BR102018005661A2

BR102018005661A2 - unidade de célula de combustível

Info

Publication number: BR102018005661A2
Application number: BR102018005661A
Authority: BR
Inventors: Nakamura Ikuhiro; Kawamura Shuji
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-30
Also published as: CN108666605A; KR20180109699A; CN108666605B; US10828992B2; JP2018163846A; US20180272889A1; EP3382784B1; EP3382784A1; RU2677822C1; KR102024018B1; JP6673275B2

Abstract

a presente invenção refere-se a uma unidade de célula de combustível (2) que inclui uma pilha de célula de combustível (3), um reator (4), e um invólucro (5) que aloja a pilha de célula de combustível (3) e o reator (4). o invólucro (5) é proporcionado com uma placa intermediária (6) que divide um espaço dentro do invólucro (5) em um espaço superior (62) e um espaço inferior (61). a pilha de célula de combustível (3) é alojada no espaço inferior (61), com um predeterminado espaço de folga (sp1) proporcionado entre a placa intermediária (6) e a pilha de célula de combustível (3). o reator (4) é alojado no espaço superior (62) acima da pilha de célula de combustível (3), com uma porção superior do reator (4) fixada ao invólucro (5). um orifício perfurado (63) que é proporcionado na placa intermediária (6) em uma posição abaixo do reator (4). a porção inferior do reator (4) sendo voltada para o orifício perfurado (63).

Description

(54) Título: UNIDADE DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL (51) Int. Cl.: H01M 8/04; H01M 8/0258 (30) Prioridade Unionista: 27/03/2017 JP 2017061543 (73) Titular(es): TOYOTA JIDOSHA

KABUSHIKI KAISHA (72) Inventor(es): IKUHIRO NAKAMURA;

SHUJI KAWAMURA (85) Data do Início da Fase Nacional:

22/03/2018 (57) Resumo: A presente invenção refere-se a uma unidade de célula de combustível (2) que inclui uma pilha de célula de combustível (3), um reator (4), e um invólucro (5) que aloja a pilha de célula de combustível (3) e o reator (4). O invólucro (5) é proporcionado com uma placa intermediária (6) que divide um espaço dentro do invólucro (5) em um espaço superior (62) e um espaço inferior (61). A pilha de célula de combustível (3) é alojada no espaço inferior (61), com um predeterminado espaço de folga (Spl) proporcionado entre a placa intermediária (6) e a pilha de célula de combustível (3). O reator (4) é alojado no espaço superior (62) acima da pilha de célula de combustível (3), com uma porção superior do reator (4) fixada ao invólucro (5). Um orifício perfurado (63) que é proporcionado na placa intermediária (6) em uma posição abaixo do reator (4). A porção inferior do reator (4) sendo voltada para o orifício perfurado (63).

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “UNIDADE DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL”.

1. Campo da Invenção [001] Uma técnica a ser descrita pela presente especificação refere-se a uma unidade de célula de combustível. Mais particularmente, a presente especificação refere-se à técnica para reduzir um espaço que é necessário para proporcionar um espaço de folga dentro de um invólucro da unidade de célula de combustível. O espaço de folga aqui quer dizer uma distância extra a ser proporcionada entre um componente alojado no invólucro e uma superfície interna do invólucro, ou uma distância extra a ser proporcionada entre os componentes.

2. Descrição da Técnica Relacionada [002] Células de combustível têm atraído a atenção como uma fonte de energia elétrica para veículos. Por exemplo, Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2014-83875 (JP 2014-83875 A) descreve uma unidade de célula de combustível que é instalada em um compartimento dianteiro de um veículo. A referida unidade de célula de combustível tem um invólucro que aloja uma pilha de célula de combustível, e outro invólucro que aloja um componente elétrico (uma unidade de alta voltagem que gerencia a voltagem de saída da pilha de célula de combustível) é fixada no lado superior do referido invólucro.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] Veículos são sujeitos a restrições extremamente severas com relação ao espaço de instalação das partes, o que requer que todas as partes tenham a sua dimensão reduzida. Entretanto, um dispositivo elétrico requer que uma predeterminada distância extra (espaço de folga) seja proporcionada entre um componente alojado em um invólucro e uma superfície interna do invólucro ou entre os componentes. A unidade de célula de combustível de JP 2014-83875 A requer

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2/18 um espaço de folga entre a pilha de célula de combustível e a placa de topo (ou a placa de fundo) do invólucro, assim como entre a placa de topo (ou a placa de fundo) do outro invólucro e um componente elétrico dentro do invólucro. Assim, a unidade de célula de combustível de JP 2014-83875 A requer dois espaços para fixar os referidos espaços de folga na direção da altura. A presente especificação proporciona uma técnica para reduzir um espaço necessário para fixar um espaço de folga dentro de um invólucro da unidade de célula de combustível que inclui a pilha de célula de combustível e um componente elétrico associado com a referida pilha de célula de combustível.

