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KR102024018B1 - 연료 전지 유닛 - Google Patents

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KR102024018B1
KR102024018B1 KR1020180031809A KR20180031809A KR102024018B1 KR 102024018 B1 KR102024018 B1 KR 102024018B1 KR 1020180031809 A KR1020180031809 A KR 1020180031809A KR 20180031809 A KR20180031809 A KR 20180031809A KR 102024018 B1 KR102024018 B1 KR 102024018B1
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KR
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fuel cell
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cell stack
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reactor
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이쿠히로 나카무라
슈지 가와무라
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지 유닛(2)은, 연료 전지 스택(3)과, 리액터(4)와, 그것들을 수용하는 케이스(5)를 구비하고 있다. 케이스(5)에는, 케이스 내 공간을 상부 공간(62)과 하부 공간(61)으로 구획하는 중간판(6)이 설치되어 있다. 연료 전지 스택(3)은 중간판(6)과의 사이에 소정의 간극(Sp1)이 확보된 상태에서 하부 공간(61)에 수용되어 있다. 리액터(4)는, 연료 전지 스택(3)의 상방에서, 상부가 케이스(5)에 고정된 상태에서 상부 공간(62)에 수용되어 있다. 리액터(4)의 하방의 위치에 있어서 중간판(6)에 관통 구멍(63)이 설치되어 있다. 또한, 리액터(4)의 하부가 관통 구멍(63)에 근접 대향하고 있다.

Description

연료 전지 유닛{FUEL CELL UNIT}
본 명세서가 개시하는 기술은, 연료 전지 유닛에 관한 것이다. 특히, 연료 전지 유닛의 케이스 내에서 클리어런스를 확보하기 위해 필요한 공간을 작게 하는 기술에 관한 것이다. 여기에서 말하는 클리어런스는, 케이스에 수용되는 부품과 케이스 내면과의 사이에 확보해야 할 여유 거리, 혹은 부품 간에 확보할 여유 거리를 의미한다.
자동차의 전력원으로서 연료 전지가 주목받고 있다. 예를 들어, 일본 특허공개 제2014-83875에는, 자동차의 프론트 컴파트먼트에 탑재되는 연료 전지 유닛이 개시되어 있다. 그 연료 전지 유닛에서는, 연료 전지 스택을 수용하고 있는 케이스의 위에 전기 부품(연료 전지 스택의 출력 전압을 관리하는 고전압 유닛)을 수용하고 있는 별개의 케이스가 고정되어 있다.
자동차는 부품 탑재 공간의 제약이 극히 엄격해서, 모든 부품은 소형화가 요구된다. 한편, 전기 장치에서는, 케이스에 수용되는 부품과 케이스 내면과의 사이에, 혹은 부품 간에, 소정의 여유 거리(클리어런스)를 확보할 필요가 있다. 일본 특허공개 제2014-83875의 연료 전지 유닛에서는, 연료 전지 스택과 그 케이스의 천장판(혹은 바닥판)과의 사이에 클리어런스가 필요하며, 또한, 별개의 케이스의 천장판(혹은 마루판)과 내부의 전기 부품과의 사이에도 클리어런스가 필요해진다. 즉, 일본 특허공개 제2014-83875의 연료 전지 유닛은, 높이 방향에 있어서 클리어런스를 위한 공간이 2군데에 필요해진다. 본 명세서는, 연료 전지 스택과 그에 관련된 전기 부품을 포함하는 연료 전지 유닛에 있어서 케이스 내의 클리어런스를 확보하기 위해 필요한 공간을 작게 하는 기술을 제공한다.
본 명세서가 개시하는 연료 전지 유닛은, 복수의 연료 전지 셀이 적층되어 있는 연료 전지 스택과, 연료 전지 스택에 도통하고 있는 전기 부품과, 그것들을 수용하는 케이스를 구비하고 있다. 케이스 내에는, 케이스 내 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 중간판이 설치되어 있다. 연료 전지 스택은, 중간판과의 사이에 소정의 간극(클리어런스)이 확보된 상태에서 하부 공간에 수용되어 있다. 전기 부품은 연료 전지 스택의 상방에서, 상부가 케이스에 고정된 상태에서 상부 공간에 수용되어 있다. 전기 부품의 하방 위치에 있어서, 중간판에 전기 부품의 하부를 통과할 수 있는 크기의 관통 구멍이 설치되어 있으며, 전기 부품의 하부가 관통 구멍에 대향하고 있다. 또한, 전기 부품은, 케이스에 직접 고정되어 있어도 되고, 별개의 부재를 통해 케이스에 고정되어 있어도 된다.
