JP4303672B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、電圧測定用の複数の端子を備えた燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack having a plurality of terminals for voltage measurement.
燃料ガスとしての水素と酸素(空気)とを電気化学的に反応させて起電力を得る燃料電池スタックは、電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される膜電解質構造体を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ている。このように、燃料電池スタックはセパレータを複数積層して構成されているので、燃料電池スタックの運転時においては、各セパレータが正常な状態にあるかどうかを監視するために、各セパレータに取付けた電圧測定用の端子を介して各セパレータの電圧(起電力)を測定して監視している。 A fuel cell stack that obtains an electromotive force by electrochemically reacting hydrogen and oxygen (air) as fuel gas with an electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode by means of a separator. It is configured by stacking a plurality of sandwiched so-called single cells. Thus, since the fuel cell stack is configured by stacking a plurality of separators, the fuel cell stack is attached to each separator to monitor whether each separator is in a normal state during operation of the fuel cell stack. The voltage (electromotive force) of each separator is measured and monitored via a voltage measurement terminal.
また、前記燃料電池スタックを、例えば燃料電池自動車に搭載する場合には、使用環境が屋外なので防水性の確保が重要であり、燃料電池スタックのスタックケース上に突出している電圧測定用の各端子周りに防水手段を設けた燃料電池スタックが提案されている(例えば、特許文献1)。 Further, when the fuel cell stack is mounted on, for example, a fuel cell vehicle, it is important to ensure waterproofness because the usage environment is outdoor, and each terminal for voltage measurement protruding on the stack case of the fuel cell stack There has been proposed a fuel cell stack provided with waterproof means around (for example, Patent Document 1).
前記特許文献1の燃料電池スタックでは、防水手段としての弾性を有するパッキンに形成した複数の貫通孔に各端子を挿入して、このパッキンを上方から押しつぶすように弾性変形させて各端子周りを防水するようにしている。
ところで、前記特許文献1の燃料電池スタックでは、弾性を有するパッキンを上方から押しつぶして弾性変形させ、端子周りを防水するようにしているので、パッキンに対して大きな力をかける作業が必要となり、作業性のさらなる向上が望まれていた。 By the way, in the fuel cell stack of Patent Document 1, since the elastic packing is crushed from above to be elastically deformed and waterproof around the terminals, it is necessary to apply a large force to the packing. Further improvement in sex was desired.
そこで、本発明は、各端子周りの防水作業を作業性よく容易に行うことができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can easily perform waterproofing work around each terminal with good workability.
前記目的を達成するために請求項1に係る本発明は、電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される膜電極構造体をセパレータにより挟持した単セルを複数積層することにより構成されたスタックと、前記スタックを収容するスタック容器と、前記各セパレータの一端面または前記各セパレータのうちの所定間隔ごとに位置するセパレータの一端面から前記スタック容器の表面にそれぞれ延びると共に前記単セルの積層方向に沿って配置される突起状の電圧測定用の端子と、前記各端子の先端側をそれぞれ挿入してコネクタ部に電気的に接続させるための複数の挿通孔を形成した凸状の端子挿入部を有するコネクタ本体と、前記スタック容器の表面上の前記各端子と前記コネクタ本体の前記端子挿入部との間に介装される防水手段と、を備えた燃料電池スタックであって、前記防水手段は、前記端子挿入部が入るこの端子挿入部の形状にほぼ応じた凹状部を有すると共に、前記凹状部の底面に前記各端子が挿通される前記端子の断面形状よりも小さい形状の複数のシール挿入孔が前記各端子の間隔に応じて形成された弾性材料からなるシール部材と、前記シール部材の外周面が当接するようにして収納する凹状の収納部を有すると共に、前記収納部の底面に前記各端子が挿通される複数の挿通孔が前記各端子の間隔に応じて形成されたケーシングと、を備え、前記シール部材には、前記凹状部の内壁面の周方向に沿って連続した突起部が形成され、前記突起部が、前記凹状部に挿入される前記端子挿入部の外周面に対して気密状態で密着するように構成され、前記シール挿入孔が、弾性拡張して前記端子に対して気密状態で密着するように構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is configured by laminating a plurality of single cells each having a membrane electrode structure sandwiched between separators by an electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode. stack and a stack container for containing said stack, said of the single cells with each extending on a surface of said stack container from one end surface of the separator which is positioned at predetermined intervals within the one end face or each separator the separator Protruding terminals in which a plurality of projecting voltage measuring terminals arranged along the