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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel
zur Montierung in einem Fahrzeug. In diesem Brennstoffzellenstapel
sind mehrere Brennstoffzelleneinheiten, von denen jede durch Anordnen
einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran zwischen einer anodenseitigen
Elektrode und einer kathodenseitigen Elektrode gebildet ist, mit dazwischen
angeordneten Trennelementen in der horizontalen Richtung gestapelt.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Brennstoffzellenstapel,
der hervorragende Vibrationsfestigkeit und Stoßfestigkeit aufweist.
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Eine
Feststoffpolymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle wird durch Anordnen
von Brennstoffzelleneinheiten zwischen Trennelementen gebildet,
wobei die Brennstoffzelleneinheiten durch Bereitstellen einer Anodenelektrode
auf einer Seite und einer Kathodenelektrode auf der anderen Seite
einer eine Polymerionenaustauschmembran (eine Kationenaustauschmembran)
umfassenden Elektrolytmembran gebildet sind. Diese Feststoffpolymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
wird normalerweise als Brennstoffzellenstapel durch Anordnen einer
vorbestimmten Anzahl von Brennstoffzelleneinheiten und Trennelementen
in einem Stapel verwendet.
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Bei
dieser Art eines Brennstoffzellenstapels wird ein Brennstoffgas,
z.B. zu der anodenseitigen Elektrode geliefertes Wasserstoffgas,
auf einer katalytischen Elektrode ionisiert und bewegt sich zu der kathodenseitigen
Elektrode über
die Elektrolytmembran, die bis zu einem geeigneten Grad angefeuchtet wurde.
Die bei der elektrochemischen Reaktion erzeugten Elektronen fließen durch
einen externen Kreislauf und können
elektrische Energie in der Form eines direkten Stroms bereitstellen.
Da ein oxidierendes Gas, wie z.B. Sauerstoffgas oder Luft, zu der
kathodenseitigen Elektrode geliefert wird, reagieren die Wasserstoffionen,
die Elektronen und das Sauerstoffgas an der kathodenseitigen Elektrode,
um Wasser zu erzeugen.
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Wenn
der vorangehend beschriebene Brennstoffzellenstapel durch Montierung
in einem Fahrzeug angewendet wird, insbesondere in einem Passagierfahrzeug,
dann gibt es als Folge davon, dass der Stapel gewöhnlich unter
dem Boden der Fahrzeugkabine platziert ist, strikte Beschränkungen bezüglich des
Raums, der durch den Brennstoffzellenstapel in der Höhenrichtung
eingenommen werden kann. Demnach ist die Höhe einer Brennstoffzelleneinheit
beschränkt
und mehrere Brennstoffzelleneinheiten sind mit Trennelementen, die
zwischen jeder Brennstoffzelleneinheit angeordnet sind, in horizontaler
Richtung gestapelt (siehe zum Beispiel die ungeprüfte japanische
Patentanmeldung, erste Veröffentlichung
Nr. Hei-8-171926). Der Brennstoffzellenstapel ist an der Fahrzeugbodenplatte
durch Montageelemente, die in Endplatten an beiden Enden des Brennstoffzellenstapels
vorgesehen sind, fixiert.
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Ein
Beispiel dieser Struktur ist in 13 zu sehen.
In 13 bezeichnet die
Nummer 1 einen Brennstoffzellenstapel. In diesem Brennstoffzellenstapel 1 sind
mehrere Brennstoffzelleneinheiten, von denen jede durch Anordnen
einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran zwischen einer anodenseitigen
Elektrode und einer kathodenseitigen Elektrode gebildet ist, mit
Trennelementen, die zwischen jeder angeordnet sind, in der horizontalen
Richtung gestapelt. Jede Brennstoffzelleneinheit ist durch einen Schraubenbolzen 2 befestigt.
Ein Befestigungsstrukturabschnitt 3, der eine konische
Tellerfeder oder dgl. umfasst, ist an einem Ende in der Richtung,
in welcher der Brennstoffzellenstapel 1 gestapelt ist,
vorgesehen, während
ein anderer Befestigungsstrukturabschnitt 4, der eine Scheibe
oder dgl. umfasst, an dessen anderem Ende vorgesehen ist. Diese
zwei Abschnitte verleihen jeder Brennstoffzelleneinheit des Energieerzeugungszellenabschnitts,
der sich im zentralen Abschnitt befindet, die notwendige Befestigungsstärke.
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Hierbei
ist ein Montageelement 6, das zur Installation des Brennstoffzellenstapels 1 verwendet wird,
auf einer Endplatte 5 des Befestigungsstrukturelements 3,
das an dem einen Ende in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten
vorgesehen ist, montiert, während
ein Montageelement 8, das für die Installation des Brennstoffzellenstapels 1 verwendet wird,
auch auf einer Stützplatte 7 an
dem Befestigungsstrukturelement 4 an dem anderen Ende des Brennstoffzellenstapels 1 montiert
ist.
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Die
zwei Montageelemente 6 und 8, die an den zwei
Enden des Brennstoffzellenstapels 1 vorgesehen sind, sind
an der Fahrzeugbodenplatte 9 befestigt.
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Jedoch
existiert in dem konventionellen Brennstoffzellenstapel 1 das
Problem, dass die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 1 dann
abnimmt, wenn die Stapellänge
des Stapels aufgrund der zunehmenden Anzahl von Brennstoffzelleneinheiten
infolge von Versuchen, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 1 anzuheben,
verlängert
wird, was eine Verschlechterung der Vibrationsfestigkeit gegenüber einer
Vibration, die durch wiederholtes Starten und Stoppen des Fahrzeugs oder
während
das Fahrzeug fährt
oder dgl. erzeugt wird, zur Folge hat.
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Zusätzlich existiert
auch das Problem, dass die Belastung (insbesondere die Kraft), die
auf die an beiden Enden des Brennstoffzellenstapels 1 vorgesehenen
Montageelemente 6 und 8 wirkt, dann zunimmt, wenn
die Stapellänge
des Stapels länger
gemacht wird, da der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Brennstoffzellenstapels 1 und
der Montageelemente 6 und 8 (welche Halteelemente
sind) verlängert
wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Stoßfestigkeit, wenn eine Stoßkraft auf
das Fahrzeug ausgeübt
wird, verringert.
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Obwohl
es als Antwort darauf auch möglich wäre, eine
größere Anzahl
von Brennstoffzelleneinheiten, von denen jede eine kürzere Stapellänge aufweist,
zu verwenden, wird die Anzahl von Teilen, also auch die Anzahl von
Montageschritten, stark erhöht, da
die Schraubenbolzen, welche die über
Trennelemente zusammen gestapelten Brennstoffzelleneinheiten befestigen,
die Befestigungsstrukturabschnitte, die Rohrverzweigung zur Lieferung
des Brennstoffgases und des oxidierenden Gases und dergleichen,
das Rohrnetz, die Schienen für
die elektrischen Verbindungen und dergleichen, alle zusätzlich notwendig
sind und das Problem entsteht, dass dies dazu neigt, sowohl eine
Erhöhung
des Gewichts des Fahrzeugs, als auch eine Vergrößerung des durch den Brennstoffzellenstapel
belegten Raumes zu verursachen.