상기 연료 전지 유닛에서는, 전기 부품은 그 상부가 고정되어 있으며, 하측에 클리어런스가 필요해진다. 전기 부품의 하측에는 케이스 내 공간을 구획하는 중간판이 있지만, 그 중간판에는 전기 부품의 하부를 통과할 수 있는 크기의 관통 구멍이 설치되어 있다. 그로 인해, 전기 부품의 하측의 클리어런스는, 하부 공간에 수용되어 있는 연료 전지 스택까지의 사이에서 확보할 수 있으면 된다. 한편, 연료 전지 스택은 상방의 중간판과의 사이에 소정의 클리어런스가 확보된 상태에서 하부 공간에 수용되어 있다. 전기 부품의 하측 클리어런스는, 연료 전지 스택의 상측의 클리어런스와 겹쳐 있어도 된다. 본 명세서가 개시하는 연료 전지 유닛은, 일본 특허공개 제2014-83875의 연료 전지 유닛과 같이, 제각기 클리어런스를 설치할 필요가 없다. 본 명세서가 개시하는 연료 전지 유닛은, 케이스 내에서 연료 전지 스택의 클리어런스와 전기 부품의 클리어런스를 확보하기 위해 필요한 공간을 작게 할 수 있다.
전기 부품의 전형은, 연료 전지 스택이 출력하는 전압을 변압하는 전압 컨버터의 리액터이어도 된다.
전압 컨버터의 부하를 분산시키기 위해, 복수의 전압 컨버터를 병렬로 접속하여 사용하는 경우가 있다. 그 경우, 복수의 리액터가 필요해진다. 케이스의 중간판에는, 복수의 리액터의 하부를 통과할 수 있는 큰 관통 구멍이 필요해진다. 한편, 케이스는 연료 전지 스택에 대해서, 셀의 적층 방향을 따라 하중을 가하는 역할을 담당한다. 중간판에 큰 관통 구멍을 설치하면, 연료 전지 스택에 가해지는 하중을 지지하는 케이스의 강성이 저하되어 버릴 우려가 있다. 그래서, 중간판에 셀의 적층 방향으로 가늘고 긴 관통 구멍을 설치하고, 복수의 리액터를, 관통 구멍의 긴 쪽 방향을 따라 배열하면 된다. 관통 구멍을 셀의 적층 방향으로 가늘고 길게 함으로써, 케이스의 적층 방향(연료 전지 셀의 적층 방향)의 강성의 저하를 억제할 수 있다.
상기 중간판의 상면에, 가늘고 긴 상기 관통 구멍의 짧은 쪽 방향의 양측에서 적어도 1부가 상기 긴 쪽 방향을 따라 연장되어 있는 부분을 포함하는 적어도 하나의 제1 리브가 설치되어 있어도 된다. (ⅰ) 상기 제1 리브는 상기 관통 구멍을 한 바퀴 돌고 있어도 되며, 또는, (ⅱ) 상기 적어도 하나의 제1 리브는, 2개의 제1 리브를 포함하고, 상기 2개의 제1 리브의, 상기 제1 리브의 상기 긴 쪽 방향의 양단은 상기 케이스의 내면에 접속하고 있어도 된다. 제1 리브는, 케이스의 강도를 높임과 함께, 중간판에 떨어진 물방울이 관통 구멍을 통해 연료 전지 스택의 위로 낙하하는 것을 방지한다.
리액터는, 동작 중에 발열하는 부품이므로, 리액터를 냉각하는 냉매 유로가 케이스 내에 필요해지는 경우가 있다. 그 경우, 가령 냉매 유로로부터 액체 냉매가 누설된 경우라도 누설된 냉매가 관통 구멍을 통해 연료 전지 스택 위로 낙하하는 것을 방지할 수 있으면 된다. 그를 위해서는, 이하의 구조를 구비하면 된다. 즉, 케이스 내에서 복수의 리액터의 상방에, 냉매 유로가 마련되어 있다. 복수의 리액터는, 냉매 유로의 하측을 폐쇄하는 유로 바닥판에 고정되어 있다. 유로 바닥판의 하면에는, 긴 쪽 방향을 따라 연장되는 2개의 제2 리브가 설치되어 있다. 전술한 제1 리브는, 2개의 제2 리브의 사이에 유로 바닥판의 하방에 위치하고 있다. 그와 같은 구성에 의하면, 냉매 유로의 측벽과 유로 바닥판의 접합면으로부터 누설된 냉매는, 유로 바닥판의 제2 리브의 외측을 타고 중간판의 위로 낙하한다. 누설된 냉매의 낙하 위치는, 제1 리브의 외측(관통 구멍과는 반대측)으로 되므로, 낙하한 냉매가 관통 구멍을 통해 연료 전지 스택 위로 떨어지는 일은 없다.