laminating direction and a plurality of insertion holes for inserting the tip ends of the respective terminals and electrically connecting the terminals are formed. a connector body having an insertion portion, is interposed between the terminal insertion portion of said connector body and the terminals on the surface of said stack container waterproof A waterproof cell stack, wherein the waterproof means has a concave portion substantially corresponding to the shape of the terminal insertion portion into which the terminal insertion portion is inserted, and each terminal is provided on the bottom surface of the concave portion. a seal member having a plurality of sealing insert hole of smaller shape than the cross-sectional shape of the terminal to be inserted is made of a resilient material formed in accordance with the spacing of the respective terminals, the outer peripheral surface of said seal member so as to abut and it has a concave housing part for accommodating Te, and a casing formed in accordance with a plurality of insertion holes in which the respective terminals are inserted into the bottom surface of the containing portion interval of the respective terminals, the seal member , the projection portion which is continuous along the circumferential direction of the inner wall surface of the concave portion is formed, the protrusions, so that close contact in an airtight state with respect to the outer peripheral surface of the terminal insertion portion inserted into the recess And the above-mentioned Le insertion hole, is characterized in that it is configured to contact airtightly to the terminal is elastically expanded.
請求項1に記載の発明によれば、シール部材の凹状部にコネクタ本体の端子挿入部を押し入れるだけで、端子挿入部が弾性変形自在な突起部に気密状態で密着され、また、各端子は各シール挿入孔を弾性拡張させて挿通されることにより、各端子が各シール挿入孔に気密状態で密着される。 According to the first aspect of the present invention, the terminal insertion part is brought into close contact with the elastically deformable protrusion by simply inserting the terminal insertion part of the connector body into the concave part of the seal member, and each terminal Each of the terminals is brought into close contact with each of the seal insertion holes in an airtight state by being elastically expanded through each of the seal insertion holes.
また、請求項2に係る本発明は、突起部が凹状部の内壁面に複数設けられていることを特徴としている。
The present invention according to
請求項2に記載の発明によれば、コネクタ本体の端子挿入部に複数の突起部が気密状態で密着するので、より高い防水性を確保することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the plurality of protrusions are in close contact with the terminal insertion portion of the connector body in an airtight state, higher waterproofness can be ensured.
請求項1に記載の発明によれば、シール部材の凹状部にコネクタ本体の端子挿入部を押し入れるだけで、端子挿入部が弾性変形自在な突起部に気密状態で密着され、また、各端子は各シール挿入孔を弾性拡張させて挿通されることにより、各端子が各シール挿入孔に気密状態で密着されるので、各端子周りの防水作業を作業性よく容易に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, the terminal insertion part is brought into close contact with the elastically deformable protrusion by simply inserting the terminal insertion part of the connector body into the concave part of the seal member, and each terminal Since each seal insertion hole is elastically expanded and inserted, each terminal is brought into close contact with each seal insertion hole in an airtight state, so that waterproof work around each terminal can be easily performed with good workability.
請求項2に記載の発明によれば、コネクタ本体の端子挿入部に複数の突起部が気密状態で密着することにより、各端子周りの防水をより高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, the plurality of protrusions are brought into close contact with the terminal insertion portion of the connector main body in an airtight state, whereby the waterproofing around each terminal can be further enhanced.