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In
der
DE 43 45 319 C2 wird
ein Brennstoffzellensystem für
den Einsatz in einem Fahrzeug beschrieben, in dem ein aus einer
Stapelung von Einheitszellen aufgebauter Brennstoffzellenhauptkörper mittels
Befestigungsteilen auf einer Basis befestigt wird. Die Basis wiederum
ist auf einem Fahrzeugkarosserierahmen montiert. Die Befestigungsteile
sind jeweils an den Enden der gestapelten Brennstoffzelleneinheiten
angeordnet.
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Die
EP 0 814 528 A2 zeigt
eine Brennstoffzelle, die aus mehreren in Form eines Stapels geschichteten
Einheitszellen aufgebaut ist. Jede Einheitszelle besteht aus einem
zwischen Anode und Kathode liegenden Elektrolyten. Die Einheitszellen werden
durch Separatoren voneinander getrennt. Abgeschlossen wird der Brennstoffzellenstapel
in Stapelrichtung an seinen Enden mit Kollektorplatten und mittels
Metallbolzen zusammengehalten. Zusätzlich werden die Brennstoffzelleneinheiten
in Stapelrichtung über
zwischenliegende Kollektorbauteile miteinander elektrisch leitend
verbunden, wobei die zwischenliegenden Kollektorbauteile auch Metallbolzen
aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel
bereitzustellen, der es erlaubt, die Vibrationsfestigkeit und die Stoßfestigkeit
zu verbessern, ohne dass der durch den Brennstoffzellenstapel belegte
Raum vergrößert wird.
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Um
die vorangehend genannten Aufgaben zu lösen, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Brennstoffzellenstapel zur Montierung in einem Fahrzeug
gemäß Anspruch
1, in welchem mehrere Brennstoffzelleneinheiten (z.B. die Brennstoffzelleneinheiten 14 der
Ausführungen),
von welchen jede durch Anordnen einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran (z.B.
die Feststoff-Elektrolytmembran 11 der Ausführungen)
zwischen einer anodenseitigen Elektrode (z.B. die anodenseitige
Elektrode 12 der Ausführungen)
und einer kathodenseitigen Elektrode (z.B. die kathodenseitige Elektrode 13 der
Ausführungen)
gebildet ist, mit Trennelementen (z.B. die Trennelemente 15 und 16 der
Ausführungen),
die zwischen jeder derselben angeordnet sind, in horizontaler Richtung gestapelt
sind, wobei ein zur Installation verwendetes Montageelement (z.B.
die Montageelemente 25 und 26 der Ausführungen)
an einer Endplatte (z.B. die Endplatte 20 und Stützplatte 20A der
Ausführungen) vorgesehen
ist, die an beiden Enden entlang der Richtung, in welcher die Brennstoffzelleneinheiten gestapelt
sind, vorgesehen ist, und wobei mindestens ein zwischenliegendes
Halteelement (z.B. das zwischenliegende Halteelement 28 der
Ausführungen)
zusätzlich
an einem zwischenliegenden Abschnitt entlang der Richtung, in welcher
die Brennstoffzelleneinheiten gestapelt sind, vorgesehen ist.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur ist es möglich, den Abstand zwischen
dem Schwerpunkt des Brennstoffzellenstapels und den Haltepunkten unter
Verwendung der zwischenliegenden Halteelemente zu verkürzen und
die Belastung auf die Montageelemente an beiden Enden in der Stapelrichtung der
Brennstoffzelleneinheiten dadurch zu verringern. Dadurch ist es
möglich,
die Stoßfestigkeit
zu erhöhen und
eine ausreichende Haltesteifigkeit sicherzustellen, wenn das Fahrzeug
einen Stoß empfängt. Es
ist auch möglich,
die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels durch Erhöhen der
Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels anzuheben. Dadurch ist
es möglich,
die Vibrationsfestigkeit gegenüber
einer Vibration, die erzeugt wird, während das Fahrzeug fährt oder
bei wiederholtem Starten und Stoppen des Fahrzeugs, zu erhöhen.
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Das
zwischenliegende Halteelement ist mit einer Platte (z.B. die Platte 29 der
Ausführungen),
die in einen zwischenliegenden Abschnitt entlang der Richtung, in
welcher die Brennstoffzelleneinheiten gestapelt sind, eingefügt ist und
mit einem zur Installation verwendeten Montageelement (z.B. das
Montageelement 30 der Ausführungen) versehen.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur wird es möglich, die Stapelstruktur der
Brennstoffzelleneinheiten effektiv zu nutzen und die Platte, die
zwischen Brennstoffzelleneinheiten angeordnet ist, über die
Montageelemente zur Montierung dieser Platte zu fixieren. Dadurch
ist es möglich,
die Belastung über
die Platte, die zwischen den Brennstoffzelleneinheiten stark befestigt
ist, verlässlich
zu verteilen.
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Die
Platte (z. B. die Platte 62 der Ausführungen) kann die auf jeder
Seite der Platte angeordneten Brennstoffzelleneinheiten elektrisch
miteinander verbinden.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur ist es zusätzlich zu der Haltefunktion
des Brennstoffzellenstapels möglich,
dass die Platte eine zuverlässige Verbindung
zwischen den Brennstoffzelleneinheiten auf jeder Seite der Platte
herstellt. Folglich besteht kein Bedarf, eine externe Verdrahtung
bereitzustellen, um diese elektrische Verbindung herzustellen und
ferner wird ermöglicht,
dass es keine schädlichen
Auswirkungen auf die elektrischen Verbindungen zwischen den Brennstoffzelleneinheiten
gibt.
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Die
Platte kann mit einer isolierenden Platte (z.B. die isolierende
Platte 42 der Ausführungen)
versehen sein, welche die auf jeder Seite der Platte angeordneten
Brennstoffzelleneinheiten isoliert, und mit Anschlussplatten (z.B.
die Anschlussplatten 44 der Ausführungen) versehen sein, zwischen
denen die isolierende Platte angeordnet ist, und die durch ein Paar
von konkav-konvexen elektrischen Verbindungsanschlüssen (z.
B. die Anschlüsse 43a und 43b der
Ausführungen)
innerhalb der Oberfläche
der isolierenden Platte elektrisch verbunden sind.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur ist es möglich, die elektrische Verbindung
zwischen angrenzenden Brennstoffzelleneinheiten über die Anschlussplatten sicherzustellen
und durch eine Verwendung der isolierenden Platte ist es möglich, ein Montageelement
zu installieren, ohne dass eine Isolierung für das Montageelement vorgesehen
zu werden braucht. Dadurch ist es möglich, die Installationshöhe um den
gleichen Betrag zu erniedrigen, der durch das Nichtvorsehen des
Isolierungselements zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem
Montageelement gewonnen wird.
