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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsstruktur für
eine Brennstoffzelle. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung
die Verbesserung einer Struktur eines Gehäuses, das eine
Brennstoffzelle und dergleichen enthält.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Für
eine Brennstoffzelle (z. B. Festpolymer-Brennstoffzelle) wird eine
Vielzahl von Zellen laminiert, die jeweils einen Elektrolyten aufweisen,
der anliegend zwischen Separatoren angeordnet ist, so dass eine
vorgegebene Spannung ausgegeben werden kann. Darüber hinaus
ist manchmal ein Gehäuse, das eine solche Brennstoffzelle
enthält, mit einem Hochspannungsbauteil, wie einem Relais,
versehen (siehe z. B. Patentdokumente 1, 2).
- [Patentdokument
1] Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 2002-367666
- [Patentdokument 2] Japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2002-362165
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
solche Brennstoffzelle ist mit einer Leitung verbunden, die irgendein
Reaktionsgas, wie ein Oxidierungsgas, ein Brenngas oder ein Reaktionsabgas,
zu- oder abführt. Wenn die Brennstoffzelle wie oben beschrieben
in einem Gehäuse enthalten ist, wird jedoch manchmal die
Isolierung zwischen Leitungssystemen für ein Reaktionsgas
und einem anderen Bauteil in dem Gehäuse nicht ausreichend
berücksichtigt.
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Um
das Problem zu lösen, ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung
die Schaffung einer Brennstoffzellen-Leitungsstruktur, die in der
Lage ist, für eine angemessene Isolierung zwischen einem
Reaktionsgas-Leitungssystem und einem anderen Bauteil in einem Gehäuse
zu sorgen.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, hat der Erfinder verschiedene Untersuchungen
durchgeführt. Wenn beispielsweise mehrere hundert Zellen
laminiert werden, um eine Ausgangsspannung von mehreren hundert
Volt zu erreichen, kann neben einem Bauteil wie dem genannten Relais
auch eine Leitung für irgendein Reaktionsgas, die mit der
Brennstoffzelle verbunden ist, als Hochspannungsbauteil betrachtet werden.
In diesem Gehäuse muss dieses ebenfalls untersucht werden,
wenn die Isolierung zwischen dem Reaktionsgas-Leitungssystem und
den anderen Bauteilen berücksichtigt wird. Der Erfinder,
der in dieser Hinsicht weiter geforscht hat, hat eine Lösung dieses
Problems gefunden, das heißt einen Gedanken, mit dem eine
angemessene Isolierung sichergestellt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf Grund dieses Gedankens entwickelt,
und es wird eine Leitungsstruktur geschaffen, bei der, wenn ein
Reaktionsgas-Leitungssystem in einem Gehäuse angeordnet
wird, das eine Brennstoffzelle und ein anderes Hochspannungsbauteil
enthält, eine Harzleitung als Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems
verwendet wird.
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Wenn
eine hohe Ausgangsspannung in der Brennstoffzelle erreicht wird,
entspricht der Zustand des Reaktionsgas-Leitungssystems, das mit
der Brennstoffzelle verbunden ist, dem eines Hochspannungsbauteils,
und die Isolierung muss sichergestellt sein. In dieser Hinsicht
werden in der Leitungsstruktur der vorliegenden Erfindung, in der
eine Harzleitung in zumindest einem Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems
verwendet wird, ein Isolierabstand und ein Kriechabstand in einem
Harzleitungsabschnitt ohne Weiteres gewährleistet. Infolgedessen
kann eine angemessene Isolierung zwischen dem Reaktionsgas-Leitungssystem
und den anderen Bauteilen gewährleistet werden.
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Außerdem
ist im Allgemeinen die aus Harz gefertigte Leitung flexibler als
eine Leitung, die aus einem Metall oder dergleichen besteht. Wenn
es sich zumindest bei einem Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems
um die Harzleitung handelt, verbessert sich die Flexibilität
des gesamten Leitungssystems ebenso wie die des Teils. Infolgedessen
werden die Montageeigenschaften in einem Fall, wo mit einem langen
Reaktionsgas-Leitungssystems hantiert wird, verbessert, und die
Betriebsfähigkeit wird dementsprechend auf vorteilhafte
Weise verbessert.
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Bei
einer solchen Brennstoffzellen-Leitungsstruktur wird die Harzleitung
vorzugsweise in der Nähe des Hochspannungsbauteils verwendet.