[004] Uma unidade de célula de combustível a ser descrita pela presente especificação inclui a pilha de célula de combustível na qual a pluralidade de únicas células de combustível é empilhada, um componente elétrico que é eletricamente conectado à pilha de célula de combustível, e um invólucro que aloja a pilha de célula de combustível e o componente elétrico. O invólucro é proporcionado com uma placa intermediária que divide um espaço dentro do invólucro em um espaço superior e um espaço inferior. A pilha de célula de combustível é alojada no espaço inferior, com um predeterminado espaço de folga proporcionado entre a placa intermediária e a pilha de célula de combustível. O componente elétrico é alojado no espaço superior acima a pilha de célula de combustível, com uma porção superior do componente elétrico fixado ao invólucro. Um orifício perfurado que é suficientemente grande para a porção inferior do componente elétrico para passar através de é proporcionado na placa intermediária em uma posição abaixo do componente elétrico, e a porção inferior do componente elétrico voltada para o orifício perfurado. O componente elétrico pode ser diretamente fixado ao invólucro, ou pode ser fixado ao invólucro através de outro membro.

[005] Na unidade de célula de combustível acima, o componente

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3/18 elétrico é fixado na porção superior, e um espaço de folga é necessário no lado inferior do componente elétrico. A placa intermediária que divide o espaço dentro do invólucro está presente no lado inferior do componente elétrico, e a referida placa intermediária é proporcionada com o orifício perfurado que é suficientemente grande para a porção inferior do componente elétrico passar através. Assim, o espaço de folga no lado inferior do componente elétrico pode ser proporcionado entre o componente elétrico e a pilha de célula de combustível alojado no espaço inferior. Por outro lado, a pilha de célula de combustível é alojada no espaço inferior, com um predeterminado espaço de folga proporcionado entre a pilha de célula de combustível e a placa intermediária acima da pilha de célula de combustível. O espaço de folga no lado inferior do componente elétrico pode se sobrepor ao espaço de folga no lado superior da pilha de célula de combustível. Diferente da unidade de célula de combustível de JP 2014-83875 A, a unidade de célula de combustível descrita pela presente especificação não requer proporcionar de modo separado os referidos espaços de folga. A unidade de célula de combustível descrita pela presente especificação pode reduzir o espaço necessário para proporcionar um espaço de folga para a pilha de célula de combustível e um espaço de folga entre componentes elétricos dentro do invólucro.

[006] O componente elétrico pode ser tipicamente um reator de um conversor de voltagem que foi configurado para mudar a saída de voltagem pela pilha de célula de combustível.

[007] Para distribuir a carga em um conversor de voltagem, uma pluralidade de conversores de voltagem conectados em paralelo um com o outro é algumas vezes usada. Nesse invólucro, uma pluralidade de reatores é necessária. Um grande orifício perfurado que permite a passagem de porções inferiores dos referidos reatores é necessário na placa intermediária do invólucro. Entretanto, o invólucro tem um papel

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4/18 de aplicar uma carga para a pilha de célula de combustível ao longo da direção de empilhamento da célula. Proporcionar um grande orifício perfurado na placa intermediária pode reduzir a rigidez do invólucro que suporta a carga aplicada à pilha de célula de combustível. Como uma solução, um orifício perfurado que é alongado na direção de empilhamento da célula pode ser proporcionado na placa intermediária, e os reatores podem ser estruturados ao longo da direção do lado longo do orifício perfurado. O referido orifício perfurado alongado na direção de empilhamento da célula pode evitar reduzir a rigidez do invólucro na direção de empilhamento (a direção de empilhamento de células únicas de combustível).

[008] Pelo menos uma primeira nervura que inclui pelo menos uma porção que se estende ao longo da direção do lado longo pode ser proporcionada em uma superfície superior da placa intermediária, em cada lado do orifício perfurado alongado na direção do lado curto do mesmo. Ademais, (i) a pelo menos uma primeira nervura circunda o orifício perfurado, ou (ii) a pelo menos uma primeira nervura pode incluir duas primeiras nervuras, e as extremidades das duas primeiras nervuras na direção do lado longo são conectadas a uma superfície interna do invólucro. As primeiras nervuras aumentam a resistência do invólucro, assim como evitam que gotículas de água que tenham caído na placa intermediária caiam através do orifício perfurado sobre a pilha de célula de combustível.

[009] Uma vez que o reator é um componente que gera calor durante a operação, uma passagem de fluxo de refrigerante para resfriar o reator pode ser necessária dentro do invólucro. No referido invólucro, é desejável que, mesmo se um líquido refrigerante vaze a partir da passagem de fluxo de refrigerante, o referido refrigerante que vaza é impedido de cair através do orifício perfurado sobre a pilha de célula de combustível. Para esse fim, a estrutura a seguir pode ser adotada.