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Das
zwischenliegende Halteelement kann an einem zentralen Abschnitt
entlang der Richtung, in weicher die Brennstoffzelleneinheiten gestapelt
sind, vorgesehen sein.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur ist es möglich, den Brennstoffzellenstapel
in einer ausbalancierten Weise zu halten. Dadurch ist es möglich, einen
stabilen Halt für
den Brennstoffzellenstapel vorzusehen.
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Das
zwischenliegende Halteelement kann eine U-förmige Halterung (z.B. die Halterung 75 der Ausführungen)
sein, die so positioniert ist, dass sie einen äußeren Umfang der Brennstoffzelleneinheiten umgibt.
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Durch
eine Verwendung dieser Struktur ist es möglich, das zwischenliegende
Halteelement dem Brennstoffzellenstapel bei einer späteren Stufe
hinzuzufügen,
wodurch die Einfachheit der Montierung verbessert wird. Dadurch
besteht kein Bedarf für
eine spezielle Haltestruktur in dem Brennstoffzellenstapel selbst. Überdies
ist es möglich,
die Länge
des Stapels zu kürzen,
da keine Notwendigkeit besteht, die Platte in dem zwischenliegenden
Abschnitt entlang der Stapelrichtung zwischenliegend anzuordnen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Einige
der Merkmale und Vorteile der Erfindung wurden beschrieben, andere
werden offensichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung
und aus den begleitenden Zeichnungen:
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1 ist
eine typische Vorderaufrissansicht der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
von Abschnitt A von 1;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine ebene Ansicht des zwischenliegenden Halteelements der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 4;
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6 ist
eine typische Vorderaufrissansicht, die eine andere Form der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine typische Vorderaufrissansicht der zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Vorderquerschnittsansicht des zwischenliegenden Halteelements
der zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 8;
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10 ist
eine Vorderquerschnittsansicht des zwischenliegenden Halteelements
der dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine typische Vorderaufrissansicht der vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine perspektivische Ansicht der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
und
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13 ist
eine typische Vorderaufrissansicht der konventionellen Technologie.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Die
vorangehend zusammengefasste und durch die nummerierten Ansprüche definierte
Erfindung kann besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die
folgende detaillierte Beschreibung, welche mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen gelesen werden sollte. Diese detaillierte Beschreibung
besonders bevorzugter Ausführungen,
welche nachfolgend ausgeführt
ist, um zu ermöglichen,
eine besondere Umsetzung der Erfindung zu bauen und zu verwenden,
beabsichtigt nicht, die nummerierten Ansprüche zu limitieren, sondern
als ein besonderes Beispiel der Erfindung zu dienen.
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1 ist
eine typische Ansicht, die die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Brennstoffzellenstapel
zur Montierung in einem Fahrzeug. Wie in 2 gezeigt
ist, ist der Brennstoffzellenstapel 10 durch Stapeln in
der horizontalen Richtung einer Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten 14,
welche durch Trennelemente 15 und 16 getrennt sind,
gebildet. Jede der Brennstoffzelleneinheiten 14 ist aus
einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran 11 gebildet, welche
zwischen einer anodenseitigen Elektrode 12 und einer kathodenseitigen
Elektrode 13 positioniert ist. Wasserstoffgas wird zu dem
Bereich zwischen der anodenseitigen Elektrode 12 und dem
dazu angrenzenden Trennelement 15 geliefert, während Luft
zu dem Bereich zwischen der kathodenseitigen Elektrode 13 und
dem dazu angrenzenden Trennelement 16 geliefert wird. Kühlmittel
wird zu Durchflussdurchgängen
zwischen den hinteren Oberflächen
eines jeden der Trennelemente 15 und 16 zugeführt, so
dass die Brennstoffzelleneinheiten 15 und 16 gekühlt werden.
Um die vorangehend genannten Wasserstoffgas, Luft und Kühlwasser
zu liefern, sind zusätzlich
Verbindungslöcher
(in 4 gezeigt) vorgesehen, die in jede der Brennstoffzelleneinheiten 14 und
in die Platte, die nachfolgend beschrieben ist, eintreten.
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Die
gestapelten Brennstoffzelleneinheiten 14 sind durch Schraubenbolzen 17 befestigt
und Anschlussplatten 18 sind an beiden Enden des gestapelten
Körpers
einer einzelnen Brennstoffzelleneinheit 14 vorgesehen.
Zusätzlich
ist ein Befestigungsstrukturabschnitt 22 außer halb
der Anschlussplatte 18 an einem Ende in der Stapelrichtung
mit einer dazwischen angeordneten isolierenden Platte 19 vorgesehen.
Der Befestigungsstrukturabschnitt 22 umfasst konische Tellerfedern 21,
die zwischen einer Endplatte 20 und einer Stützplatte 20A positioniert
sind. Außerhalb
der Anschlussplatte 18 an dem anderen Ende ist ein Befestigungsstrukturabschnitt 24 mit
einer zwischen den beiden platzierten isolierenden Platte 19 vorgesehen.
Der Befestigungsstrukturabschnitt 24 umfasst ein Stoßdämpfungselement
(eine Scheibe) 23, die zwischen einer Endplatte 20 und
einer Stützplatte 20A positioniert
ist. Diese zwei Befestigungsstrukturabschnitte 22 und 24 verleihen
jeder einzelnen Brennstoffzelleneinheit 14 des Energieerzeugungszellenabschnitts,
der in dem zentralen Abschnitt positioniert ist, die nötige Befestigungsstärke.
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Ein
Montageelement 25, das zur Installation des Brennstoffzellenstapels 10 verwendet
wird, ist an der Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturabschnitts 22 an dem einen Ende gehalten,
während ein
Montageelement 26, das zur Installierung des Brennstoffzellenstapels
verwendet wird, auch in der gleichen Weise an der Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturabschnitts 24 an dem anderen Ende vorgesehen
ist. Die beiden Montageelemente 25 und 26 sind
an der Fahrzeugbodenplatte 27 befestigt.
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Hierbei
wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, in welchem die Montageelemente 25 und 26 an
den Stützplatten 20A der
Befestigungsstrukturabschnitte 22 und 24 gehalten
werden, jedoch ist es auch möglich,
dass die Montageelemente 25 und 26 an den Endplatten
außerhalb
der Anschlussplatten 18 gehalten werden.
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Man
beachte, dass die Endplatten, auf die in den Ansprüchen Bezug
genommen wird, die Elemente außerhalb
der Anschlussplatten 18 sind, nämlich die Elemente, die beide
Endabschnitte in der Stapelrichtung der einzelnen Brennstoffzelleneinheiten 14 bilden.
Dies umfasst natürlich
die Endplatte 20, die Stützplatte 20A außerhalb
der Isolierplatte 19, und jegliche andere Platten als diese.