Darüber hinaus wird die Harzleitung stärker bevorzugt
in mindestens einem Abschnitt des Reaktionsgas-Leitungssystems verwendet,
der in der Nähe der Ecke des Hochspannungsbauteils verläuft
und der einen minimalen Abstand zum Hochspannungsbauteil aufweist.
In einem Fall, wo die Harzleitung in einem Abschnitt, wo der Isolierabstand
zwischen dem Reaktionsgas-Leitungssystem und dem Hochspannungsbauteil
nicht leicht sicherzustellen ist, oder in der Nähe dieses
Abschnitts angeordnet ist, wird die Isolierung leicht sichergestellt.
In einem Fall, wo das Harzrohr in einem Abschnitt, in dem das Reaktionsgas-Leitungssystem
dem Hochspannungsbauteil in die Quere kommen könnte, oder
in der Nähe dieses Abschnitts angeordnet ist, kann auch
im Fall eines räumlichen Konflikts die Isolierung sichergestellt
werden.
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Außerdem
besteht das Reaktionsgas-Leitungssystem aus einem Gummischlauch
und einem Metallrohr, und eine Schlauchklemme, mit der der Gummischlauch
am Metallrohr befestigt wird, ist vorzugsweise so angeordnet, dass
ein Isolierabstand zwischen ihr und anderen Bauteilen in dem Gehäuse sichergestellt
ist. Im Allgemeinen kann die Schlauchklemme, die häufig
aus Metall besteht, den Isolierabstand (den Kriechabstand) zwischen
dem Metallrohr und dem Hochspannungsbauteil in einem Fall, wo die Schlauchklemme
an einem Abschnitt befestigt wird, in dem der Gummischlauch am Metallrohr
befestigt ist, minimieren. Außerdem wird die Schlauchklemme manchmal
je nachdem an einer Position in der Nähe des Hochspannungsbauteils,
der Leitung oder dergleichen angeordnet. Was dies betrifft, so kann,
wenn die Schlauchklemme so angeordnet wird, dass der Isolierabstand
gewährleistet ist, wie in der vorliegenden Erfindung, eine
angemessene Isolierung sichergestellt werden. Beispielsweise wird
die Schlauchklemme an einer Position angeordnet, wo der Gesamtwert
der Dicke des Gummischlauchs und des Abstands von der Stirnfläche
des Gummischlauchs zur Schlauchklemme einen vorgegebenen Kreisflächenabstand übertrifft.
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Ferner
ist das Harzrohr vorzugsweise in gekrümmter Form ausgebildet.
Wenn das Rohr abgelenkt oder umgebogen wird, ist die Flexibilität
des gesamten Leitungssystems verbessert, und Anweisungen für
die Montage des Rohrs oder dergleichen können leicht befolgt
werden.
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Außerdem
eignet sich die vorliegende Erfindung auch für einen Fall,
wo das Reaktionsgas-Leitungssystem Verzweigungskanäle aufweist
und mindestens zwei distale Enden der Verzweigungskanäle in
der gleichen Ebene befestigt sind wie das Hochspannungsbauteil.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Skizze, die schematisch den Aufbau eines Brennstoffzellensystems
in der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung eines Beispiels für den
Aufbau einer Brennstoffzelle;
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3 ist
eine Skizze, die eine Leitungsstruktur der Brennstoffzelle in der
vorliegenden Ausführungsform erläutert;
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4 ist
eine Skizze, die eine Leitungsstruktur zeigt, in der Verzweigungskanäle,
die von einem Reaktionsgas-Leitungssystem ausgehen, in der gleichen
Ebene befestigt sind wie ein Hochspannungsbauteil;
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5 ist
eine Skizze, die ein Beispiel für das Reaktionsgas-Leitungssystem
zeigt, das aus einem Gummischlauch und einem Metallrohr besteht
und an dem Schlauchklemmen befestigt sind;
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6 ist
eine Skizze, die einen vergrößerten Verbindungsabschnitt
zwischen dem Gummischlauch und dem Metallrohr von 5 zeigt;
und
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von 5.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend
wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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1 bis 7 zeigen
die Ausführungsform einer Leitungsstruktur einer Brennstoffzelle
gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Leitungsstruktur
ist ein Reaktionsgas-Leitungssystem in einem Gehäuse C
angeordnet, in dem eine Brennstoffzelle 1 und ein anderes
Hochspannungsbauteil HV angeordnet sind, und in der vorliegenden
Ausführungsform wird ein Harzrohr R in einem Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems
verwendet (siehe 3 usw.).
