KR101886481B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 연료 전지 시스템의 높이를 확장하는 일 없이, 물 저류부를 형성하는 기술을 제공하는 것이다.
이 연료 전지 시스템은, 애노드 가스와 캐소드 가스를 전기 화학 반응시키는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수용한 연료 전지 시스템 케이스와, 상기 연료 전지 시스템 케이스의 하방에 배치되고, 상기 연료 전지 시스템 케이스를 고정하는 프레임을 구비하고, 상기 프레임의 상면에는, 리브가 설치되어 있고, 상기 연료 전지 시스템 케이스의 저면에는, 내측이 오목 형상이며 외측으로 볼록 형상의 물 저류부가 형성되어 있고, 연직 방향에 있어서, 상기 물 저류부의 볼록 형상의 부분의 적어도 일부가, 상기 리브와 겹치는 위치에 있다.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본원은, 2014년 11월 14일에 출원된 출원 번호 제2014-232034호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지의 발전 시에, 전기 화학 반응에 의해 물이 생성된다. 이 물이 연료 전지로부터 누출되는 경우가 있으므로, 연료 전지를 수용하는 케이스의 내부 바닥의 일부에, 생성된 물을 수용하기 위한 오목부(물 저류부)를 형성하는 기술이 알려져 있다(JP2009-289426A 등).
그러나, 연료 전지를 수용하는 케이스의 내부 바닥의 일부에 오목부를 형성한 경우, 케이스를 포함하는 연료 전지 시스템 전체적으로, 상하 방향의 크기가 커진다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 애노드 가스와 캐소드 가스를 전기 화학 반응시키는 연료 전지와, 상기 연료 전지를 수용한 연료 전지 시스템 케이스와, 상기 연료 전지 시스템 케이스의 하방에 배치되고, 상기 연료 전지 시스템 케이스를 고정하는 프레임을 구비하고, 상기 프레임의 상면에는, 리브가 설치되어 있고, 상기 연료 전지 시스템 케이스의 저면에는, 내측이 오목 형상이며 외측으로 볼록 형상의 물 저류부가 형성되어 있고, 연직 방향에 있어서, 상기 물 저류부의 볼록 형상의 부분의 적어도 일부가, 상기 리브와 겹치는 위치에 있다. 이 형태에 따르면, 연료 전지 시스템의 높이를 확장하는 일 없이, 물 저류부에 물을 저류시킬 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지의 운전에 사용되는 복수의 보조 기계를 더 구비하고, 상기 연료 전지 시스템 케이스는, 상기 복수의 보조 기계를 수용하는 보조 기계 케이스를 포함하고, 상기 보조 기계 케이스의 저면에는, 상기 물 저류부가 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 이 형태에 따르면, 연료 전지 시스템의 높이를 확장하는 일 없이, 보조 기계 케이스에 물 저류부를 형성할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 시스템 케이스는, 복수의 상기 물 저류부를 구비하는 것으로 해도 된다. 이 형태에 따르면, 연료 전지 시스템 케이스 내에 존재하는 물을, 복수의 물 저류부에 나누어 저류시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들어 연료 전지 시스템의 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 외관도.
도 2는 보조 기계 케이스(130)의 내면을 도시하는 모식도.
도 3은 연료 전지 시스템(10)의 보조 기계 케이스(130)를 상방에서 본 외관도.
도 4는 도 3의 A-A 단면을 도시하는 단면도.
A. 실시 형태:
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 사용하는 연료 전지 시스템(10)의 외관도이다. 도 1에 있어서, X축 정방향은 차량 전방을 나타내고, Y축 정방향은 차량 상방을 나타내고, Z축 정방향은 차량 우측을 나타낸다. 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 아래에 설치되어 있다.
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 전지 케이스(100)는, 애노드 가스로서의 수소 가스와, 캐소드 가스로서의 산소 가스를 전기 화학 반응시키는 연료 전지를 수용하고 있다. 연료 전지는, 단셀을 적층함으로써 구성되어 있고, 적층 방향이 차량 폭 방향으로 되도록 탑재되어 있다.
연료 전지 케이스(100)는, 연료 전지의 차량 우측(Z축 정방향측)의 측면을 덮는 매니폴드(120)와, 연료 전지의 차량 우측(Z축 정방향측)의 측면 이외의 측면과 상면을 덮는 스택 케이스와, 연료 전지의 저면을 덮는 로워 커버(도시하지 않음)를 구비한다. 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, 단셀끼리를 압축하는 기능을 갖는다.
도 2는 보조 기계 케이스(130)의 내면을 도시하는 모식도이다. XYZ축은, 도 1의 XYZ축과 대응하고 있다. 이하의 도면에 있어서도 동일하다.
보조 기계 케이스(130)는, 연료 전지의 운전에 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)에는 복수의 구멍[132(132A∼132E)]이 형성되어 있다. 구멍(132)은, 배선을 통과시키기 위한 배선구나, 연료 전지에 사용하는 가스의 배관 및 냉각수의 배관을 통과시키기 위한 배관구, 배선을 접속하기 위한 작업에 사용하는 서비스 홀 등으로서 사용된다. 보조 기계 케이스(130)는, 이후에 상세하게 설명하는 물 저류부(131A, 131B, 131C)를 구비한다. 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.
보조 기계 케이스(130)의 표면에는, 보조 기계류로부터 발생하는 진동이나 소음이 외부에 전해지는 것을 억제하기 위해, 수지 커버(141, 142)로 덮여 있다(도 1 참조). 본 실시 형태에 있어서, 수지 커버(141, 142)는, 내층이 우레탄에 의해 형성되어 있고, 외층이 경질 수지에 의해 형성되어 있다.