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Ein
zwischenliegendes Halteelement 28, das zur Installation
des Brennstoffzellenstapels verwendet wird, ist zusätzlich zwischen
den Positionen, wo die zwei Montageelemente 25 und 26 vorgesehen sind,
insbesondere in dem zentralen Abschnitt in der Richtung, in welcher
die Brennstoffzelleneinheiten 14 gestapelt sind, vorgesehen.
Das zwischenliegende Halteelement 28 ist mit einer Platte 29,
welche in den zentralen Abschnitt in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 eingebracht
ist, und mit einem Montageelement 30 für die Montierung der Platte 29 ausgestattet.
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Eine
detaillierte Beschreibung der Montageelemente 25 und 26 und
des zwischenliegenden Halteelements 28 wird jetzt auf Basis
der 3 bis 5 gegeben. Man beachte, dass
in der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen, wie jene, die in 1 verwendet
werden, den entsprechenden Abschnitten gegeben sind.
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Die
Montageelemente 25 und 26 sind an beiden Enden
in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 positioniert.
Wie in 3 gezeigt ist, ist das Montageelement 26,
das an der Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturabschnitts 24 auf der anderen Endseite
des Brennstoffzellenstapels 10 (worauf nachfolgend einfach
als "das andere
Ende" Bezug genommen
wird) vorgesehen ist, aus einem Basiselement 34 und einer
Halterung 33 gebildet, welche durch Bolzen 32 fixiert
ist, das so geformt ist, um eine Brücke über einen konvexen Abschnitt 20B der
Stützplatte 20A zu
bilden. Das Montageelement 25, das an der Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturabschnitts 22 der einen Endseite des
Brennstoffzellenstapels 10 (worauf nachfolgend einfach
als "das eine Ende" Bezug genommen wird)
vorgesehen ist, ist aus einer Halterung 35 gebildet, welche
an der Stützplatte 20A gehalten
ist. Man beachte, dass die Struktur dieser Abschnitte die gleiche
ist, wie in 12 nachfolgend beschrieben wird.
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Hierbei
sind Rohrleitungsmontagebasen 36, die für die nachfolgend beschriebenen
Verbindungslöcher
verwendet werden, an der Stützplatte 20A des Befestigungsstrukturabschnitts 22 an
dem einen Ende vorgesehen. Eine horizontal ausgebildete Montageplatte 37 ist
an der Halterung 33 des Montageelements 26 vorgesehen,
das auf dem Befestigungsstrukturabschnitt 24 des anderen
Endes montiert ist. Langlöcher 38,
die in der Längsrichtung
des Brennstoffzellenstapels 10 verlängert sind, sind in der Montageoberfläche 37 ausgebildet.
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Ein
Basiselement 34 des Montageelements 26, das auf
dem Befestigungsstrukturabschnitt 24 des anderen Endes
montiert ist, ist so vorgesehen, dass es sich entlang der Montageoberfläche 37 der Halterung 33 erstreckt.
Das Basiselement 34 ist mit einem Montageabschnitt 40 versehen,
der verwendet wird, wenn der Brennstoffzellenstapel auf die Fahrzeugkörperplatte 27 montiert
ist, und ist mit nicht dargestellten, mit Gewinde versehenen Abschnitten
versehen, welche mit Befestigungsbolzen, die durch die Langlöcher 38 der
Halterung 33 eingeführt
sind, ineinandergreifen.
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Hierbei
ist der Montageabschnitt 40 zur Montierung auf der Fahrzeugkörperplatte
unter Verwendung der Befestigungsbolzen 41 auf der Fahrzeugkörperplatte 27 montiert.
Man beachte, da eine Art von Rohrleitung (nicht dargestellt) mit
der Stützplatte 20A auf
der Seite des Montageelements 25 des Befestigungsstrukturabschnitts 22 des
einen Endes, nämlich
auf der Halterung-35-Seite, befestigt ist, dass die Halterung 35 durch
die Befestigungsbolzen 41 an der Fahrzeugbodenplatte 27 starr
befestigt ist.
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Wie
vorangehend beschrieben wurde, ist das zwischenliegende Halteelement 28 an
dem zentralen Abschnitt in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 zwischenpositioniert.
Wie in den 4 und 5 gezeigt
ist, ist das zwischenliegende Halteelement 28 mit einer
Platte 29 und mit Montageelementen 30 versehen,
die verwendet werden, wenn die Platte 29 an der Fahrzeugkörperplatte 27 montiert
ist. Man beachte, dass in 4 die Schraffierung
des Montageelements 30 weggelassen ist, um die Zeichnung
klarer zu machen.
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Die
Platte 29 ist mit einer isolierenden Platte 42 versehen,
die z.B. aus Harz gebildet ist, die die auf deren beiden Seiten
positionierten Brennstoffzelleneinheiten 14 isoliert, und
ist mit Anschlussplatten 44 versehen, die die isolierende
Platte 42 dazwischenliegend anordnen und die durch ein
Paar von konkav-konvexen elektrischen Verbindungsanschlüssen 43a und 43b innerhalb
der Oberfläche
der isolierenden Platte 42 elektrisch verbunden sind. Man
beachte, dass aus Gründen
der Zweckmäßigkeit 4 und 5 einen
Zustand zeigen, in welchem die isolierende Platte 42 zwischen
den Anschlussplatten 44 positioniert ist.
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Wie
in 4 gezeigt ist, sind Verbindungslöcher 45 für die Versorgung
und die Entladung von Wasserstoffgas und Verbindungslöcher 46 für die Versorgung
und die Entladung von Luft an dem oberen und dem unteren der beiden
Enden in der Querrichtung der isolierenden Platte 42 und
der Anschlussplatten 44 ausgebildet. Verbindungslöcher 47 für die Versorgung
und die Entladung von Kühlmittel sind
ebenfalls an der Oberseite und der Unterseite einer jeden der Platten 42 und 44 ausgebildet.
Zusätzlich
sind Verbindungslöcher 48 für die Schraubenbolzen 17 angrenzend
an die Kühlmittelverbindungslöcher 47 ausgebildet.
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Hierbei
ist Dichtungsmaterial S an den Umfang der Verbindungslöcher 45, 46 und 47 auf
den Anschlussplatten 44 angebracht.
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Wie
in 5 gezeigt ist, sind die Anschlussplatten 44 mit
den jeweils angrenzenden Trennelementen 15 und 16 elektrisch
verbunden. In einer Anschlussplatte 44 ist ein konkav geformter
Anschluss 43a gebildet, während in der anderen Anschlussplatte 44 ein
konvex geformter Anschluss 43b gebildet ist. Jeder Anschluss 43a und 43b ist
an einer Position entsprechend zu einem Loch 49 ausgebildet,
das in dem zentralen Abschnitt der isolierenden Platte 42 gebildet
ist. Der konkav geformte Anschluss 43a und der konvex geformte
Anschluss 43b passen innerhalb des Lochs 49 in
der isolierenden Platte 42 zusammen, um dadurch die zwei
Trennelemente 15 und 16 elektrisch zu verbinden.