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A passagem de fluxo de refrigerante é proporcionada dentro do invólucro, acima dos reatores. Os reatores são fixados a uma placa de fundo da passagem de fluxo que fecha o lado inferior da passagem de fluxo de refrigerante. Duas segundas nervuras que se estendem ao longo da direção do lado longo são proporcionadas na superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo. As primeiras nervuras acima descritas são localizadas entre as duas segundas nervuras, abaixo da placa de fundo da passagem de fluxo. Nessa configuração, qualquer refrigerante que vaze a partir de entre superfícies de junção de uma parede lateral da passagem de fluxo de refrigerante e a placa de fundo da passagem de fluxo cai sobre a placa intermediária por correr para baixo do lado de fora da segunda nervura da placa de fundo da passagem de fluxo. Uma vez que o refrigerante que vaza cai em uma posição no lado de fora da primeira nervura (o lado oposto a partir do orifício perfurado), o refrigerante que cai não irá cair através do orifício perfurado sobre a pilha de célula de combustível.

[0010] A placa de fundo da passagem de fluxo pode adicionalmente incluir a configuração a seguir. A pluralidade de barbatanas que se estendem ao longo da direção do lado longo é proporcionada em uma superfície superior da placa de fundo da passagem de fluxo. Uma terceira nervura que se estende na direção do lado curto é proporcionada entre os reatores adjacentes, na superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo. De acordo com a referida configuração, a resistência da placa de fundo da passagem de fluxo é aumentada pelas barbatanas e pelas terceiras nervuras que se estendem de modo a intersectar uma com a outra. Na medida em que as barbatanas e as terceiras nervuras limitam a deformação da placa de fundo da passagem de fluxo, o refrigerante é menos provável de vazar a partir da passagem de fluxo de refrigerante.

[0011] Uma extremidade inferior do componente elétrico pode ser

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6/18 localizada a um nível igual ou mais alto do que a superfície inferior da placa intermediária, e a distância entre a extremidade inferior do componente elétrico e a superfície inferior da placa intermediária pode ser mais curta do que a predeterminada distância.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] Características, vantagens, significância técnica e industrial das modalidades exemplificativas da presente invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo, nos quais numerais similares denotam elementos similares, e em que:

[0013] a figura 1 é um diagrama de bloco de um veículo elétrico que inclui a unidade de célula de combustível;

[0014] a figura 2 é uma vista seccionada de um invólucro de uma unidade de célula de combustível;

[0015] a figura 3 é uma vista em perspectiva de um reator;

[0016] a figura 4 é uma vista em perspectiva do invólucro, uma placa intermediária, o reator, e a placa de fundo da passagem de fluxo; [0017] a figura 5 é uma vista em perspectiva da placa de fundo da passagem de fluxo e a pluralidade de reatores como visto a partir de um lado obliquamente inferior;

[0018] a figura 6 é uma vista seccionada da placa de fundo da passagem de fluxo e os reatores como cortados ao longo da direção do lado longo da placa de fundo da passagem de fluxo; e [0019] a figura 7 é uma vista seccionada que ilustra um exemplo modificado do formato das barbatanas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [0020] A unidade de célula de combustível de uma modalidade será descrita com referência aos desenhos. Primeiro, um circuito elétrico da unidade de célula de combustível será descrito com referência à figura 1. A figura 1 é um diagrama de bloco de um veículo elétrico 100 que inclui a unidade de célula de combustível 2. A unidade de céPetição 870180022968, de 22/03/2018, pág. 66/82

7/18 lula de combustível 2 inclui a pilha de célula de combustível 3, uma pluralidade de conversores de voltagem 10a a 10d e um capacitor de suavização 14. Embora a unidade de célula de combustível 2 também inclua uma bomba e outros componentes, os referidos não são mostrados nos desenhos.

[0021] Os conversores de voltagem 10a a 10d são conectados em paralelo um com o outro. Os conversores de voltagem 10a a 10d mudam a voltagem de saída da pilha de célula de combustível 3. Especificamente, os conversores de voltagem 10a a 10d elevam a voltagem de saída da pilha de célula de combustível 3. Os conversores de voltagem 10a a 10d cada um dos quais inclui um reator 4, um elemento de comutação 12 e um diodo retificador 13. O reator 4 é conectado a uma linha de eletrodo positivo da pilha de célula de combustível 3. O diodo retificador 13 é conectado no lado do reator 4 mais próximo de uma bateria secundária 91 (a ser descrita posteriormente). O diodo retificador 13 é conectado em uma tal direção que a corrente flui a partir do reator 4 para a bateria secundária 91. O elemento de comutação 12 é conectado a uma linha entre o reator 4 e o diodo retificador 13, e uma linha de eletrodo negativo de modo que o elemento de comutação 12 é disposto entre as linhas. Quando o elemento de comutação 12 é operado a uma relação de trabalho adequada, a energia elétrica com uma voltagem elevada é emitida para a bateria secundária 91 de acordo com a relação de trabalho.

[0022] O capacitor de suavização 14 é conectado em paralelo aos conversores de voltagem 10a a 10d, no lado de saída do mesmo. O capacitor de suavização 14 cancela a pulsação da corrente de saída dos conversores de voltagem 10a a 10d.

