KR101850190B1 - 연료 전지 케이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 가스킷의 반력에 의한 연료 전지 케이스의 변형을 억제하는 기술을 제공하는 것이다. 연료 전지 케이스는, 상기 연료 전지 케이스의 바닥면을 구비하는 제1 부재와, 고정구를 사용하여 상기 제1 부재의 외주부와 고정되는 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이는, 가스킷에 의해 밀봉되어 있고, 상기 제1 부재는, 리브를 구비하고, 상기 리브는, 상기 제1 부재가 상기 가스킷과 접하는 부분보다도 내주에 위치하고, 상기 제1 부재와 상기 가스킷이 접하는 면보다도 상측으로 돌출된다.

Description

연료 전지 케이스 {FUEL CELL CASE}
본원은, 2014년 11월 14일에 출원된 출원 번호 제2014-232042호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전체가 참조에 의해 본원에 원용된다.
본 발명은 연료 전지 케이스에 관한 것이다.
종래부터 연료 전지를 외력으로부터 지키기 위해, 연료 전지는 연료 전지 케이스에 수용되어 있다. 연료 전지 케이스는, 한쪽이 개구되고, 개구의 주위에 플랜지를 갖는 어퍼 케이스와, 플레이트형의 로어 케이스의 2개의 부재로 구성되어 있다. 어퍼 케이스의 플랜지와 로어 케이스의 외주부 사이에는, 연료 전지에의 물이나 진흙의 침입을 방지하기 위해 가스킷이 끼워 넣어져 있다(예를 들어, JP2006-221854A).
연료 전지 케이스를 설치하는 장소의 자유도를 향상시키는 관점에서, 연료 전지 케이스의 소형화가 요망되고 있었다. 연료 전지 케이스를 소형화하는 방법으로서, 로어 케이스를 얇게 하는 방법이 있다. 그러나, 로어 케이스에 있어서 어퍼 케이스를 고정하는 볼트의 위치와, 로어 케이스가 가스킷에 접하는 위치가 상이하기 때문에, 로어 케이스를 얇게 하면, 가스킷의 반력에 의해, 로어 케이스가 변형되어 버릴 우려가 있었다.
본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태로 하여 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지를 수용하는 연료 전지 케이스가 제공된다. 이 연료 전지 케이스는, 상기 연료 전지 케이스의 바닥면을 구비하는 제1 부재와, 고정구를 사용하여 상기 제1 부재의 외주부와 고정되는 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이는, 가스킷에 의해 밀봉되어 있고, 상기 제1 부재는, 리브를 구비하고, 상기 리브는, 상기 제1 부재가 상기 가스킷과 접하는 부분보다도 내주에 위치하고, 상기 제1 부재와 상기 가스킷이 접하는 면보다도 상측으로 돌출된다. 이 형태에 의하면, 리브에 의해 연료 전지 케이스의 강성이 향상되어, 가스킷의 반력에 의한 연료 전지 케이스의 변형을 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 케이스는, 상기 제2 부재에 가스킷을 배치하는 홈부를 가져도 된다. 이 형태에 의하면, 홈부를 제1 부재에 형성하는 경우와 비교하여, 연료 전지 케이스의 상하 방향의 크기가 커지는 것을 억제할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 케이스는, 상기 연료 전지는, 복수의 연료 전지 셀을 적층함으로써 구성되어 있고, 상기 제2 부재는, 상기 연료 전지의 면이며, 상기 연료 전지의 적층 방향의 한쪽 면을 지지하는 제3 부재와 함께, 상기 연료 전지를 상기 적층 방향으로 압축하기 위한 부재이어도 된다. 제2 부재는, 연료 전지를 압축하고 있기 때문에, 제2 부재의 강도를 낮추는 것은 곤란하다. 그러나, 이 형태에 의하면, 리브에 의해 연료 전지 케이스의 제1 부재의 강성이 향상되어, 가스킷의 반력에 의한 연료 전지 케이스의 변형을 억제할 수 있기 때문에, 제1 부재의 판 두께 저감이 가능하고, 연료 전지 케이스 전체적으로의 소형화, 경량화가 가능하게 된다.
본 발명은 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어 연료 전지 케이스의 제조 방법이나, 제조 방법을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 사용하는 연료 전지 시스템(10)의 외관 도.
도 2는 연료 전지 케이스(100)를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 로어 커버(115)를 도시하는 도면.