Man beachte, dass die unteren Ränder
der Anschlussplatten 44 etwas oberhalb des unteren Rands
der isolierenden Platte 42 liegen, um so zu vermeiden,
dass sie mit dem Montageelement 30 elektrisch verbunden
werden.
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Zusätzlich sind
Durchgangslöcher 50 in
zwei Positionen in der isolierenden Platte 42 in der lotrechten
Richtung in 4 und 5 gebildet.
Befestigungsbolzen 51 sind in diese Durchgangslöcher 50 eingebracht
und sind durch Befestigung mit Muttern 52 des Montageelements 30,
die nachfolgend beschrieben werden, fixiert. Hierbei ist ein konischer Abschnitt 54,
der in einem Führungsloch 53 des nachfolgend
beschriebenen Montageelements 30 gehalten ist, an dem Umfang
des oberen Endes des Durchgangslochs 50 eines jeden Befestigungsbolzens 51 ausgebildet.
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Das
Montageelement 30 ist aus Metall hergestellt und trägt die isolierende
Platte 42 an der Unterseite der isolierenden Platte 42.
Befestigungslöcher 55 sind
an Positionen vorgesehen, die den konischen Abschnitten 54 der
isolierenden Platte 42 entsprechen, und die Muttern 52,
welche mit den Befestigungsbolzen 51 ineinander greifen,
sind hier angebracht. Ein Verankerungsabschnitt 56 ist
auf der Unterseite einer jeden Mutter 52 vorgesehen, so
dass die Mutter 52 nicht aus dem Befestigungsloch 55 gehoben
wird. Der Verankerungsabschnitt 56 wird durch einen Ansatzabschnitt 57 festgehalten,
der an dem oberen Umfangsrand des Befestigungslochs 55 vorgesehen
ist.
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Langlöcher 58 (siehe 3)
sind ebenfalls in beiden Endabschnitten des Montageelements 30 ausgebildet.
Befestigungsbolzen 59, die an der Fahrzeugkörperplatte 27 befestigt
sind, sind durch diese Langlöcher 58 eingeführt. Man
beachte, dass, wie in 4 gezeigt ist, ein Ansatz 60,
der aus einem isolierenden Material gebildet ist und mit einem Flansch versehen
ist, an dem Umfang des Befestigungsbolzens 59 vorgesehen
ist. Dieser Ansatz 60 hilft der isolierenden Platte 42 eine
verlässliche
Isolierung von der Fahrzeugkörperplatte 27 vorzusehen.
Man beachte auch, dass ein Isolierungsverfahren auch auf der Fahrzeugkörperplatte 27 durchgeführt wird. Hierbei
sind die Langlöcher 58 in
dem Montageelement 30 zusammen mit den Langlöchern 38 in
der Montageoberfläche 37 der
Halterung 33 vorgesehen, um Kontraktion und Expansion,
die in der Stapelrichtung als Folge von Wärme von dem Brennstoffzellenstapel 10 auftritt,
zu erlauben. Demzufolge ist es möglich,
eine Belastung zu vermeiden, die durch thermische Expansion und
Kontraktion des Brennstoffzellenstapels 10 erzeugt wird,
was z.B. der Fall sein würde,
falls der Brennstoffzellenstapel 10, der durch Hitze zum
Expandieren und Kontrahieren gebracht wird, starr befestigt wäre.
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Gemäß der vorangehenden
Ausführung
wird der Abstand zwischen den Haltepunkten und dem Schwerpunkt des
Brennstoffzellenstapels 10 aufgrund des zwischenliegenden
Halteelements 28 verkürzt.
Wenn sich nämlich
der Schwerpunkt des Brennstoffzellenstapels 10 an einem
Ort des Energieerzeugungszellenabschnitts befindet, dann gibt das
zwischenliegende Halteelement 28 zu der Nähe des Schwerpunkts
hin einen größeren Halt,
als es die Montageelemente 25 und 26 tun, welche
sich an beiden Enden in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 befinden.
Demzufolge ist es möglich, die
Belastung auf die Montageelemente 25 und 26, die
sich an beiden Enden in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 befinden,
durch denselben Betrag an Unterstützung zu erleichtern, und es ist
auch möglich,
die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 10 durch
Erhöhen
der Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels 10 zu
erhöhen.
Folglich ist es möglich,
die Stoßfestigkeit
durch Sicherstellen einer ausreichenden Haltesteifigkeit zu erhöhen, wenn
ein Stoß auf
das Fahrzeug ausgeübt wird.
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Da
es möglich
ist, die Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels 10 zu
erhöhen
und die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 10 anzuheben,
wird es zusätzlich
möglich,
die Vibrationsfestigkeit gegenüber
einer Vibration zu erhöhen, die
erzeugt wird, während
das Fahrzeug fährt
oder durch wiederholtes Starten und Stoppen des Fahrzeugs.
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Da
das zwischenliegende Halteelement 28 mit einem Montageelement 30,
das zur Installation verwendet wird und mit einer Platte 29,
die in den zwischenliegenden Abschnitt in der Stapelrichtung der
Brennstoffzelleneinheiten 14 eingeführt ist, versehen ist, wird
es überdies
möglich,
die Stapelstruktur der Brennstoffzelleneinheiten 14 effektiv
zu nutzen und die Platte 29, die zwischen Brennstoffzelleneinheiten 14 über das
Montageelement 30 eingefügt ist, zu befestigen. Infolgedessen
wird es möglich,
unter Verwendung der Platte 29, die stabil durch die Schraubenbolzen 17 zwischen
den Brennstoffzelleneinheiten 14 befestigt ist, die Belastung
verlässlich
zu teilen.
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Da
die Platte 29 mit einer isolierenden Platte 42 versehen
ist, die die auf deren beiden Seiten positionierten Brennstoffzelleneinheiten 14 isoliert,
und mit Anschlussplatten 44 und 44 versehen ist,
zwischen welchen die isolierende Platte 42 angeordnet ist
und welche durch ein Paar von konkav-konvexen elektrischen Verbindungsanschlüssen 43a und 43b innerhalb
der Oberfläche
der isolierenden Platte 42 verbunden sind, ist es überdies
möglich,
die elektrische Verbindung zwischen angrenzenden Brennstoffzelleneinheiten 14 über die
Anschlussplatten 44 und 44 sicherzustellen, und
durch Verwendung der isolierenden Platte 42 ist es möglich, das
Montageelement 30 zu installieren, ohne eine Isolierung
zwischen der Platte 29 und dem Montageelement 30 vorgesehen
zu haben.
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Folglich
ist es möglich,
die Installationshöhe durch
den Betrag, der durch Vorsehen eines isolierenden Elements zwischen
der Platte 29 und dem Montageelement 30 gewonnen
wird, zu erniedrigen. Folglich kann, wenn der Brennstoffzellenstapel 10 in einem
Fahrzeug verwendet und unter dem Boden untergebracht werden soll,
der Raum innerhalb der Fahrzeugkabine durch diesen gleichen Betrag
erhöht werden.
