池を示す分解斜視図である。
【図２】端子周りの部分拡大斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ線における矢視図ある。
【図４】図４（ａ）は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＹ−Ｙ線における矢視図ある。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、従来の燃料電池におけるセルの端子とその端子に接続されるコネクタとの接続構造を示す概略図である。
【符号の説明】
ＦＣ　　　　　　燃料電池
１１　　　　　　セパレータ
１３　　　　　　端子
１６　　　　　　コネクタ部
１６ｂ　　　　　押圧面
１９　　　　　　パッキン
２１　　　　　　ケーシング
２２　　　　　　パッキン収納部
【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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