[0023] Um inversor 93 é conectado no lado de saída dos conversores de voltagem 10a a 10d. Um motor de tração 94 é conectado ao lado de corrente alternada do inversor 93. Um conversor bidirecional

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DC-DC 92 é conectado entre o lado de saída dos conversores de voltagem 10a a 10d e o inversor 93. A bateria secundária 91 é conectada no lado mais afastado do conversor bidirecional DC-DC 92. O inversor 93 converte energia de corrente contínua em energia de corrente alternada e emite a referida energia de corrente alternada para o motor 94. O inversor 93 também funciona para converter a energia de corrente alternada gerada pelo motor 94 (energia regenerada) em energia de corrente contínua.

[0024] O conversor bidirecional DC-DC 92 tem funções de elevação e de redução. A função de elevação é uma função de elevar a voltagem de saída da bateria secundária 91 e fornece essa voltagem de saída ao inversor 93. A função de redução é uma função de reduzir a voltagem de energia regenerada que foi gerada pelo motor 94 e convertida pelo inversor 93 a partir de energia de corrente alternada em energia de corrente contínua, e fornecer essa energia regenerada para a bateria secundária 91. O inversor 93 converte a energia de corrente contínua enviada a partir do conversor bidirecional DC-DC 92 e a unidade de célula de combustível 2 em energia de corrente alternada adequada para acionar o motor 94, e emite a referida energia de corrente alternada. Como descrito acima, em alguns casos, o inversor 93 converte a energia de corrente alternada gerada pelo motor 94 durante a desaceleração do veículo (energia regenerada) em energia de corrente contínua.

[0025] A constante de tempo de uma mudança em saída da pilha de célula de combustível 3 é mais longa do que a constante de tempo necessária para o motor de tração 94. Em outras palavras, a velocidade da resposta da saída da pilha de célula de combustível 3 é menor do que a velocidade da resposta necessária para o motor 94. A bateria secundária 91 é proporcionada para compensar a energia elétrica emitida pela pilha de célula de combustível 3 e para absorver energia eléPetição 870180022968, de 22/03/2018, pág. 68/82

9/18 trica extra da pilha de célula de combustível 3. Como descrito acima, a bateria secundária 91 também armazena a energia regenerada.

[0026] Como mostrado na figura 1, a unidade de célula de combustível 2 inclui a pilha de célula de combustível 3, e os reatores 4 eletricamente conectados à pilha de célula de combustível 3. No a seguir, o arranjo da pilha de célula de combustível 3 e os reatores 4 dentro de um invólucro da unidade de célula de combustível 2 e a estrutura do referido invólucro será descrita.

[0027] A figura 2 é uma vista seccionada de um invólucro 5 da unidade de célula de combustível 2. O invólucro 5 é dividido em um invólucro inferior 5a que aloja a pilha de célula de combustível 3 e um invólucro superior 5b conectado no lado superior do invólucro inferior 5a. O invólucro inferior 5a é proporcionado com uma placa intermediária 6 que divide um espaço dentro do invólucro 5 em um espaço inferior 61 e um espaço superior 62. A placa intermediária 6 é formada por fundição de alumínio integralmente com o invólucro inferior 5a. Alternativamente, a placa intermediária 6 pode ser uma parte separada a partir do invólucro inferior 5a. No referido invólucro, a placa intermediária 6 é firmemente fixada ao invólucro inferior 5a.

[0028] A pilha de célula de combustível 3 é uma pilha na qual a pluralidade de células únicas de combustível 31 (vide a figura 4) é empilhada. O invólucro inferior 5a (invólucro 5) tem um papel de aplicar uma carga à pilha de célula de combustível 3 a partir de ambos os lados na direção de empilhamento das células únicas de combustível. A placa intermediária 6 serve como um membro de aumento de resistência que suprime a deformação do invólucro inferior 5a quando o invólucro inferior 5a aplica uma carga à pilha de célula de combustível 3. [0029] Os conversores de voltagem 10a a 10d mostrados na figura 1 e vários outros componentes são alojados no invólucro superior 5b (isto é, o espaço superior 62). Os elementos de comutação 12 e os

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10/18 diodos retificadores 13 mostrados na figura 1 são alojados na embalagem de resina. Uma pilha 21 da pluralidade de embalagens é alojada no espaço superior 62. Os reatores 4 são também alojados no espaço superior 62. Os reatores 4 são estruturados na direção X no sistema de coordenada da figura 2. A estrutura dos reatores 4 será descrita posteriormente com referência à figura 4 e à figura 5.

[0030] Aqui, a estrutura do reator 4 será descrita com referência à figura 3. O reator 4 tem uma estrutura na qual uma mola em espiral 41 é enrolada em torno de um núcleo em forma de anel 42 em duas posições, e o núcleo 42 e as molas em espiral 41 são cobertas com uma cobertura de resina 43. Na figura 3, o núcleo 42 é indicado pelas linhas pontilhadas, na medida em que é coberto com a cobertura de resina 43 e invisível. Uma projeção 45 através da qual um parafuso para fixar o reator 4 é passado é proporcionada em três posições na cobertura de resina 43 (uma projeção 45 é localizada no lado de trás e, portanto, invisível na figura 3). Parte de cada mola em espiral 41 é exposta a partir da cobertura de resina 43. Toda a superfície de um lado (a superfície inferior na figura 3) de cada mola em espiral 41 é exposta a partir da cobertura de resina 43. Parte da superfície de outro lado (a superfície superior na figura 3) de cada mola em espiral 41 é exposta através de uma janela 43a proporcionada na cobertura de resina 43. A parte liderante 41a de cada mola em espiral 41 é mostrado na figura 3. [0031] Com referência de volta à figura 2, a estrutura do invólucro 5 e o arranjo dos reatores 4 no espaço superior 62 será adicionalmente descrito. O reator 4 mostrado na figura 3 é mostrado de cabeça para baixo na figura 2. Especificamente, os lados de baixo das molas em espiral 41 são expostos a partir da cobertura de resina 43 na figura 3, enquanto que os lados superiores das molas em espiral 41 são expostos na figura 2.