도 4는 종래의 로어 커버(215)를 도시하는 도면.
도 5는 종래의 로어 커버(215)에 가해지는 힘을 도시하는 설명도.
도 6은 상기 과제를 해결하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 1의 A-A 단면을 도시하는 도면.
도 8A는 리브(117)에 의한 외력의 흡수를 설명하기 위한 모식도.
도 8B은 리브(117)에 의한 외력의 흡수를 설명하기 위한 모식도.
도 8C는 리브(117)에 의한 외력의 흡수를 설명하기 위한 모식도.
A. 실시 형태:
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 사용하는 연료 전지 시스템(10)의 외관도이다. 연료 전지 시스템(10)은 연료 전지 시스템 케이스(140)와, 프레임(200)을 구비한다. 연료 전지 시스템(10)은 차량에 탑재되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 연료 전지 시스템(10)은 차실의 하부에 설치되어 있다. 도 1에 있어서, X축 정방향은 차량 전방을 나타내고, Y축 정방향은 차량 상방을 나타내고, Z축 정방향은 차량 우측 방향을 나타낸다. XYZ축은, 도 1 이후의 도면에 있어서도 동일하다.
연료 전지 시스템 케이스(140)는 연료 전지 케이스(100)와, 보조 기계 케이스(130)를 구비한다. 내부에 물이나 먼지 등의 이물질이 침입하지 않도록, 연료 전지 시스템 케이스(140)의 부재 사이는, 가스킷에 의해 시일되어 있다.
연료 전지는, 애노드 가스로서의 수소 가스와, 캐소드 가스로서의 산소 가스를 전기 화학 반응시킨다. 연료 전지 케이스(100)는 연료 전지를 수용하고 있다. 연료 전지는, 복수의 연료 전지 셀을 적층함으로써 구성되어 있다. 연료 전지 셀은, 차량의 좌우 방향(Z축 방향)으로 적층되어 있다.
보조 기계 케이스(130)는 연료 전지에 사용되는 복수의 보조 기계(도시하지 않음)를 수용하고 있다. 여기서, 복수의 보조 기계로서는, 예를 들어 수소 펌프, 인젝터, 배기 배수 밸브, 밸브, 센서 등을 들 수 있다. 보조 기계 케이스(130)에는, 보조 기계 이외에도, 냉각수용의 배관이나, 각 보조 기계에 전력을 공급하는 배선 등이 설치되어 있다.
보조 기계 케이스(130)의 표면에는, 보조 기계류로부터 발생하는 진동이나 소음이 외부에 전해지는 것을 억제하기 위해, NV(Noise Vibration) 커버(141, 142)로 덮여 있다(도 1 참조). 본 실시 형태에 있어서, NV 커버(141, 142)는, 외층이 경질 수지에 의해 형성되고, 내층이 발포 우레탄에 의해 형성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 복수의 보조 기계는, 매니폴드(120)에 고정되어 있다. 또한, 보조 기계 케이스(130)의 차량 좌측(Z축 부방향측)의 측면은, 매니폴드(120)에 덮여 있다. 매니폴드(120)는 수소 가스와, 산소 가스와, 연료 전지를 냉각하는 냉각수의 유로를 형성하고 있다. 또한, 매니폴드(120)는 연료 전지 케이스(100) 내의 고전압 부품과의 절연성을 확보하는 기능이나, 연료 전지 셀끼리를 압축하는 기능을 갖는다. 매니폴드(120)는 연료 전지의 면이며, 연료 전지의 적층 방향의 한쪽 면을 지지한다.
프레임(200)은 연료 전지 시스템 케이스(140)의 하방에 배치되어 있다. 프레임(200)은 연료 전지 시스템 케이스(140)의 연료 전지 케이스(100)에 형성된 보스(111A, 111B)에, 볼트(112A, 112B)를 각각 삽입함으로써, 연료 전지 시스템 케이스(140)를 고정하고 있다. 진동을 저감시키기 위해, 연료 전지 시스템 케이스(140)와 프레임(200) 사이에는, 방진 고무가 배치되어 있다. 그리고, 프레임(200)은 도시하지 않은 차량의 바디에 체결되어 있다.