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの上部近傍を示す概略分解斜視図である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing the vicinity of the upper part of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック1は、スタック容器2の上面に突出するようにして一定間隔で一列に設置した電圧測定用の複数の端子3と、各端子3の先端側が電気的に接続されるコネクタ部4cを有するコネクタ本体4と、各端子3周りを一括して防水するための防水部材5を備えている。スタック容器2内には、図2に示すように、図示しない膜電極構造体を挟持したセパレータ6が複数積層された状態で収納されており、本実施形態では、一つおき毎の各セパレータ6の上端面に前記端子3の基端側がそれぞれ接続されている。各端子3のセパレータ6側の基部3aは、樹脂で被覆して絶縁処理されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 according to this embodiment includes a plurality of
図1、図3に示すように、コネクタ本体4の各端子3と対向する下面には、コネクタ本体4内のコネクタ部4cに前記各端子3を電気的に接続させるための複数のスリット状の挿通孔4aを有する凸状の端子挿入部4bが一体に形成されている。前記挿通孔4aは、各端子3の間隔に合わせて形成されている。図4に示すように、挿通孔4aは、端子3が挿通され易いにように先端下面側に向けて広く開口している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the lower surface of the
コネクタ本体4内には、各端子3が着脱自在に接続されるコネクタ部4cを介してスタック容器2内の積層された各セパレータ6の電圧を順に連続して測定する電圧測定部(不図示)が設けられており、この電圧測定部で測定された測定値(電圧値)は、ハーネス(不図示)を介して電圧値を監視するECU(不図示)に入力される。
In the
防水部材5は、図1、図3に示すように、スタック容器2上に突出している各端子3周囲とコネクタ本体4の端子挿入部4b周囲の間に配置される横長状のケーシング7と、ケーシング7の上面側に形成した前記各端子3が一括して入る横長凹状の収納部7a内に密着状態に嵌められる弾性材からなる横長状のシール部材8とで構成されている。ケーシング7の収納部7a内の下面には、各端子3の間隔に合わせて端子3が挿通されるスリット状の複数の挿通孔7bが形成されている。図4に示すように、挿通孔7bは、端子3が挿通され易いにように先端下面側に向けて広く開口している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図1、図4、図5に示すように、シール部材8の上面側には、コネクタ本体4の端子挿入部4bが入るこの端子挿入部4bの形状にほぼ応じた凹状部8aが形成されており、凹状部8aの内壁面には、その周方向に沿って上下2箇所に連続した突起部8bが一体に形成されている。各突起部8bは、挿入される端子挿入部4bの外周面が気密状態で密着するように、凹状部8a内の内側に向けて突出している。また、凹状部8aの下面には、各端子3の間隔に合わせて端子3が挿通される複数のスリット状のシール挿入孔8cが形成されている。各シール挿入孔8cは、端子3の基部3aの断面形状よりも少し狭く形成されている。
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, a
シール部材8を形成する弾性材料としては、例えば、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ノボルネンゴム、天然ゴム、その他熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
Examples of the elastic material forming the sealing
次に、前記防水部材(ケーシング7、シール部材8)5による各端子3周りの防水構造について説明する。まず、図1、図4、図6に示すように、スタック容器2上に突出している各端子3に、ケーシング7の各挿通孔7bを挿通してケーシング7の下面をスタック容器2上に当椄させ、ケーシング7の収納部7a内にシール部材8を嵌める。
Next, a waterproof structure around each
この際、図6〜図8に示すように、シール部材8の各シール挿入孔8cに端子3が挿通されるが、シール部材8は弾性を有しているので、各シール挿入孔8cは端子3の基部3aの挿通により少し押し広げられて端子3の基部3aを気密状態で密着する。
At this time, as shown in FIGS. 6 to 8, the
そして、図4、図6、図7に示すように、コネクタ本体4の端子挿入部4bとシール部材8の凹状部8aの位置を合わせて、コネクタ本体4の端子挿入部4bをシール部材8の凹状部8a内に押し入れる。この際、凹状部8a内で各突起部8bが突出しているので、コネクタ本体4の端子挿入部4bが凹状部8a内に押し入れられると、弾性を有する各突起部8bの先端部が端子挿入部4bの外面に圧接して、端子挿入部4bが気密状態で密着する。そして、図1に示すように、コネクタ本体4の四隅を各ねじ9でスタック容器2上に固定する。
4, 6, and 7, the
このように、本実施形態に係る燃料電池スタック1では、コネクタ本体4の端子挿入部4bをシール部材8の凹状部8a内に押し入れるだけで、各端子3の基部3aがシール部材8の各シール挿入孔8cに気密状態で密着され、さらに、コネクタ本体4の端子挿入部4bがシール部材8の凹状部8a内の2箇所の各突起部8bにより気密状態で密着されることにより、各端子3周りの防水作業を容易に行うことができ、しかも、各端子3周りを一括して確実に防水することができる。
As described above, in the fuel cell stack 1 according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、一つおき毎の各セパレータ6の上面に電圧測定用の端子3を設けていたが、複数積層された全ての各セパレータの上面に電圧測定用の端子を設けている燃料電池スタックにおいても、同様に本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the voltage measuring
1 燃料電池スタック
2 スタック容器
3 端子
3a 基部
4 コネクタ本体
4a 挿通孔