[0032] Uma passagem de fluxo de refrigerante 23 é formada acima

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11/18 do reator 4. A passagem de fluxo de refrigerante 23 é um espaço circundado por parte do invólucro superior 5b, um par de nervuras 51 que se salientam para dentro a partir do invólucro superior 5b, e a placa de fundo da passagem de fluxo 7. Um líquido refrigerante flui através da passagem de fluxo de refrigerante 23. As nervuras 51 formam as paredes laterais da passagem de fluxo de refrigerante 23. A placa de fundo da passagem de fluxo 7 está em contato com as superfícies inferiores das nervuras 51 através de um material de vedação ou uma gaxeta (nenhum dos dois é mostrado). Em outras palavras, a placa de fundo da passagem de fluxo 7 fecha o lado inferior da passagem de fluxo de refrigerante 23. O material de vedação ou a gaxeta evita que o refrigerante vaze a partir de entre as nervuras 51 e a placa de fundo da passagem de fluxo 7. Um inversor 22 que aciona a bomba de célula de combustível (não mostrado) é disposto na placa de topo do invólucro superior 5b que corresponde a uma placa superior da passagem de fluxo de refrigerante 23. O inversor 22 é termicamente acoplado a uma passagem de fluxo de refrigerante 23 através da placa de topo, e é resfriado pelo refrigerante que flui através da passagem de fluxo de refrigerante 23.

[0033] Os reatores 4 são fixados à superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo 7. Uma vez que a placa de fundo da passagem de fluxo 7 é fixada ao invólucro superior 5b, os reatores 4 são fixados ao invólucro superior 5b (isto é, o invólucro 5) através da placa de fundo da passagem de fluxo 7. A superfície lateral de cada mola em espiral 41 do reator 4 é termicamente conectada à placa de fundo da passagem de fluxo 7 através de uma folha de transferência de calor 24. A figura 4 é uma vista em perspectiva explodida do invólucro inferior 5a que aloja a pilha de célula de combustível 3, a placa intermediária 6, os reatores 4, e a placa de fundo da passagem de fluxo 7, como separado um do outro na direção de cima para baixo. A figura 5 é uma

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12/18 vista em perspectiva da placa de fundo da passagem de fluxo 7 e os reatores 4 como visto a partir do lado inferior na figura 4. A figura 6 é uma vista seccionada da placa de fundo da passagem de fluxo 7 e os reatores 4 como cortados ao longo de um plano XZ indicado na figura

6. No a seguir, a estrutura de instalação dos reatores 4 será descrita com referência à figura 4 e à figura 6 junto com a figura 2.

[0034] A pilha de célula de combustível 3 é alojada no invólucro inferior 5a (isto é, o espaço inferior 61). A pilha de célula de combustível 3 é uma pilha na qual as células únicas de combustível 31 são empilhadas. A direção X na figura 4 corresponde à direção de empilhamento das células únicas de combustível 31 (vide a figura 4). Nos outros desenhos também, a direção X no sistema de coordenada indicado no mesmo corresponde à direção de empilhamento das células únicas de combustível 31. O invólucro inferior 5a é proporcionado com uma placa de pressão 32 que aplica uma carga à pilha de célula de combustível 3. O invólucro 5 aplica uma carga na direção de empilhamento das células únicas de combustível 31 através da placa de pressão 32 para a pilha de célula de combustível 3. Uma extremidade da pilha de célula de combustível 3 na direção de empilhamento está em contato com uma superfície interna do invólucro inferior 5a, e a placa de pressão 32 aplica uma carga na pilha de célula de combustível 3 a partir do outro lado de extremidade.

[0035] Os reatores 4 são estruturados ao longo da direção X nos desenhos, e são fixados à superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo 7 que é longa na direção X. Como descrito acima, a projeção 45 é proporcionada em três posições na cobertura de resina do reator 4. Na figura 5, três parafusos de fixação 46 são ilustrados para apenas o reator 4 no lado esquerdo, embora os parafusos para os outros reatores 4 não sejam mostrados. O parafuso 46 que passou através da projeção 45 do reator 4 engata em um orifício de rosca da

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13/18 projeção 75 proporcionada na placa de fundo da passagem de fluxo 7, e o reator 4 é desse modo fixado à placa de fundo da passagem de fluxo 7 (vide a figura 5). Como mostrado na figura 5, não só as projeções 75 que correspondem ao reator 4 no lado esquerdo, mas também as que correspondem aos outros reatores 4 são proporcionadas.