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Im
Folgenden werden zuerst der Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems 10 und
der Aufbau der Brennstoffzelle 1 beschrieben, und danach wird
ein Aufbau beschrieben, der einen Isolierabstand zwischen dem Reaktionsgas-Leitungssystem und
dem Hochspannungsbauteil HV sicherstellt.
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Zuerst
wird das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform
schematisch beschrieben (siehe 1). Dieses
Brennstoffzellensystem 10 besteht aus einem System, das
die Brennstoffzelle 1, ein Oxidierungsgas-Leitungssystem 30, das
Luft (Sauerstoff) als Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle 1 liefert,
ein Brenngas-Leitungssystem 20, das ein Wasserstoffgas
als Brenngas zur Brennstoffzelle 1 liefert, und eine Steuereinheit 70,
die das gesamte System generell steuert, aufweist.
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Die
Brennstoffzelle 1 besteht beispielsweise aus einem Festpolymerelektrolyt-Typ
und weist eine Stapelstruktur auf, bei der eine große Zahl
von Zellen 2 laminiert sind. Jede der Zellen 2,
aus denen die Brennstoffzelle 1 aufgebaut ist, weist einen
Luftpol an einer Oberfläche eines Elektrolyten, der aus
einem Ionentauscherfilm besteht, und einen Brennstoffpol an dessen
anderer Oberfläche auf und weist ferner ein Paar Separatoren
auf, so dass der Luftpol und der Brenngaspol zwischen beiden Seiten
gehalten werden. Das Brenngas wird einer Brenngasleitung eines der
Separatoren zugeführt, und das Oxidierungsgas wird einer
Oxidierungsgasleitung des anderen Separators zugeführt.
Die Gase werden auf diese Weise zugeführt, um eine Leistung
in der Brennstoffzelle 1 zu erzeugen.
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Das
Oxidierungsgas-Leitungssystem 30 weist einen Zufuhrweg 31 auf,
durch den das Oxidierungsgas, das der Brennstoffzelle 1 zugeführt
werden soll, strömt, sowie einen Abfuhrweg 32,
durch den ein Oxidierungsabgas strömt, das aus der Brennstoffzelle 1 abgeführt
wird. Der Zufuhrweg 31 ist mit einem Kompressor 34,
der das Oxidierungsgas über einen Filter 33 holt,
und einem Befeuchter 35 ausgestattet, der das Oxidierungsgas
befeuchtet, das unter Druck vom Kompressor 34 eingespeist
wird. Das Oxidierungsabgas, das durch den Abfuhrweg 32 strömt, strömt
durch ein Gegendruck-Anpassungsventil 36, um für
einen Feuchtigkeitsaustausch im Befeuchter 35 verwendet
zu werden, und dann wird das Gas schließlich als Abgas
in die Atmosphäre außerhalb des Systems abgeführt.
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Das
Brenngas-Leitungssystem 20 weist auf: einen Hochdruck-Wasserstofftank 21 (in
der vorliegenden Erfindung als Hochspannungstank bezeichnet) als
Brennstoff-Zufuhrquelle, einen Zufuhrweg 22, durch den
ein Wasserstoffgas, das vom Hoch spannungstank 21 geliefert
werden soll, zur Brennstoffzelle 1 strömt; einen
Umwälzweg 23, der ein Wasserstoffabgas (ein Brennstoffabgas),
das aus der Brennstoffzelle 1 abgeführt wird,
zu einem Mündungsteil A des Zufuhrwegs 22 zurückführt,
eine Pumpe 24, die das Wasserstoffabgas unter Druck aus
dem Umwälzweg 23 in den Zufuhrweg 22 speist; und
einen Abfuhrweg 41, der vom Umwälzweg 23 abzweigt
und mit diesem verbunden ist.
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Der
Hochspannungstank 21 ist so aufgebaut, dass beispielsweise
35 MPa oder 70 MPa Wasserstoffgas gespeichert werden können.
Wenn ein Hauptsperrventil 26 des Hochspannungstanks 21 geöffnet
wird, strömt das Wasserstoffgas zum Zufuhrweg 22 aus.
Danach werden die Strömungsrate und der Druck des Wasserstoffgases
durch ein Reglerventil 29 angepasst, und dann wird der
Druck des Wasserstoffgases weiter stromabwärts durch ein Druckminderungsventil,
wie ein mechanisches Reglerventil 27, schließlich
auf beispielsweise etwa 200 kPa verringert, um das Gas zur Brennstoffzelle 1 zu liefern.