Da das zwischenliegende Halteelement 28 in dem zentralen
Abschnitt in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 positioniert
ist, kann überdies
der Brennstoffzellenstapel 10 mit guter Ausbalancierung
gehalten werden, vorausgesetzt, dass die Gewichte der Befestigungsstrukturabschnitte 22 und 24 ausbalanciert
sind. Folglich ist es möglich, den
Brennstoffzellenstapel 10 stabil zu halten.
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6 ist
als nächstes
eine typische Ansicht, die die Struktur zeigt, wenn zwei von zwischenliegenden
Halteelementen 28 der vorangehenden Ausführung in
einer anderen Form der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung
vorgesehen sind. Man beachte, dass jenen Abschnitten, die die gleichen
wie in 1 sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben sind
und dass eine Beschreibung von diesen weggelassen wird.
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Gemäß dieser
Form wird die geteilte Belastung auf jeden Haltepunkt weiter durch
die Montageelemente 25 und 26, die an den zwei
Enden vorgesehen sind, und durch die zwei zwischenliegenden Halteelemente 28 und 28 verringert.
Folglich werden die Vibrationsfestigkeit und die Stoßfestigkeit
verbessert, und es wird möglich,
eine sogar stabilere Halterung für
den Brennstoffzellenstapel 10 bereitzustellen.
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Die 7 bis 9 zeigen
die zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Da diese Ausführung die gleiche ist wie die
vorangehenden Ausführungen,
abgesehen davon, dass die Platte des zwischenliegenden Halteelements
unterschiedlich ist, werden die gleichen Bezugszeichen den gleichen Abschnitten
gegeben, und eine wiederholte Beschreibung von diesen wird weggelassen.
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Das
zwischenliegende Halteelement 61 in der vorliegenden Ausführung ist
an einem zentralen Abschnitt in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 in
der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung zwischenliegend positioniert
und, wie in 8 gezeigt ist, mit einer flachen
Platte 62, die aus Metall hergestellt ist, und einem Montageelement 30 zur
Installation des Brennstoffzellenstapels 10, welches verwendet
wird, um die Platte 62 auf die Fahrzeugbodenplatte 27 zu
montieren, versehen. Man beachte, da das Montageelement 30 die
gleiche Struktur aufweist wie das, das in der vorangehenden Ausführung beschrieben
ist, dass die gleichen Bezugszeichen den gleichen Abschnitten gegeben
sind und dass hierbei eine Beschreibung davon weggelassen wird.
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Wie
in der Querschnittsansicht in 8 gezeigt
ist, sind Verbindungslöcher 45 für die Versorgung
und Entladung von Wasserstoffgas und Verbindungslöcher 46 für die Versorgung
und die Entladung von Luft an der Oberseite und Unterseite von beiden Enden
in der Querrichtung der Platte 62 ausgebildet. Verbindungslöcher 47 für die Versorgung
und die Entladung von Kühlmittel
sind auch an der Oberseite und der Unterseite der Platte 62 ausgebildet.
Zusätzlich
sind Verbindungslöcher 48 für die Schraubenbolzen 17 angrenzend
an die Kühlmittelverbindungslöcher 47 ausgebildet.
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Wie
in 9 gezeigt ist, ist hierbei ein Haltegummi 63 an
dem Umfang der Einführungslöcher 48 in
der Platte 62 für
die Schraubenbolzen 17 vorgesehen, um als ein isolierendes
Element zu dienen, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Mehrere elastische
Rippen 64 sind auf dem Haltegummi 63 ausgebildet
und laufen in der Einführungsrichtung entlang
dem inneren Umfang der Löcher.
Konische Abschnitte 65 sind auf den elastischen Rippen 64 vorgesehen,
welche so ausgebildet sind, dass der innere Durchmesser eines jeden
Einführungslochs 48 größer wird,
je näher
die zwei Öffnungen
eines jeden Einführungslochs 48 sind.
Folglich ist es möglich,
die Schraubenbolzen 17 durch die konischen Abschnitte 65 und
durch die Elastizität
der elastischen Rippen 64 selbst elastisch zu halten. Zusätzlich wird
die reibungslose Einführung
der Schraubenbolzen 17 ermöglicht. Man beachte, dass die
Umfänge
eines jeden der Einführungslöcher 45, 46 und 47 durch
ein nicht dargestelltes Dichtungsmaterial gedichtet sind, das an
den Umfängen
angrenzender Trennelemente 15 und 16 in der gleichen
Weise wie für
die Platte 29 in den vorangehenden Ausführungen vorgesehen ist.
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In
der Platte 62 sind die Umfänge der Verbindungslöcher 45, 46 und 47 durch
Dichtungsmaterial (nicht dargestellt) zwischen angrenzenden Trennelementen 15 und 16 gedichtet,
wie vorangehend beschrieben wurde. Zusätzlich verbindet die Platte
die Oberflächen
der Trennelemente 15 und 16 und verbindet selbst
die zwei Brennstoffzelleneinheiten 14 elektrisch. Überdies
sind Durchgangslöcher 50 an zwei
Positionen in der Platte 62 in der lotrechten Richtung
ausgebildet. Befestigungsbolzen 51 sind in diese Durchgangslöcher 50 eingeführt und
durch Befestigung an Muttern 52 des Montageelements 30 fixiert.
Hierbei ist ein konischer Abschnitt 54, der in einem Führungsloch 53 des
Montageelements 30 gehalten ist, an dem Umfang des unteren
Endes des Durchgangslochs 50 für jeden Befestigungsbolzen 51 ausgebildet.
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Es
ist auch möglich,
in dieser Ausführung den
zentralen Abschnitt des Brennstoffzellenstapels 10 unter
Verwendung des zwischenliegenden Halteelements 61 zu halten
und die Belastung auf das Montageelement 30 von beiden
Enden in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 durch
den gleichen Betrag wie die Belastungsaufteilung zu reduzieren,
die über
das zwischenliegende Halteelement 61 erhalten wird. Durch
Zufügen
zu der Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels 10 ist es
auch möglich,
die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 10 zu erhöhen. Folglich
wird es möglich,
die Stoßfestigkeit
zu erhöhen
durch Sicherstellen einer genügenden
Haltesteifigkeit, wenn ein Stoß auf
das Fahrzeug ausgeübt
wird.
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Da
es möglich
ist, die Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels 10 zu
erhöhen
und die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 10 anzuheben,
ist es ferner möglich,
die Vibrationsfestigkeit gegenüber
einer Vibration, welche erzeugt wird, während das Fahrzeug fährt oder
durch wiederholtes Starten und Stoppen des Fahrzeugs, zu erhöhen.