4b 端子挿入部
4c コネクタ部
5 防水部材(防水手段)
6 セパレータ
7 ケーシング(防水手段)
7a 収納部
8 シール部材(防水手段)
8a 凹状部
8b 突起部
8c シール挿入孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
8a
Claims (2)
前記防水手段は、前記端子挿入部が入るこの端子挿入部の形状にほぼ応じた凹状部を有すると共に、前記凹状部の底面に前記各端子が挿通される前記端子の断面形状よりも小さい形状の複数のシール挿入孔が前記各端子の間隔に応じて形成された弾性材料からなるシール部材と、前記シール部材の外周面が当接するようにして収納する凹状の収納部を有すると共に、前記収納部の底面に前記各端子が挿通される複数の挿通孔が前記各端子の間隔に応じて形成されたケーシングと、を備え、
前記シール部材には、前記凹状部の内壁面の周方向に沿って連続した突起部が形成され、
前記突起部が、前記凹状部に挿入される前記端子挿入部の外周面に対して気密状態で密着するように構成され、
前記シール挿入孔が、弾性拡張して前記端子に対して気密状態で密着するように構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。 A stack configured by stacking a plurality of unit cells each having a membrane electrode structure sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode by a separator, a stack container for accommodating the stack, and each separator one end face or the terminals for the voltage measurement protruding arranged along the stacking direction of the unit cells with each extending from one end surface of the separator which is positioned at predetermined intervals on the surface of said stack container out of the separator When the connector body having a convex terminal insertion portions having a plurality of insertion holes at the tip side for electrically connecting the connector portion is inserted each of the terminals, wherein on a surface of said stack container A fuel cell stack comprising waterproof means interposed between each terminal and the terminal insertion portion of the connector body,
The waterproof means has a concave portion substantially corresponding to the shape of the terminal insertion portion into which the terminal insertion portion is inserted, and has a shape smaller than the cross-sectional shape of the terminal through which each terminal is inserted into the bottom surface of the concave portion. a seal member having a plurality of sealing insertion hole is formed of a resilient material formed in accordance with the spacing of the respective terminals, with the outer peripheral surface of said seal member has a concave housing part for housing so as to abut against said housing A plurality of insertion holes through which the respective terminals are inserted in the bottom surface of the part, and a casing formed according to the interval between the respective terminals,
Wherein the sealing member, protrusions continuously along the circumferential direction of the inner wall surface of the concave portion is formed,
The protrusion is configured to be tightly adhered to the outer peripheral surface of the terminal insertion portion inserted into the concave portion in an airtight state,
The fuel cell stack , wherein the seal insertion hole is configured to be elastically expanded and tightly contact with the terminal in an airtight state .
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。 A plurality of the protrusions are provided on the inner wall surface of the concave part.
The fuel cell stack according to claim 1.
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