프레임(200)은, 연료 전지 시스템 케이스(140)의 하방에 배치되어 있고, 연료 전지 시스템 케이스(140)를 방진 마운트 구조에 의해 지지하고 있다. 즉, 진동을 저감시키기 위해, 연료 전지 시스템 케이스(140)와 프레임(200) 사이에는, 방진 고무가 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. 또한, 차량 전방(X축 정방향)에도 도시하지 않은 보스나 볼트가 존재한다. 프레임(200)은, 도시하지 않은 차량의 바디에 체결되어 있다.
도 3은, 연료 전지 시스템(10)의 보조 기계 케이스(130)를 차량 상방(Y축 정방향)에서 본 외관도이다.
도 4는, 도 3의 A-A 단면을 도시하는 단면도이다. 또한, 보조 기계의 도시는 생략한다. 프레임(200)은, 하측 부재(210)와 상측 부재(220)를 용접함으로써 형성되어 있다. 프레임(200)의 상면에는, 리브(221A, 221B)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 리브(221A, 221B)는 차량 좌우 방향(Z축 방향)으로 신장되어 있다. 리브(221)에 의해, 프레임(200)의 강성을 확보할 수 있다.
보조 기계 케이스(130)의 저면에는, 내측[차량 상방(Y축 정방향)측]이 오목 형상이며 외측[차량 하방(Y축 부방향)측]으로 볼록 형상의 물 저류부[131(131A∼131C)]가 형성되어 있다. 연직 방향(Y축 방향)에 있어서, 물 저류부(131A, 131B, 131C)의 볼록 형상의 부분의 적어도 일부가, 프레임(200)의 리브(221A, 221B)와 겹치는 위치에 있다. 또한, 수평 방향(X축 방향)에 있어서, 물 저류부(131A, 131B, 131C)의 볼록 형상의 부분은, 프레임(200)의 리브(221A, 221B)와 겹치지 않는 위치에 있다. 또한, 보조 기계 케이스(130)는, 볼트에 의해 매니폴드(120)에 고정되어 있으므로, 도 4에 있어서, 보조 기계 케이스(130)와 프레임(200) 사이에는 공간이 있다.
종래, 연료 전지 케이스(100) 내에 물 저류부를 형성하는 경우, 연료 전지 시스템 전체적으로, 상하 방향의 크기가 커진다고 하는 과제가 있었다. 그러나, 연직 방향(Y축 방향)에 있어서, 물 저류부(131)의 볼록 형상의 부분의 적어도 일부가, 리브(221)와 겹치는 위치로 되도록, 물 저류부(131)를 형성함으로써, 연료 전지 시스템(10)의 높이를 확장하는 일 없이, 물 저류부(131)에 물을 저류시킬 수 있다. 또한, 수평 방향(X축 방향)에 있어서, 물 저류부(131)의 볼록 형상의 부분의 정점이, 리브(221)와 겹치지 않는 위치로 되도록, 물 저류부(131)는 형성되어 있다.
보조 기계 케이스(130)의 외부로부터 내부에 물이 침입할 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서, 보조 기계 케이스(130)의 저면에는 물 저류부(131)가 형성되어 있다. 이로 인해, 보조 기계 케이스(130)에 수용되어 있는 보조 기계에 물이 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
B. 변형예:
B1. 변형예 1:
본 실시 형태에 있어서, 보조 기계 케이스(130)에 물 저류부(131)가 형성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 물 저류부(131)는, 연료 전지 케이스(100)가 구비하고 있어도 되고, 연료 전지 케이스(100)와 보조 기계 케이스(130)의 양쪽이 구비하고 있어도 된다.
B2. 변형예 2:
본 실시 형태에 있어서, 보조 기계 케이스(130)는, 복수의 물 저류부(131)를 구비한다. 이와 같이 함으로써, 보조 기계 케이스 내에 존재하는 물을 복수의 물 저류부(131)에 나누어 저류시킬 수 있다. 이로 인해, 연료 전지 시스템을 탑재한 차량이 급발진이나 급감속, 급선회 등을 한 경우에 있어서도, 물 저류부(131)에 저류된 물은 나누어 저류되어 있으므로, 물의 이동을 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 물 저류부(131)를 하나만 구비하는 것으로 해도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태나 변형예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히 대체나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.

Claims (3)

  1. 연료 전지 시스템이며,
    애노드 가스와 캐소드 가스를 전기 화학 반응시키는 연료 전지와,
    상기 연료 전지를 수용한 연료 전지 케이스와,
    상기 연료 전지의 운전에 사용되는 복수의 보조 기계와,
    상기 복수의 보조 기계를 수용하는 보조 기계 케이스와,
    상기 연료 전지 케이스 및 상기 보조 기계 케이스의 하방에 배치되고, 상기 연료 전지 케이스를 고정하는 판 형상의 프레임을 구비하고,
    상기 프레임의 상면에는, 리브가 설치되어 있고,
    상기 보조 기계 케이스는 상기 연료 전지 케이스의 측면을 덮는 매니폴드에 고정되고,
    상기 보조 기계 케이스의 저면에는, 내측이 오목 형상이며 외측으로 볼록 형상의 물 저류부가 형성되어 있고,
    연직 방향에 있어서, 상기 물 저류부의 볼록 형상의 부분의 적어도 일부가, 상기 리브와 겹치는 위치에 있는,
    연료 전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 보조 기계 케이스는, 복수의 상기 물 저류부를 구비하는, 연료 전지 시스템.
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