유로 바닥판은, 다음의 구성을 더 구비하고 있으면 된다. 유로 바닥판의 상면에, 긴 쪽 방향을 따라서 연장되는 복수의 핀이 설치되어 있다. 유로 바닥판의 하면에, 인접하는 리액터의 사이에 짧은 쪽 방향으로 연장되는 제3 리브가 설치되어 있다. 이 구성에 의하면, 교차하도록 연장되는 핀과 제3 리브가 유로 바닥판의 강도를 높인다. 핀과 제3 리브가 유로 바닥판의 변형을 억제하므로, 냉매 유로로부터 냉매가 누설되기 어려워진다.
상기 전기 부품의 하단은, 상기 중간판의 하면의 높이와 동일하거나 그보다도 높아도 된다. 상기 전기 부품의 하단과 상기 중간판의 하면과의 거리는, 소정의 거리보다도 짧아도 된다.
본 발명의 예시적 실시 형태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 의의는 첨부된 도면을 참조로 하기에 기술될 것이며, 도면에서의 유사 번호는 유사 요소를 나타내는 것이고, 여기서:
도 1은, 연료 전지 유닛을 포함하는 전기 자동차의 블록도이다.
도 2는, 연료 전지 유닛의 케이스의 단면도이다.
도 3은, 리액터의 사시도이다.
도 4는, 케이스와 중간판과 리액터와 유로 바닥판의 사시도이다.
도 5는, 유로 바닥판과 복수의 리액터를 비스듬히 하방에서 본 사시도이다.
도 6은, 유로 바닥판과 리액터를 유로 바닥판의 긴 쪽 방향을 따라 커트한 단면도이다.
도 7은, 핀의 형상의 변형예를 설명하는 단면도이다.
도면을 참조하여 실시예의 연료 전지 유닛을 설명한다. 우선, 도 1을 참조하면서, 연료 전지 유닛의 전기 회로를 설명한다. 도 1은, 연료 전지 유닛(2)을 포함하는 전기 자동차(100)의 블록도이다. 연료 전지 유닛(2)은, 연료 전지 스택(3)과, 복수의 전압 컨버터(10a-10d)와, 평활 콘덴서(14)를 구비하고 있다. 또한, 연료 전지 유닛(2)에는, 그 밖에도 펌프 등이 포함되지만, 그것들의 도시는 생략하였다.
복수의 전압 컨버터(10a-10d)는 병렬로 접속되어 있다. 전압 컨버터(10a-10d)는, 연료 전지 스택(3)의 출력 전압을 변압한다. 구체적으로는, 전압 컨버터(10a-10d)는, 연료 전지 스택(3)의 출력 전압을 승압한다. 전압 컨버터(10a-10d)의 각각은, 리액터(4)와 스위칭 소자(12)와 정류 다이오드(13)를 구비하고 있다. 리액터(4)는, 연료 전지 스택(3)의 정극선에 접속되어 있다. 리액터(4)의 이차 전지(91)(후술)의 측에는 정류 다이오드(13)가 접속되어 있다. 정류 다이오드(13)는, 리액터(4)로부터 이차 전지(91)로 전류를 통과시키는 방향에서 접속되어 있다. 리액터(4)와 정류 다이오드(13) 사이의 전선과, 부극선의 사이에서, 상기 전선과 부극선에 스위칭 소자(12)가 접속되어 있다. 스위칭 소자(12)를 적절한 듀티비로 동작시키면, 듀티비에 따라서 승압된 전력이 이차 전지(91)의 측으로 출력된다.
복수의 전압 컨버터(10a-10d)의 출력측에 평활 콘덴서(14)가 병렬로 접속되어 있다. 평활 콘덴서(14)는, 전압 컨버터(10a-10d)의 출력 전류의 맥동을 억제한다.
복수의 전압 컨버터(10a-10d)의 출력측에는, 인버터(93)가 접속되어 있다. 인버터(93)의 교류측에는, 주행용 모터(94)가 접속되어 있다. 또한, 복수의 전압 컨버터(10a-10d)의 출력측과 인버터(93)의 사이에 쌍방향 DC-DC 컨버터(92)가 접속되어 있다. 쌍방향 DC-DC 컨버터(92)의 끝에 이차 전지(91)가 접속되어 있다. 인버터(93)는, 직류 전력을 교류로 변환하여 모터(94)로 출력한다. 인버터(93)는, 모터(94)가 발전한 교류 전력(회생 전력)을 직류 전력으로 변환하는 기능도 갖고 있다.
쌍방향 DC-DC 컨버터(92)는, 승압 기능과 강압 기능을 구비하고 있다. 승압 기능은, 이차 전지(91)의 출력 전압을 승압시켜 인버터(93)에 공급하는 기능이다. 강압 기능은, 모터(94)가 발전하여 인버터(93)에 의해 교류로부터 직류로 변환된 회생 전력을 강압시켜 이차 전지(91)에 공급하는 기능이다. 인버터(93)는, 쌍방향 DC-DC 컨버터(92)와 연료 전지 유닛(2)으로부터 보내지는 직류 전력을 모터(94)의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 또한, 인버터(93)는, 전술한 바와 같이, 차량 감속 시에 모터(94)가 발전한 교류 전력(회생 전력)을 직류 전력으로 변환하는 경우가 있다.