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Da
das zwischenliegende Halteelement 61 mit einem Montageelement 30,
das zur Installation verwendet wird, und mit einer Platte 62,
die in das zwischenliegende Halteelement in der Stapelrichtung der
Brennstoffzelleneinheiten 14 eingeführt ist, versehen ist, ist
es überdies
möglich,
die Stapelstruktur der Brennstoffzelleneinheiten 14 effektiv
zu nutzen und die Platte 62, die zwischen Brennstoffzelleneinheiten 14 eingeführt ist, über das
Montageelement 30 für
diese Platte 62 zu befestigen. Folglich wird es möglich, verlässlich die
Belastung unter Verwendung der Platte 62, die stabil zwischen
den Brennstoffzelleneinheiten 14 befestigt ist, zu teilen.
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Da
die Platte 62 selbst ermöglicht, die Brennstoffzelleneinheiten 14 verlässlich elektrisch
zu verbinden, besteht überdies
kein Bedarf, ein isolierendes Element auf beiden Seiten vorzusehen.
Daher ist es möglich,
die Abmessungen des Brennstoffzellenstapels 10 in der Dickenrichtung
zu reduzieren, wodurch die Länge
des Brennstoffzellenstapels 10 in dessen Stapelrichtung
ebenfalls kürzer
gemacht werden kann.
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Wenn
der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Fahrzeug verwendet
werden soll, hat die vorliegende Ausführung folglich den Vorzug,
eine Verkürzung dessen
Länge in
der Längsrichtung
zu ermöglichen. Da
das zwischenliegende Halteelement 61 in dem zentralen Abschnitt
in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 positioniert
ist, kann der Brennstoffzellenstapel 10 überdies
mit guter Ausbalancierung gehalten werden, vorausgesetzt dass die Gewichte
der Befestigungsstrukturabschnitte 22 und 24 ausbalanciert
sind. Folglich ist es möglich,
den Brennstoffzellenstapel 10 auf die gleiche Weise wie in
den vorangehenden Ausführungen
stabil zu halten.
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Da
die Platte 62 die zwei auf jeder ihrer Seiten positionierten
Brennstoffzelleneinheiten 14, zusätzlich zu der Haltefunktion
des Brennstoffzellenstapels 10, miteinander direkt elektrisch
verbindet, ist es zusätzlich
möglich,
eine verlässliche
mechanische Verbindung zwischen den zwei Brennstoffzelleneinheiten 14,
zwischen denen die Platte 62 angeordnet ist, herzustellen.
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Als
Nächstes
wird die dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung auf Basis von 10 beschrieben.
In dieser Ausführung
wird eine verbesserte Platte (zwischenliegendes Halteelement) 66 anstelle
der Platte 62 der vorangehenden Ausführung verwendet.
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Montageabschnitte 67,
die nach außen
an den unteren Abschnitten auf beiden Seiten vorspringen, sind auf
der Platte 66 ausgebildet. Durchgangslöcher 69 für Befestigungsbolzen 68,
welche kürzer sind
als die vorangehend beschriebenen Befestigungsbolzen 51,
sind in den Montageabschnitten 67 ausgebildet. Das Montageelement 30 und
die Platte 62 in der vorangehenden Ausführung wurden nämlich als
eine einzelne Einheit gebildet. Zusätzlich ist ein Ansatz 70,
der aus einem isolierenden Material gebildet ist, in die Durchgangslöcher 69 eingeführt, und
die Befestigungsbolzen 68 sind dann in die Ansätze 70 eingeführt.
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In
der vorliegenden Ausführung
ist es zusätzlich
zu den Wirkungen, die in den vorangehenden Ausführungen erzielt werden, möglich, die
Anzahl von Teilen und auch die Anzahl von Montageschritten durch
Integrieren des Montageelements 30 und der Platte 62 der
vorangehenden Ausführung,
um die Platte 66 zu bilden, zu verringern. Diese Struktur
hat auch den Vorzug der Vereinfachung der Aufgabe des Einführens der
Befestigungsbolzen 68 um den Betrag, um den sie verkürzt wurden.
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Man
beachte auch, da die Basisstruktur der vorliegenden Ausführung, wie
z.B. die Ausbildung der Verbindungslöcher 45, die zum Liefern
und Entladen von Wasserstoffgas verwendet werden, und die Verbindungslöcher 46,
die zum Liefern und Entladen von Luft verwendet werden, die Bildung
der Verbindungslöcher 47,
die zum Liefern und Entladen von Kühlmittel verwendet werden,
die Bildung der Verbindungslöcher 48,
die für
die Schraubenbolzen 17 verwendet werden, die angrenzend
an die Kühlmittelverbindungslöcher 47 sind,
und das Vorsehen des Haltegummis 63 an dem Umfang der Verbindungslöcher 48 für die Schraubenbolzen 17 in
der Platte 66, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, die gleiche ist,
wie in den vorangehenden Ausführungen,
dass die gleichen Bezugszeichen den gleichen Abschnitten gegeben
werden und eine Beschreibung davon weggelassen wird.
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Als
Nächstes
wird die vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung auf Basis von 11 beschrieben.
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In
dieser Ausführung
ist das zwischenliegende Halteelement 71 aus einem Montageelement 30 und
einer isolierenden Platte 72 gebildet, die der isolierenden
Platte 42 der ersten Ausführung gleicht, und die isolierende
Platte 72 ist zwischen Anschlussplatten 73 angeordnet.
Löcher
zur Einführung
des konvex und konkav geformten Anschlusses, wie z.B. jene in der
vorangehend beschriebenen Ausführung, sind
nicht in der isolierenden Platte 72 vorgesehen. Stattdessen
sind die Anschlussplatten 73 durch einen Verbindungsdraht 74 verbunden.
Man beachte, da der Rest der Struktur der gleiche wie in der ersten Ausführung ist,
dass die gleichen Bezugszeichen den gleichen Abschnitten gegeben
sind und eine Beschreibung davon weggelassen wird.
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Weil
es in dieser Ausführung
auch möglich ist,
den zentralen Abschnitt des Brennstoffzellenstapels 10 unter
Verwendung der isolierenden Platte 72 und den Montageabschnitten 30 zu
halten, ist es wie in der ersten Ausführung möglich, die Stoßfestigkeit durch
Sicherstellen einer genügenden
Haltesteifigkeit zu erhöhen,
wenn ein Stoß auf
das Fahrzeug ausgeübt
wird. Da es möglich
ist, die Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels zu
erhöhen und
die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels anzuheben, wird es
zusätzlich
möglich,
die Vibrationsfestigkeit gegenüber
einer Vibration, die erzeugt wird, während das Fahrzeug fährt oder
bei wiederholtem Starten und Stoppen des Fahrzeugs, zu erhöhen.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung der fünften
Ausführung
der vorliegenden Erfindung auf Basis von 12 gegeben.
Man beachte, dass jene Abschnitte, die die gleichen wie in der ersten
Ausführung
sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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In
dem Brennstoffzellenstapel 10 in der vorliegenden Ausführung gibt
es kein Element, das zwischen den gestapelten Brennstoffzelleneinheiten 14 angeordnet
ist, um ein zwischenliegendes Halteelement zu bilden.