Das Hauptsperrventil 26 und das Reglerventil 29 sind
Bestandteile einer Ventilbaugruppe 25, die in 1 durch
eine gestrichelte Umrisslinie dargestellt ist, und die Ventilbaugruppe 25 ist
mit dem Hochspannungstank 21 verbunden.
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Ein
Absperrventil 28 ist stromaufwärts vom Mündungsteil
A des Zufuhrwegs 22 vorgesehen. Das Umwälzsystem
des Wasserstoffgases wird durch Verbinden eines Abschnitts des Zufuhrwegs 22 stromabwärts
vom Mündungsteil A, einer Brenngasleitung, die im Separator
der Brennstoffzelle 1 ausgebildet ist, und des Umwälzwegs 23 in
dieser Reihenfolge gebildet. Ein Spülventil 42 des
Abfuhrwegs 41 wird während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 auf
geeignete Weise geöffnet, um Verunreinigungen im Wasserstoffabgas
zusammen mit dem Wasserstoffabgas zu einem Wasserstoffverdünner (nicht
dargestellt) abzuführen. Wenn das Spülventil 42 geöffnet
wird, nimmt die Konzentration der Verunreinigungen im Wasserstoffabgas
des Umwälzwegs 23 ab, und die Konzentration des
Wasserstoffs im Wasserstoffabgas, das umgewälzt und zugeführt werden
soll, nimmt zu.
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Die
Steuereinheit 70 ist als Mikrocomputer aufgebaut, der eine
CPU, ein ROM und ein RAM enthält. Die CPU führt
eine gewünschte Berechnung gemäß einem Steuerprogramm
aus, um verschiedene Arten von Verarbeitungen und Steuerungen durchzuführen,
beispielsweise eine Steuerung der Strömungsrate des Reglerventils 29.
Das ROM speichert das Steuerprogramm und Steuerdaten, die von der CPU
verarbeitet werden sollen. Das RAM wird als jede Art von Betriebsbereich
hauptsächlich für Steuerverarbeitungen verwendet.
Die Steuereinheit 70 gibt Erfassungssignale verschiedener
Arten von Druck- und Temperatursensoren zur Verwendung in den Gassystemen
(20, 30) und in einem Kühlmittelsystem
(nicht dargestellt) ein, um Steuersignale an Bauelemente auszugeben.
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Im
Folgenden wird nun ein Aufbau der Brennstoffzelle 1 kurz
beschrieben (siehe 2).
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Die
Brennstoffzelle 1 in der vorliegenden Ausführungsform
weist ein Zellenlaminat 3 auf, in dem eine Vielzahl von
Zellen 2 laminiert sind, und eine Kollektorplatte, die
mit einer Ausgangsklemme versehen ist, eine Isolierplatte und eine
Endplatte 8 sind hintereinander außerhalb jeder
der Zellen 2, 2 angeordnet und an beiden Enden
des Zellenlaminats 3 positioniert (siehe 2).
Das Zellenlaminat 3 wird durch eine Spannplatte 9 in
einem laminierten Zustand gehalten. Die Spannplatte 9 ist
so vorgesehen, dass sie einen Raum zwischen den beiden Endplatten 8 und 8 überbrückt.
Beispielsweise sind ein Paar Spannplatten so angeordnet, dass sie
auf beide Seiten des Zellenlaminats 3 gerichtet sind. Außerdem
ist auch ein elastisches Modul für die Ausübung
einer Kompressionskraft auf das Zellenlaminat 3 durch eine
elastische Kraft vorgesehen. Das elastische Modul ist ein Element,
das ständig eine Kraft anlegt, während es eine Änderung
auch in einem Fall absorbiert, wo das Zellenlaminat 3 sich
aufgrund von Wärme ausdehnt, sich aufgrund von Kälte
zusammenzieht oder eine Wärmeausdehnung und Kältekontraktion
wiederholt. In der vorliegenden Ausführungsform besteht
das Modul aus einer Vielzahl elastischer Elemente (nicht dargestellt),
die parallel zueinander angeordnet sind, einem Paar Druckplatten 12,
zwischen denen die elastischen Elemente in Laminierungsrichtung
der Zellen 2 und dergleichen angeordnet sind (siehe 2).