연료 전지 스택(3)의 출력 변화의 시상수는, 주행용 모터(94)에 요구되는 시상수보다도 길다. 다르게 말하면, 연료 전지 스택(3)의 출력의 응답 속도는 모터(94)에 요구되는 응답 속도보다도 낮다. 그래서, 연료 전지 스택(3)의 출력 전력을 보충하거나, 연료 전지 스택(3)의 여유 전력을 흡수하기 위해 이차 전지(91)가 구비되어 있다. 전술한 바와 같이, 이차 전지(91)는, 회생 전력도 축적한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연료 전지 유닛(2)은, 연료 전지 스택(3)과, 연료 전지 스택(3)에 도통하고 있는 복수의 리액터(4)를 구비한다. 이하에서는, 연료 전지 유닛(2)의 케이스 내에 있어서의 연료 전지 스택(3)과 복수의 리액터(4)의 배치와 케이스의 구조에 대하여 설명한다.
도 2는, 연료 전지 유닛(2)의 케이스(5)의 단면도이다. 케이스(5)는, 연료 전지 스택(3)을 수용하는 하부 케이스(5a)와, 하부 케이스(5a)의 위에 접속되는 상부 케이스(5b)로 분할되어 있다. 하부 케이스(5a)에는, 케이스(5)의 내부 공간을 하부 공간(61)과 상부 공간(62)으로 구획하는 중간판(6)이 설치되어 있다. 중간판(6)은, 알루미늄 다이캐스트에 의해, 하부 케이스(5a)와 일체로 만들어져 있다. 또한, 중간판(6)은, 하부 케이스(5a)와는 다른 부품이어도 된다. 그 경우, 중간판 (6)은, 하부 케이스(5a)에 견고하게 체결된다.
연료 전지 스택(3)은, 복수의 연료 전지 셀(31)(도 4 참조)을 적층한 적층체이다. 하부 케이스(5a)(케이스(5))는, 연료 전지 스택(3)에 대해서 연료 전지 셀의 적층 방향의 양측으로부터 하중을 가하는 역할도 해내고 있다. 중간판(6)은, 하부 케이스(5a)가 연료 전지 스택(3)에 하중을 가했을 때 하부 케이스(5a)의 변형을 억제하는 강도 강화 부재의 역할을 담당한다.
상부 케이스(5b)(즉 상부 공간(62))에는, 도 1에서 나타낸 복수의 전압 컨버터(10a-10d)의 부품 외에, 다양한 부품이 수용된다. 도 1에서 나타낸 스위칭 소자(12)와 정류 다이오드(13)는, 수지제의 패키지에 수용된다. 복수의 패키지의 적층체(21)가, 상부 공간(62)에 수용되어 있다. 상부 공간(62)에는, 복수의 리액터(4)도 수용된다. 복수의 리액터(4)는, 도 2의 좌표계에 있어서의 X 방향으로 배열하여 배치된다. 복수의 리액터(4)의 배열에 대해서는, 후에, 도 4, 도 5를 참조하면서 설명한다.
여기서, 도 3을 참조하여 리액터(4)의 구조를 설명한다. 리액터(4)는, 링 상의 코어(42)의 2군데에 코일(41)이 권회되어 있음과 함께, 코어(42)와 코일(41)이 수지 커버(43)로 덮여 있는 구조를 갖고 있다. 도 3에서는, 코어(42)는 수지 커버(43)로 덮여 보이지 않으므로 파선으로 나타내고 있다. 수지 커버(43)의 3군데에, 리액터(4)를 고정하기 위한 볼트를 통과시키는 돌기(45)가 마련되어 있다(하나의 돌기(45)는 후방측에 있으므로 도 3에서는 보이지 않음). 코일(41)의 일부는 수지 커버(43)로부터 노출되어 있다. 코일(41)의 일측면(도 3에 있어서의 하면)의 전체가 수지 커버(43)로부터 노출되어 있다. 코일(41)의 다른 일측면(도 3에 있어서의 상면)의 일부가, 수지 커버(43)에 설치된 창(43a)을 통해 노출되어 있다. 도 3에는, 코일(41)의 인출선(41a)이 도시되어 있다.