도 2는 연료 전지 케이스(100)를 도시하는 분해 사시도이다. 연료 전지 케이스(100)는 복수의 부재에 의해 구성되어 있다. 연료 전지 케이스(100)는 연료 전지의 차량 우측(Z축 정방향측)의 측면 이외의 측면과 상면을 덮는 스택 케이스(105)와, 연료 전지의 바닥면을 덮는 로어 커버(115)를 구비한다. 로어 커버(115)는, 연료 전지 케이스(100)의 바닥면을 구비하는 부재이다. 연료 전지의 차량 우측(Z축 정방향측)의 측면은, 판 형상의 매니폴드(120)(도 1 참조)에 덮여 있다. 로어 커버(115)는, 「제1 부재」에 상당한다. 또한, 스택 케이스(105)는 고정구를 사용하여 로어 커버(115)의 외주부와 고정되어 있고, 「제2 부재」에 상당한다. 「외주부」란, 연료 전지를 둘러싸는 부분을 말한다. 본 실시 형태에 있어서, 고정구로서는 볼트(170)(후술)를 사용한다.
연료 전지는, 연료 전지 셀을 적층한 것이기 때문에, 압축할 필요가 있다. 연료 전지 시스템(10)에 있어서, 스택 케이스(105)는 매니폴드(120)와 함께, 상기 연료 전지를 상기 적층 방향으로 압축하기 위한 부재이다. 그리고, 스택 케이스(105)와, 매니폴드(120)와 도시하지 않은 샤프트가, 연료 전지의 적층 하중을 보유 지지한다. 이로 인해, 연료 전지 케이스(100)를 소형화할 때에 스택 케이스(105)의 강도를 낮추는 것은 곤란하다. 또한, 매니폴드(120)는 「제3 부재」에 상당한다.
스택 케이스(105)와 로어 커버(115) 사이는, 가스킷(107)에 의해 밀봉되어 있다. 가스킷(107)은 소정의 힘에 의해 압축됨으로써 밀봉성이 확보된다. 가스킷(107)에 의해, 물이나 먼지 등의 이물질이 연료 전지 케이스(100)의 내부에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 로어 커버(115)를 도시하는 도면이다. 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 로어 커버(115)는, 상측 방향(Y축 정방향)으로 돌출되는 리브(117)를 구비한다. 리브(117)는 로어 커버(115)가 가스킷과 접하는 부분보다도 내주에 위치하고 있다. 또한, 차량의 전후 방향으로 연장되는 리브(116)가 설치되어 있다.
도 4는 종래의 로어 커버(215)를 도시하는 도면이다. 종래의 로어 커버(215)는, 본 실시 형태에 있어서의 로어 커버(115)와 비교하여 리브(117)를 구비하지 않는 점이 상이하지만, 그 이외는 동일하다.
도 5는 종래의 로어 커버(215)에 가해지는 힘을 도시하는 설명도이다. 구멍(220)은 볼트를 삽입하는 구멍이다. 선(230)은 로어 커버(215)를 스택 케이스(105)와 고정할 때에, 가스킷(107)과 접하는 부분이다. 도 5에 있어서, 로어 커버(215)에 가해지는 힘이 큰 영역을, 로어 커버(215)에 가해지는 힘이 작은 영역에 비해 짙게 기재한다.
로어 커버(215)가 볼트로부터 받는 힘 F1의 방향은, 차량 상방(Y축 정방향)이다. 한편, 로어 커버(215)가 가스킷(107)으로부터 받는 힘 F2의 방향은, 차량 하방(Y축 부방향)이다. 로어 커버(215)가 힘 F1을 받는 위치와, 로어 커버(215)가 힘 F2를 받는 위치는 상이하기 때문에, 로어 커버(215)가 얇은 경우, 로어 커버(215)는 변형된다. 이 결과, 구멍(220) 사이의 영역 T1에 있어서 로어 커버(215)가 가스킷(107)을 압축하는 힘이 약해져, 가스킷(107)에 의한 밀봉성이 저하된다고 하는 과제가 발생한다. 또한, 영역 T1에 있어서 로어 커버(215)가 차량 하방(Y축 부방향)으로 변형된 결과, 영역 T2에 있어서 로어 커버(215)와 스택 케이스(105)가 강하게 접촉한다. 이로 인해, 로어 커버(215)는 영역 T2에 있어서 힘을 받고 있는 것을 도 5는 도시하고 있다.
도 6은 상기 과제를 해결하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 로어 커버(215)의 영역 T3에 있어서의 판 두께를 두껍게 함으로써, 로어 커버(215)의 변형을 억제할 수 있다. 그러나, 영역 T3의 판 두께를 두껍게 하기 위해서는, 로어 커버(215) 전체의 판 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 이 경우, 재료비와 질량이 높아진다고 하는 과제가 있다.