[0036] As folhas de transferência de calor 24 são dispostas entre as molas em espiral 41 do reator 4 e a placa de fundo da passagem de fluxo 7. Como mostrado na figura 5, não só as folhas de transferência de calor 24 que correspondem ao reator 4 no lado direito, mas também as que correspondem aos outros reatores 4 são proporcionadas. As molas em espiral 41 do reator 4 são termicamente acopladas à placa de fundo da passagem de fluxo 7 através das folhas de transferência de calor 24. A pluralidade de barbatanas 72 é proporcionada na superfície superior da placa de fundo da passagem de fluxo 7, isto é, na superfície exposta à passagem de fluxo de refrigerante 23 (vide a figura 2 e a figura 4). As molas em espiral 41 do reator 4 geram calor quando a corrente flui através da mesma. O calor das molas em espiral 41 é eficientemente absorvido pelo refrigerante através das folhas de transferência de calor 24 e as barbatanas 72.

[0037] Como mostrado na figura 2, os reatores 4 são alojados no espaço superior 62 de modo a serem localizados acima da pilha de célula de combustível 3. A pilha de célula de combustível 3 é alojada no espaço inferior 61, com um predeterminado espaço de folga Sp1 proporcionado entre a placa intermediária 6 e a pilha de célula de combustível 3. Por outro lado, porções superiores dos reatores 4 são fixados à placa de fundo da passagem de fluxo 7, e há um espaço no lado inferior dos reatores 4. A placa intermediária 6 é proporcionada com um orifício perfurado 63 que é alongado na direção X (vide a figura 2 e a figura 4). O orifício perfurado 63 é proporcionado na placa intermediária 6 de modo a ser localizado abaixo dos reatores 4 (vide a

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14/18 figura 2 e a figura 4). O orifício perfurado 63 é pelo menos suficientemente grande para que as porções inferiores dos reatores 4 passam através. Os reatores 4 são dispostos de modo que as porções inferiores dos mesmos proximamente estão voltadas para o orifício perfurado 63. Em outras palavras, as superfícies inferiores dos reatores 4 estão voltadas para uma superfície superior da pilha de célula de combustível 3 através do orifício perfurado 63. A porção inferior do reator 4 quer dizer uma porção até uma predeterminada altura (por exemplo, 1 cm) a partir da extremidade inferior do reator.

[0038] O espaço de folga Sp1 entre a placa intermediária 6 e a pilha de célula de combustível 3 é um espaço de folga que é proporcionado de modo que a pilha de célula de combustível 3 não entra em contato com a placa intermediária 6. Quando um cabo etc., é passado através de cima da pilha de célula de combustível 3, o espaço de folga Sp1 é proporcionado também para proporcionar um espaço para o cabo etc. para passar através. Por outro lado, é também necessário se proporcionar um espaço de folga no lado inferior dos reatores 4 de modo que os reatores 4 não entram em contato com a placa intermediária 6, ou para permitir que o cabo etc. passe através de baixo dos reatores 4. O orifício perfurado 63 permite que o espaço de folga que deve ser proporcionado no lado inferior dos reatores 4 se sobreponha ao espaço de folga (espaço de folga Sp1) proporcionado acima da pilha de célula de combustível 3, e assim contribui para reduzir o espaço para os referidos espaços de folga. Uma vez que as porções superiores dos reatores 4 são fixadas ao invólucro 5 e um espaço de folga é proporcionado abaixo dos reatores 4, é possível se sobrepor o espaço de folga abaixo dos reatores 4 com o espaço de folga proporcionada acima da pilha de célula de combustível 3.

[0039] O espaço de folga (espaço) Sp1 mostrado na figura 2 é um espaço de folga proporcionado entre a pilha de célula de combustível

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15/18 e a placa intermediária 6. O espaço de folga (espaço) Sp2 é um espaço de folga entre a pilha de célula de combustível 3 e os reatores 4. Como mostrado na figura 2, a sobreposição do espaço para fixar um espaço de folga para a pilha de célula de combustível 3 e o espaço para fixar um espaço de folga para os reatores 4 pode reduzir o espaço necessário para os referidos espaços de folga na unidade de célula de combustível 2 da presente modalidade.

[0040] Os reatores 4 são fixados ao invólucro superior 5b através da placa de fundo da passagem de fluxo 7 de modo que as extremidades inferiores dos reatores 4 não se salientam para baixo além da placa intermediária 6. Em outras palavras, os reatores 4 são fixados ao invólucro superior 5b através da placa de fundo da passagem de fluxo 7 de modo que as extremidades inferiores dos reatores 4 são localizadas a um nível igual ou mais alto do que a superfície inferior da placa intermediária 6 (a linha pontilhada DL na figura 2). Isso é para evitar que a pilha de célula de combustível 3 se torne danificada em contato com as extremidades inferiores dos reatores 4 no caso em que o veículo colida e o invólucro 5 seja danificado pelo impacto. Os reatores 4 são preferivelmente fixados de modo que as extremidades inferiores do mesmo são substancialmente rentes à superfície inferior da placa intermediária 6. Um exemplo do arranjo os reatores 4 são dispostos de modo que as porções inferiores do mesmo estão proximamente voltadas para o orifício perfurado 63 é um arranjo no qual as extremidades inferiores dos reatores 4 são dispostas entre as primeiras nervuras 64. Assim, os reatores 4 podem ser dispostos a um nível mais baixo do que quando o orifício perfurado 63 não é proporcionado.