도 2로 되돌아가서 케이스(5)의 구조와, 상부 공간(62)에 있어서의 리액터(4)의 배치에 대하여 설명을 계속한다. 또한, 도 2에 있어서의 리액터(4)는, 도 3에 도시한 리액터(4)에 대해서 상하가 반대로 되어 있다. 즉, 도 3에서는 코일(41)의 하측이 수지 커버(43)로부터 노출되어 있지만, 도 2에서는 코일(41)의 상측이 노출되어 있다.
리액터(4)의 상방에 냉매 유로(23)가 형성되어 있다. 냉매 유로(23)는, 상부 케이스(5b)의 일부와, 상부 케이스(5b)로부터 내측으로 돌출되는 한 쌍의 돌조(51)와, 유로 바닥판(7)에 의해 둘러싸인 공간이다. 냉매 유로(23)를 액체의 냉매가 흐른다. 한 쌍의 돌조(51)는, 냉매 유로(23)의 측벽을 구성한다. 유로 바닥판(7)은, 도시하지 않은 시일재 또는 가스킷을 통해 한 쌍의 돌조(51)의 하면에 접하고 있다. 다르게 말하면, 유로 바닥판(7)은, 냉매 유로(23)의 하측을 폐쇄한다. 시일재 또는 가스킷에 의해 돌조(51)와 유로 바닥판(7)의 사이에서 냉매가 누설되는 것이 방지된다. 냉매 유로(23)의 상판에 상당하는 상부 케이스(5b)의 천장판에는, 도시하지 않은 연료 전지용 펌프를 구동하기 위한 인버터(22)가 배치되어 있다. 인버터(22)는 천장판을 통해 냉매 유로(23)와 열적으로 결합하고 있으며, 냉매 유로(23)를 흐르는 냉매에 의해 냉각된다.
리액터(4)는, 유로 바닥판(7)의 하면에 고정되어 있다. 유로 바닥판(7)은 상부 케이스(5b)에 고정되어 있으므로, 리액터(4)는, 유로 바닥판(7)을 통해 상부 케이스(5b)(즉 케이스(5))에 고정되어 있다. 리액터(4)의 코일(41)의 일측면이, 전열 시트(24)를 통해 유로 바닥판(7)과 열적으로 연결된다. 도 4에, 연료 전지 스택(3)을 수용한 하부 케이스(5a)와, 중간판(6)과, 복수의 리액터(4)와, 유로 바닥판(7)을, 상하 방향으로 분리한 분해 사시도를 나타낸다. 또한, 도 5에, 유로 바닥판(7)과 복수의 리액터(4)를 도 4의 하측에서 본 사시도를 나타낸다. 도 6에, 유로 바닥판(7)과 리액터(4)를 도면 중의 XZ 평면에서 커트한 단면도를 나타낸다. 이하에서는, 도 2와 함께 도 4-도 6을 참조하면서, 리액터(4)의 탑재 구조를 설명한다.
연료 전지 스택(3)은, 하부 케이스(5a)(즉, 하부 공간(61))에 수용되어 있다. 연료 전지 스택(3)은, 복수의 연료 전지 셀(31)이 적층된 적층체이다. 도면 중의 X 방향이, 복수의 연료 전지 셀(31)의 적층 방향에 상당한다(도 4 참조). 그 밖의 도면에서도, 도면 중의 좌표계의 X 방향이 복수의 연료 전지 셀(31)의 적층 방향에 상당한다. 하부 케이스(5a)에는, 연료 전지 스택(3)에 하중을 가하기 위한 억제판(32)이 설치되어 있다. 케이스(5)는, 억제판(32)을 통해 연료 전지 셀(31)의 적층 방향의 하중을 연료 전지 스택(3)에 가한다. 연료 전지 스택(3)의 적층 방향의 일단부는 하부 케이스(5a)의 내면에 맞닿아 있으며, 억제판(32)은, 타단부측으로부터 연료 전지 스택(3)으로 하중을 가한다.
복수의 리액터(4)는, 도면 중의 X 방향을 따라서 배열되어 있으며, X 방향으로 긴 유로 바닥판(7)의 하면에 고정되어 있다. 전술한 바와 같이, 리액터(4)의 수지 커버의 3군데에 돌기(45)가 마련되어 있다. 도 5에서는, 좌측의 리액터(4)에만, 고정용 3개의 볼트(46)를 도시하고, 다른 리액터(4)에 대한 볼트는 도시를 생략하였다. 리액터(4)의 돌기(45)에 삽입 관통된 볼트(46)가 유로 바닥판(7)에 설치된 돌기(75)의 나사 구멍에 나사 결합하고, 리액터(4)가 유로 바닥판(7)에 고정된다(도 5 참조). 도 5에 도시한 바와 같이, 좌측의 리액터(4)뿐만 아니라, 다른 리액터(4)에도 대응하는 돌기(75)가 마련되어 있다.