로어 커버(215)의 변형을 억제하는 다른 방법으로서는, 볼트의 개수를 증가시킴으로써, 볼트간의 거리를 짧게 하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법을 채용한 경우, 볼트를 체결하는 작업수가 증가하기 때문에, 생산성이 나빠진다고 하는 과제가 있다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 로어 커버(115)에 리브(117)(도 3 참조)를 설치함으로써, 상기 과제를 해결하였다.
도 7은 도 1의 A-A 단면을 도시하는 도면이다. 로어 커버(115)와 스택 케이스(105)의 사이는 가스킷(107)에 의해 밀봉되어 있다. 스택 케이스(105)는 볼트(170)를 사용하여 로어 커버(115)의 외주부와 고정되어 있다. 로어 커버(115)는, 가스킷(107)과 접하는 부분보다도 내주에 상측 방향(Y축 정방향)으로 돌출되는 리브(117)를 구비하고 있다.
리브(117)는 로어 커버(115)가 가스킷(107)과 접하는 부분보다도 내주에 위치하고, 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다. 이로 인해, 연료 전지 케이스(100)의 강성이 향상되어, 가스킷(107)의 반력에 의한 연료 전지 케이스(100)의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 리브(117)는 로어 커버(115)와 가스킷(107)이 접하는 면보다도 상측(Y축 정방향측)으로 돌출되어 있다. 이로 인해, 리브(117)가 하측 방향(Y축 부방향)으로 돌출되어 있는 경우와 비교하여, 연료 전지 케이스(100)의 상하 방향의 크기가 커지는 것을 억제할 수 있다.
로어 커버(115)에 가스킷(107)을 배치하는 홈부를 구비하는 경우, 그 홈부는 하측 방향(Y축 부방향)으로 돌출되기 때문에, 연료 전지 케이스(100)의 상하 방향의 크기가 커진다. 한편, 본 실시 형태에서는, 스택 케이스(105)에 가스킷(107)을 배치하는 홈부(106)가 구비되어 있다. 이로 인해, 연료 전지 케이스(100)의 상하 방향의 크기가 커지는 것을 억제할 수 있다.
도 8A 내지 도 8C는, 리브(117)에 의한 외력의 흡수를 설명하기 위한 모식도이다. 도 8A는, 리브(117)에 수평 방향의 외력이 가해져 있지 않은 상태를 도시하는 도면이다. 도 8B는, 리브(117)에 수평 방향에 있어서 인장 방향의 외력이 가해진 상태를 도시하는 도면이다. 이 경우, 리브(117)가 수평 방향으로 연장됨으로써 인장 방향의 외력을 흡수할 수 있다. 도 8C는, 리브(117)에 수평 방향에 있어서 압축 방향의 외력이 가해진 상태를 도시하는 도면이다. 이 경우, 리브(117)가 수평 방향으로 압축됨으로써, 압축 방향의 외력을 흡수할 수 있다.
B. 변형예:
B1. 변형예 1:
본 실시 형태에 있어서, 로어 커버(115)가 가스킷(107)을 배치하는 홈부를 구비한다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 로어 커버(115)에 가스킷(107)을 배치하는 홈부를 구비하지 않아도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태나 변형예로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요의 란에 기재된 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 또는, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히, 변경이나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.

Claims (3)

  1. 연료 전지를 수용하는 연료 전지 케이스이며,
    상기 연료 전지의 바닥면을 덮는 제1 부재와,
    한쪽이 개구되고, 상기 개구의 주위에 플랜지를 갖고, 고정구를 사용하여 상기 제1 부재의 외주부와 고정되는 제2 부재를 구비하고,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이는, 가스킷에 의해 밀봉되어 있고,
    상기 제1 부재는, 리브를 구비하고,
    상기 리브는, 상기 제1 부재가 상기 가스킷과 접하는 부분보다도 내주에 위치하고, 상기 제1 부재의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있으며, 상기 제1 부재와 상기 가스킷이 접하는 면보다도 상측으로 돌출되고,
    상기 제2 부재에, 상기 제1 부재와 상기 가스킷이 접하는 면보다도 상측에 상기 가스킷을 배치하는 홈부를 갖는, 연료 전지 케이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
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