[0041] Como mostrado na figura 4, o orifício perfurado 63 é alongado na direção de empilhamento das células únicas de combustível 31 (a direção X nos desenhos), e os reatores 4 são estruturados ao longo da direção X, isto é, a direção de empilhamento. Como descrito

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16/18 acima, o invólucro inferior 5a aplica uma carga na direção de empiIhamento (a direção X nos desenhos) à pilha de célula de combustível

3. Como descrito acima, a placa intermediária 6 é um membro que é integral com o invólucro inferior 5a (invólucro 5) e serve para fixar a resistência do invólucro inferior 5a (invólucro 5) na direção X nos desenhos. Proporcionar a placa intermediária 6 com um orifício perfurado que é amplo na direção Y nos desenhos reduz a resistência do invólucro inferior 5a na direção X. Na unidade de célula de combustível 2 da modalidade, os reatores 4 são estruturados na direção X, e o orifício perfurado 63 é alongado na direção X, de modo a minimizar a largura do orifício perfurado 63 na direção Y. A referida estrutura pode fixar a resistência do invólucro inferior 5a na direção X.

[0042] A primeira nervura 64 é proporcionada na superfície superior da placa intermediária 6, em cada lado do orifício perfurado 63 na direção Y. Ambas as extremidades das primeiras nervuras 64 estão em contato com uma superfície interna do invólucro inferior 5a (invólucro 5). As primeiras nervuras 64 aumentam a resistência da placa intermediária 6, assim como evita com que água que tenha caído na placa intermediária 6 caia através do orifício perfurado 63 sobre a pilha de célula de combustível 3.

[0043] O líquido refrigerante pode vazar a partir da passagem de fluxo de refrigerante 23. Como descrito acima, a placa de fundo da passagem de fluxo 7 é unida às superfícies inferiores das nervuras 51 através de um material de vedação ou uma gaxeta (nenhuma é mostrada). O líquido refrigerante pode vazar a partir das áreas de junção entre a placa de fundo da passagem de fluxo 7 e as nervuras 51 (as áreas indicadas pelas setas A na figura 2). A unidade de célula de combustível 2 da modalidade tem uma característica que evita que qualquer refrigerante que possa vazar a partir das áreas de junção A caia através do orifício perfurado 63 sobre a pilha de célula de comPetição 870180022968, de 22/03/2018, pág. 76/82

17/18 bustível 3. Essa característica será descrita a seguir.

[0044] Como mostrado na figura 2 e na figura 4, uma segunda nervura 71 que se estende na direção X é proporcionada em cada extremidade da superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo 7 na direção Y. Como mostrado na figura 2, as primeiras nervuras 64 proporcionadas na placa intermediária 6 são localizadas entre as duas segundas nervuras 71, abaixo da placa de fundo da passagem de fluxo 7. De acordo com a referida estrutura, se um refrigerante vazar a partir das áreas de junção entre a placa de fundo da passagem de fluxo 7 e as nervuras 51 (as áreas indicadas pelas setas A na figura 2), o referido refrigerante que vaza cai sobre a placa intermediária 6 por correr para baixo pelo lado de fora das segundas nervuras 71. O refrigerante cai em uma posição na placa intermediária 6 no lado de fora das primeiras nervuras 64 (o lado oposto a partir do orifício perfurado 63). Assim, o refrigerante que tenha caído na superfície superior da placa intermediária 6 é bloqueado pelas primeiras nervuras 64 e não cai através do orifício perfurado 63. Ambas as extremidades das primeiras nervuras 64 estão em contato com a superfície interna do invólucro inferior 5a (invólucro 5). Em vez dessa estrutura, uma primeira nervura anular pode ser proporcionada de modo a circundar o orifício perfurado 63. A referida primeira nervura anular pode também impedir que o líquido refrigerante caia sobre a pilha de célula de combustível 3.

[0045] Como mostrado na figura 2 e na figura 4, a pluralidade de barbatanas 72 que se estende na direção X é proporcionada na superfície superior (a superfície exposta ao refrigerante) da placa de fundo da passagem de fluxo 7. Como mostrado na figura 5, uma terceira nervura 74 que se estende na direção Y é proporcionada entre os reatores adjacentes 4, na superfície inferior (a superfície que entra em contato com os reatores 4) da placa de fundo da passagem de fluxo 7.