리액터(4)의 코일(41)과 유로 바닥판(7)의 사이에는, 전열 시트(24)가 끼워진다. 도 5에 도시한 바와 같이, 우측의 리액터(4)뿐만이 아니라, 다른 리액터(4)에 대응하는 전열 시트(24)도 설치되어 있다. 리액터(4)의 코일(41)은, 전열 시트(24)를 통해 유로 바닥판(7)과 열적으로 결합하고 있다. 한편, 유로 바닥판(7)의 상면, 즉, 냉매 유로(23)에 폭로되는 면에, 복수의 핀(72)이 설치되어 있다(도 2, 도 4 참조). 리액터(4)의 코일(41)은, 전류가 흐르면 발열한다. 코일(41)의 열은, 전열 시트(24)와 핀(72)에 의해, 효율적으로 냉매에 흡수된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 리액터(4)는, 연료 전지 스택(3)의 상방에 위치하는 바와 같이, 상부 공간(62)에 수용되어 있다. 연료 전지 스택(3)은, 중간판(6)의 사이에 소정의 간극 Sp1이 확보된 상태에서 하부 공간(61)에 수용되어 있다. 한편, 리액터(4)는, 그 상부가 유로 바닥판(7)에 고정되고, 하방에는 공간이 넓어져 있다. 중간판(6)에는, X 방향으로 가늘고 긴 관통 구멍(63)이 설치되어 있다(도 2, 도 4 참조). 관통 구멍(63)은, 복수의 리액터(4)의 하방에 위치하도록, 중간판(6)에 설치되어 있다(도 2, 도 4 참조). 관통 구멍(63)은, 적어도 리액터(4)의 하부가 관통하는 크기를 갖고 있다. 그리고, 리액터(4)는, 그 하부가 관통 구멍(63)에 근접 대향하도록 배치되어 있다. 다르게 말하면, 리액터(4)의 하면의 일부는, 관통 구멍(63)을 통해 연료 전지 스택(3)의 상면과 대향하고 있다. 또한, 리액터(4)의 하부란, 리액터의 하단으로부터 소정의 높이(예를 들어 1㎝)까지의 부분을 의미한다.
중간판(6)과 연료 전지 스택(3) 사이의 간극 Sp1은, 연료 전지 스택(3)이 중간판(6)에 접촉하지 않도록 설치된 클리어런스이다. 연료 전지 스택(3)의 위를 케이블 등이 통과하는 경우에는, 간극 Sp1은, 케이블 등을 통과시키는 공간을 확보하기 위해서도 설치된다. 한편, 리액터(4)의 하측에도, 중간판(6)과 접촉하지 않도록, 혹은 리액터(4)의 하방에 케이블 등을 통과시키기 위한 클리어런스를 설치할 필요가 있다. 상기 관통 구멍(63)은, 리액터(4)의 하측에 설치할 클리어런스를, 연료 전지 스택(3)의 상방에 설치된 클리어런스(간극 Sp1)와 중복시켜, 클리어런스를 위한 공간을 작게 하는 데 공헌한다. 리액터(4)의 상부를 케이스(5)에 고정하여 리액터(4)의 하방에 클리어런스를 설치하기로 하였으므로, 리액터(4)의 하방의 클리어런스를 연료 전지 스택(3)의 상방에 설치된 클리어런스에 중복시키는 것이 가능해진다.
도 2에 있어서 나타낸 클리어런스(공간) Sp1이, 연료 전지 스택(3)과 중간판(6)의 사이에 설치된 클리어런스이다. 클리어런스(공간) Sp2가, 연료 전지 스택(3)과, 리액터(4) 사이의 클리어런스이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 실시예의 연료 전지 유닛(2)은, 연료 전지 스택(3)에 대한 클리어런스를 확보하기 위한 공간과, 리액터(4)에 대한 클리어런스를 확보하기 위한 공간을 중복시킴으로써, 클리어런스를 위해 필요한 공간을 작게 할 수 있었다.