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Ebenfalls
in dieser Ausführung
ist eine Anschlussplatte 18 an beiden Enden des Stapels
der Brennstoffzelleneinheiten 14 vorgesehen. Ein Befestigungsstrukturabschnitt 22 ist
außerhalb
der Anschlussplatte 18 an einem Ende mit einer dazwischen
platzierten isolierenden Platte 19 vorgesehen. Der Befestigungsstrukturabschnitt 22 umfasst
nicht dargestellte konische Scheibenfedern, die zwischen einer Endplatte 20 und
einer Stützplatte 20A angeordnet
sind.
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Außerhalb
der Anschlussplatte 18 ist an dem anderen Ende ein Befestigungsstrukturabschnitt 24 mit
einer isolierenden Platte 19, die zwischen den beiden platziert
ist, vorgesehen. Der Befestigungsstrukturabschnitt 24 umfasst
ein nicht dargestelltes Stoßdämpfungselement
(eine Scheibe), welche zwischen einer Endplatte 20 und
einer Stützplatte 20A angeordnet
ist.
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Eine
Halterung (d.h. ein Montageelement) 35, die zur Installation
des Brennstoffzellenstapels über
deren konvexen Abschnitt 20B verwendet ist, ist an der
Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturelements 22 an einem Ende vorgesehen,
während
ein Montageelement 26, das zur Installation des Brennstoffzellenstapels
verwendet ist, an der Stützplatte 20A des
Befestigungsstrukturelements 24 an dem anderen Ende vorgesehen
ist. Man beachte, dass die Halterung 35 an der Fahrzeugkörperplatte 27 durch Befestigungsbolzen 41 befestigt
ist.
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Das
zwischenliegende Halteelement in der vorliegenden Ausführung ist
hierbei eine U-förmige Halterung 75,
die so vorgesehen ist, dass sie den äußeren Umfang der Brennstoffzelleneinheiten 14 umgibt.
Diese Halterung 75 ist an dem zentralen Abschnitt in der
Stapelrichtung des Energieerzeugungsabschnitts montiert. Montageabschnitte 76 sind
an dem unteren Abschnitt beider Enden der Halterung 75 vorgesehen
und es sind zum Beispiel zwei sich in der Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 14 erstreckende
Langlöcher 77 in
dem Montageabschnitt 76 ausgebildet. Befestigungsbolzen 78 sind
in diese Langlöcher 77 eingeführt. Eine
isolierende Platte 79 ist hierbei an der Innenseite der
Halterung 75 eingeführt,
nämlich
an deren Oberfläche,
die sonst in Kontakt mit den Brennstoffzelleneinheiten 14 sein
würde.
Die Montageabschnitte 76 der Halterung 75 können auf
der Fahrzeugbodenplatte 27 montiert werden, die einer Isolierungsbehandlung
unterworfen wurde. Man beachte, dass in 12 die
Struktur des anderen Endes des Brennstoffzellenstapels 10, welche
in der Zeichnung nicht sichtbar ist, der gleiche ist, wie in 3 gezeigt
ist.
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Da
der zentrale Abschnitt des Brennstoffzellenstapels 10 durch
die Halterung 75 gehalten werden kann, ist es folglich
möglich,
in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung als auch in der vorliegenden
Ausführung,
die Stoßfestigkeit
durch Sicherstellen einer genügenden
Haltesteifigkeit zu erhöhen,
wenn ein Stoß auf
das Fahrzeug ausgeübt wird.
Da es möglich
ist, die Anzahl von Haltepunkten des Brennstoffzellenstapels 10 zu
erhöhen
und die Eigenfrequenz des Brennstoffzellenstapels 10 anzuheben,
wird es zusätzlich
möglich,
die Vibrationsfestigkeit gegenüber
einer Vibration, die erzeugt wird, während das Fahrzeug fährt oder
durch wiederholtes Starten und Stoppen des Fahrzeugs, zu erhöhen.
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Da
es möglich
ist, Halterungen 75 während einer
späteren
Stufe dem Brennstoffzellenstapel 10 zuzufügen, besteht überdies
kein Bedarf für
eine spezielle Haltestruktur in dem Brennstoffzellenstapel 10 selbst.
Daher hat diese Struktur den Vorteil, stark vereinfacht zu sein.
Da nur ein vergleichsweise dünnes Element
erforderlich ist, kann überdies
eine Erhöhung
des Gewichts beherrscht werden und die Höhenabmessungen des Brennstoffzellenstapels 10 können ebenfalls
kontrolliert werden. Zusätzlich
ist die vorliegende Struktur auch dahingehend effektiv, dass, verglichen
mit den Ausführungen,
in welchen eine Platte eingeführt
ist, die Längsabmessungen verkürzt werden
können,
wodurch erlaubt wird, dass der notwendige Installationsraum reduziert
wird.
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Man
beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehend
beschriebenen Ausführungen
beschränkt
ist und dass es möglich
ist, die vorliegende Erfindung z. B. bei einem Brennstoffzellenstapel
zu verwenden, in welchem kein Befestigungsstrukturabschnitt vorgesehen
ist. Es ist auch möglich,
die Anzahl von Positionen, wo zwischenliegende Halteelemente installiert
sind, auf drei oder mehr anzuheben.
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Da
somit exemplarische Ausführungen
der Erfindung beschrieben wurden, wird es offenbar sein, dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Verbesserungen für jene, die im Stand der Technik erfahren
sind, sich leicht ergeben werden. Solche Änderungen, Modifikationen und
Verbesserungen sind trotzdem beabsichtigt, obwohl sie vorangehend
nicht ausdrücklich
beschrieben sind, und sie implizieren, dass sie sich innerhalb des
Geistes und Umfangs der Erfindung befinden. Folglich ist es beabsichtigt,
dass die vorhergehende Diskussion nur darstellend ist; die Erfindung
wird lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente
beschränkt
und definiert.
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Ein
Brennstoffzellenstapel, der imstande ist, eine verbesserte Stoßfestigkeit
und eine verbesserte Vibrationsfestigkeit bereitzustellen, ohne
zu verursachen, dass der durch den Brennstoffzellenstapel belegte
Raum vergrößert wird.
Bei einem Brennstoffzellenstapel zur Montierung in einem Fahrzeug,
bei welchem mehrere Brennstoffzelleneinheiten, von denen jede durch
Anordnen einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran zwischen einer
Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode gebildet ist, mit Trennelementen,
die zwischen jeder dieser platziert sind, in einer horizontalen
Richtung gestapelt sind, sind zur Installation verwendete Montageelmente
an Stützplatten vorgesehen,
die äußere Befestigungsstrukturabschnitte
sind, die an beiden Enden entlang der Richtung, in welcher die Brennstoffzelleneinheiten
gestapelt sind, vorgesehen sind und ein zur Installation verwendetes
zwischenliegendes Halteelement ist zusätzlich an einem zwischenliegenden
Abschnitt entlang der Richtung, in welcher die Brennstoffzelleneinheiten
gestapelt sind, vorgesehen.