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A direção de extensão das barbatanas 72 (direção X) e a direção de extensão das terceiras nervuras 74 (direção Y) intersectam uma a outra. A rigidez da placa de fundo da passagem de fluxo 7 é aumentada pelas barbatanas 72 e as terceiras nervuras 74 intersectando uma a outra. Na medida em que a rigidez da placa de fundo da passagem de fluxo 7 é aumentada, a placa de fundo da passagem de fluxo 7 se torna menos provável de deformar. Portanto, é menos provável que um espaço seja deixado entre a placa de fundo da passagem de fluxo 7 e as nervuras 51. Como um resultado, o refrigerante é menos provável de vazar a partir de entre a placa de fundo da passagem de fluxo 7 e as nervuras 51.

[0046] A figura 7 mostra barbatanas 172 em um exemplo modificado. Da mesma forma que as barbatanas 172, a barbatana que se estende na direção X pode terminar em um ponto intermediário na direção X. [0047] Aqui é um ponto a ser observado na técnica que foi descrito na modalidade: A unidade de célula de combustível 2 da modalidade inclui quatro reatores 4. Entretanto, o número do reator 4 não é limitado a quatro.

[0048] Embora exemplos específicos da presente invenção tenham sido descritos em detalhes acima, os referidos exemplos são meramente ilustrativos e não limitam a presente invenção. A presente invenção inclui os exemplos específicos acima ilustrados com várias modificações e mudanças adicionadas aos mesmos, dentro do âmbito das reivindicações. Aos elementos técnicos descritos na presente especificação ou nos desenhos exibem utilidade técnica independentemente ou em várias combinações, sem limitar a presente invenção. A técnica ilustrada na presente especificação ou nos desenhos pode alcançar a pluralidade de objetivos ao mesmo tempo, e tem utilidade técnica simplesmente por alcançar um dos referidos objetivos.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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1. Unidade de célula de combustível (2), caracterizada por compreender:

uma pilha de célula de combustível (3) na qual uma pluralidade de células únicas de combustível é empilhada;

um componente elétrico (4) que é eletricamente conectado à pilha de célula de combustível (3); e um invólucro (5) que aloja a pilha de célula de combustível (3) e o componente elétrico (4), em que o invólucro (5) é proporcionado com uma placa intermediária (6) que divide um espaço dentro do invólucro (5) em um espaço superior (62) e um espaço inferior (61), em que a pilha de célula de combustível (3) é alojada no espaço inferior (61), com um predeterminado espaço de folga proporcionado entre a placa intermediária (6) e a pilha de célula de combustível (3), em que o componente elétrico (4) é alojado no espaço superior (62) acima da pilha de célula de combustível (3), com uma porção superior do componente elétrico (4) fixado ao invólucro (5), em que um orifício perfurado (63) que é suficientemente grande para a porção inferior do componente elétrico (4) para passar através é proporcionada na placa intermediária (6) em uma posição abaixo do componente elétrico (4), e em que a porção inferior do componente elétrico (4) está voltada para o orifício perfurado (63).

2. Unidade de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente elétrico (4) é um reator de um conversor de voltagem que é configurado para mudar a voltagem de saída da pilha de célula de combustível (3).

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3. Unidade de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o invólucro (5) é configurado para aplicar uma carga à pilha de célula de combustível (3) ao longo de uma direção de empilhamento das células únicas de combustível;

o orifício perfurado (63) é alongado na direção de empilhamento; e uma pluralidade de reatores é estruturada ao longo da direção do lado longo do orifício perfurado (63).

4. Unidade de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma primeira nervura (64) que inclui pelo menos uma porção que se estende ao longo da direção do lado longo é proporcionada em uma superfície superior da placa intermediária (6), em cada lado do orifício perfurado alongado (63) na direção do lado curto do mesmo; e (i) a pelo menos uma primeira nervura (64) circunda o orifício perfurado (63), ou (ii) a pelo menos uma primeira nervura (64) inclui duas primeiras nervuras, e as extremidades das duas primeiras nervuras (64) na direção do lado longo são conectadas a uma superfície interna do invólucro (5).

5. Unidade de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que uma passagem de fluxo de refrigerante é proporcionada dentro do invólucro (5), acima dos reatores;

os reatores são fixados à placa de fundo da passagem de fluxo (7) que fecha o lado inferior da passagem de fluxo de refrigerante;

duas segundas nervuras (71) que se estendem ao longo da direção do lado longo são proporcionadas na superfície inferior da plaPetição 870180022968, de 22/03/2018, pág. 80/82

3/3 ca de fundo da passagem de fluxo (7); e as primeiras nervuras (64) são localizadas entre as duas segundas nervuras (71), abaixo da placa de fundo da passagem de fluxo (7).

6. Unidade de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que uma pluralidade de barbatanas (72) que se estende ao longo da direção do lado longo é proporcionada em uma superfície superior da placa de fundo da passagem de fluxo (7), e uma terceira nervura (74) que se estende na direção do lado curto é proporcionada entre os reatores adjacentes, na superfície inferior da placa de fundo da passagem de fluxo (7).

7. Unidade de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que uma extremidade inferior do componente elétrico (4) é localizada a um nível igual ou mais alto do que a superfície inferior da placa intermediária (6), e uma distância entre a extremidade inferior do componente elétrico (4) e a superfície inferior da placa intermediária (6) é mais curta do que a predeterminada distância.

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