또한, 리액터(4)는, 리액터(4)의 하단이 중간판(6)보다도 하방으로 돌출하지 않도록, 유로 바닥판(7)을 통해 상부 케이스(5b)에 고정된다. 다르게 말하면, 리액터(4)의 하단 위치가, 중간판(6)의 하면의 높이(도면 중의 파선 DL)와 동일하거나 그보다도 높아지도록, 리액터(4)는 유로 바닥판(7)을 통해 상부 케이스(5b)에 고정된다. 이것은, 자동차가 충돌하여 충격으로 케이스(5)가 찌부러졌을 때, 리액터(4)의 하단이 연료 전지 스택(3)과 접촉하여 대미지를 입지 않도록 하기 위해서이다. 바람직하게는, 리액터(4)는, 그 하단이 중간판(6)의 하면과 대략 단차 없이 되도록 고정되어 있으면 된다. 「리액터(4)는, 그 하부가 관통 구멍(63)에 근접 대향하도록 배치된다」의 일례는, 리액터(4)의 하단이, 후술하는 한 쌍의 제1 리브(64)에 끼워지도록 배치되는 것이다. 그러한 배치에 의해, 관통 구멍(63)이 없는 경우와 비교하여, 리액터(4)의 위치를 낮게 할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(63)은, 연료 전지 셀(31)의 적층 방향(도면 중의 X 방향)으로 가늘고 길게 연장되어 있으며, 복수의 리액터(4)는, X 방향, 즉, 적층 방향을 따라 배열되어 있다. 전술한 바와 같이, 하부 케이스(5a)는, 연료 전지 스택(3)에 대해서 적층 방향(도면 중의 X 방향)의 하중을 가한다. 전술한 바와 같이, 중간판(6)은, 하부 케이스(5a)(케이스(5))와 일체 구조이며, 하부 케이스(5a)(케이스(5))의 도면 중의 X 방향의 강도를 확보하는 부재이다. 그 중간판(6)에 도면 중의 Y 방향으로 폭넓은 관통 구멍을 설치하면, 하부 케이스(5a)의 X 방향의 강도가 저하되어 버린다. 실시예의 연료 전지 유닛(2)에서는, 복수의 리액터(4)를 X 방향으로 배열함과 함께, 관통 구멍(63)을 X 방향으로 가늘고 길게 형성함으로써, 관통 구멍(63)의 Y 방향의 폭을 가능한 한 억제한다. 그와 같은 구조에 의해, 하부 케이스(5a)의 X 방향의 강도의 확보를 도모하고 있다.
중간판(6)의 상면에서, 관통 구멍(63)의 Y 방향의 양측에 제1 리브(64)가 설치되어 있다. 제1 리브(64)의 양단은 하부 케이스(5a)(케이스(5))의 내측면에 접한다. 제1 리브(64)는, 중간판(6)의 강도를 높임과 함께, 중간판(6)에 낙하한 수분이 관통 구멍(63)을 통해서 연료 전지 스택(3)의 위로 낙하하는 것을 방지한다.
냉매 유로(23)로부터 액체 냉매가 누설될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 유로 바닥판(7)은, 돌조(51)의 하면에 도시하지 않은 시일재 또는 가스킷을 통해 접합하고 있다. 유로 바닥판(7)과 돌조(51)의 접합 개소(도 2에 있어서 화살표 A가 나타낸 개소)로부터 액체 냉매가 누설될 수도 있다. 실시예의 연료 전지 유닛(2)은, 가령 접합 개소 A로부터 냉매가 누설되었다고 해도, 누설된 냉매가 관통 구멍(63)을 통해 연료 전지 스택(3)의 위로 낙하하지 않도록 고안이 실시되어 있다. 그 고안에 대하여 다음에 설명한다.
도 2, 도 4에 도시한 바와 같이, 유로 바닥판(7)의 하면 Y 방향의 양단에, X 방향으로 연장되는 제2 리브(71)가 설치되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 중간판(6)에 설치되어 있는 제1 리브(64)는, 2개의 제2 리브(71)의 사이에 유로 바닥판(7)의 하방에 위치하고 있다. 이 구조에 의하면, 유로 바닥판(7)과 돌조(51)의 접합 개소(도 2의 화살표 A가 나타낸 개소)로부터 냉매가 누설된 경우, 누설된 냉매는 제2 리브(71)의 외측을 타고 중간판(6)의 위로 낙하한다. 냉매의 낙하 개소는, 중간판(6)의 제1 리브(64)의 외측(관통 구멍(63)과는 반대측)으로 된다. 따라서 중간판(6)의 상면에 낙하한 냉매는, 제1 리브(64)에 저지되어, 관통 구멍(63)을 통해 낙하하는 일이 없다. 또한, 제1 리브(64)는 양단이 하부 케이스(5a)(케이스(5))의 내측면에 접하고 있다. 그와 같은 구조 대신에, 제1 리브(64)는 관통 구멍(63)을 한 바퀴 돌도록 설치되어도 된다. 그와 같은 환 형상의 제1 리브도, 연료 전지 스택(3)의 위로 액체 냉매가 낙하하는 것을 방지한다.
도 2, 도 4에 도시한 바와 같이, 유로 바닥판(7)의 상면(냉매에 폭로되는 면)에는 X 방향으로 연장되는 복수의 핀(72)이 설치되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 유로 바닥판(7)의 하면(리액터(4)가 접하는 면)에는, 인접하는 리액터(4)의 사이에서 Y 방향으로 연장되는 제3 리브(74)가 설치되어 있다. 핀(72)의 연장 설치 방향(X 방향)과 제3 리브(74)의 연장 설치 방향(Y 방향)은 교차한다. 교차하는 핀(72)과 제3 리브(74)에 의해, 유로 바닥판(7)의 강성이 높아진다. 유로 바닥판(7)의 강성이 높아짐으로써, 유로 바닥판(7)은 변형되기 어려워진다. 이러한 점은, 유로 바닥판(7)과 돌조(51)의 사이에 간극이 발생할 가능성을 저감한다. 그 결과, 유로 바닥판(7)과 돌조(51)의 사이에서 냉매가 누설되기 어려워진다.
도 7에, 변형예의 핀(172)을 나타낸다. 핀(172)과 같이, X 방향으로 연장되는 핀은, X 방향의 도중에 끊어져 있어도 된다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 설명한다. 실시예의 연료 전지 유닛(2)은, 4개의 리액터(4)를 구비하고 있다. 리액터(4)의 수는, 4개로 한정되지 않는다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세히 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않으며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명에는, 이상으로 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (7)

  1. 연료 전지 유닛(2)에 있어서,
    복수의 연료 전지 셀이 적층되어 있는 연료 전지 스택(3)과,
    상기 연료 전지 스택(3)에 도통하고 있는 전기 부품(4)과,
    상기 연료 전지 스택(3)과 상기 전기 부품(4)을 수용하고 있는 케이스(5)를
    포함하고,
    상기 케이스(5) 내에, 상기 케이스 내의 공간을 상부 공간(62)과 하부 공간(61)으로 구획하는 중간판(6)이 설치되어 있으며,
    상기 연료 전지 스택(3)은 상기 중간판(6)과의 사이에 소정의 간극이 확보된 상태에서 상기 하부 공간(61)에 수용되어 있으며,
    상기 전기 부품(4)은 상기 연료 전지 스택(3)의 상방에서, 상부가 상기 케이스(5)에 고정된 상태에서 상기 상부 공간(62)에 수용되어 있으며,
    상기 전기 부품(4)의 하방의 위치에 있어서 상기 중간판(6)에 상기 전기 부품(4)의 하부를 통과할 수 있는 크기의 관통 구멍(63)이 설치되어 있으며,
    상기 전기 부품(4)의 하부가 상기 관통 구멍(63)에 대향하고 있는, 연료 전지 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 부품(4)은, 상기 연료 전지 스택(3)의 출력 전압을 변압하는 전압 컨버터의 리액터인, 연료 전지 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케이스(5)는, 상기 연료 전지 셀의 적층 방향을 따라서 상기 연료 전지 스택(3)에 하중을 가하고 있으며,
    상기 관통 구멍(63)은, 상기 적층 방향으로 가늘고 길게 연장되어 있으며,
    복수의 상기 리액터가, 상기 관통 구멍(63)의 긴 쪽 방향을 따라서 배열되어 있는, 연료 전지 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중간판(6)의 상면에, 가늘고 긴 상기 관통 구멍(63)의 짧은 쪽 방향의 양측에서 적어도 1부가 상기 긴 쪽 방향을 따라 연장되어 있는 부분을 포함하는 적어도 하나의 제1 리브(64)가 설치되어 있으며,
    (ⅰ) 상기 제1 리브(64)는 상기 관통 구멍(63)을 한 바퀴 돌고 있거나, 또는, (ⅱ) 상기 적어도 하나의 제1 리브(64)는, 2개의 제1 리브를 포함하고, 상기 2개의 제1 리브의, 상기 제1 리브(64)의 상기 긴 쪽 방향의 양단은 상기 케이스(5)의 내면에 접속하고 있는, 연료 전지 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 케이스(5) 내에서 복수의 상기 리액터의 상방에 냉매 유로가 설치되어 있으며,
    복수의 상기 리액터는, 상기 냉매 유로의 하측을 폐쇄하는 유로 바닥판(7)에 고정되어 있으며,
    상기 유로 바닥판(7)의 하면에 상기 긴 쪽 방향을 따라서 연장되는 2개의 제2 리브(71)가 설치되어 있으며,
    상기 제1 리브(64)는, 상기 2개의 제2 리브(71)의 사이에서 상기 유로 바닥판(7)의 하방에 위치하고 있는, 연료 전지 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유로 바닥판(7)의 상면에 상기 긴 쪽 방향을 따라서 연장되는 복수의 핀(72)이 설치되어 있음과 함께, 상기 유로 바닥판(7)의 하면에, 인접하는 상기 리액터의 사이에서 상기 짧은 쪽 방향으로 연장되는 제3 리브(74)가 설치되어 있는, 연료 전지 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 부품(4)의 하단은, 상기 중간판(6)의 하면의 높이와 동일하거나 그보다도 높고,
    상기 전기 부품(4)의 하단과 상기 중간판(6)의 하면과의 거리는, 소정의 거리보다도 짧은, 연료 전지 유닛.
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