Ferner sind in der Brennstoffzelle 1 Verzweigungskanäle 15 für
ein Oxidationsgas, Verzweigungskanäle 16 für
ein Wasserstoffgas bzw. Verzweigungskanäle 17 für
Kühlwasser ausgebildet.
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Nun
die Leitungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform,
die so gestaltet ist, dass der angemessene Isolierabstand zwischen
dem Reaktionsgas-Leitungssystem und dem Hochspannungsbauteil HV
gewährleistet ist (siehe 3 usw.).
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Diese
Leitungsstruktur ist so gestaltet, dass sie das Reaktionsgas in
dem Gehäuse (im Brennstoffzellen-Gehäuse) C, in
dem die Brennstoffzelle 1 als Hochspannungsbauteil HV und
ein anderes Hochspannungsbauteil HV angeordnet sind, transportiert.
Das hierin genannte Reaktionsgas-Leitungssystem ist ein Leitungssystem,
mit dem das Reaktionsgas zur Brennstoffzelle 1 geliefert
wird oder das Abgas oder dergleichen aus der Brennstoffzelle 1 ausgetragen
wird, und das Leitungssystem entspricht beispielsweise dem Zufuhrweg 31,
durch den das Oxidationsgas strömt wie in 1 dargestellt, dem
Abfuhrweg 32, durch den das Oxidationsabgas strömt,
dem Zufuhrweg 22, durch den das Wasserstoffgas strömt,
dem Umwälzweg 23, durch den das Wasserstoffabgas
(das Brennstoffabgas) strömt, und dergleichen (siehe 1).
Das Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
besteht grundsätzlich aus einem Metallrohr, das beispielsweise
aus SUS besteht, und ein Ende jedes Rohrs ist in der Brennstoffzelle 1 angeordnet
(genauer so, dass die Rohre mit den jeweiligen Verzweigungskanälen 15, 17,
die in der Brennstoffzelle 1 ausgebildet sind, kommunizieren).
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Hierbei
wird in der vorliegenden Ausführungsform das Harzrohr R
in einem Teil des genannten Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32)
verwendet (siehe 3). In diesem Fall wird das Harzrohr
R vorzugsweise in der Nähe des Hochspannungsbauteils HV
im Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
verwendet. In einem Fall, wo das Harzrohr R in einem Abschnitt zwischen
dem Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
und dem Hochspannungsbauteil HV, in dem der Isolierwiderstand nicht
leicht sicherzustellen ist, oder in der Nähe dieses Abschnitts
als Rohr verwendet wird, wird die Isolierung leicht sichergestellt.
Außerdem ist vorteilhafterweise in einem Fall, wo das Harzrohr
R in einem Abschnitt, in dem das Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
dem Hochspannungsbauteil HV in die Quere kommen könnte,
oder in der Nähe dieses Abschnitts verwendet wird, die
Isolierung sichergestellt, auch wenn es zu einem räumlichen
Konflikt kommt. Beispiels weise wird in der vorliegenden Ausführungsform
das Harzrohr R in einem Leitungsabschnitt verwendet, der in der
Nähe der Ecke des Hochspannungsbauteils HV (z. B. der Brennstoffzelle 1 selbst)
verläuft und der einen minimalen Abstand d zum Hochspannungsbauteil
HV aufweist (siehe 3).
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Gemäß der
Leitungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform, in der
das Harzrohr R in einem Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32)
verwendet wird, kann auf diese Weise ein noch größerer
Isolierwiderstand als bisher zwischen dem Abschnitt des Metallrohrs
(in der Zeichnung mit dem Symbol M bezeichnet) des Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32)
und dem Hochspannungsbauteil HV gewährleistet werden. Dies
ist besonders bevorzugt, weil die Isolierung leicht sichergestellt
werden kann, beispielsweise in einem Fall, wo verschiedene Bauteile
und Rohre im Gehäuse C auf geringem Raum angeordnet sind.
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Darüber
hinaus weist ein Rohr, das aus Harz besteht, generell eine größere
Flexibilität auf als ein Rohr aus Metall, und somit können
die Rohre in einem Fall, wo das Harzrohr R in einem Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32)
verwendet wird, wie oben beschrieben, unter Ausnutzung der Flexibilität
zusammengesetzt werden. Das heißt, der Abschnitt des Harzrohrs
R kann als flexibles Rohr fungieren, so dass die Rohre leicht zusammengesetzt
werden können, was die Betriebsfähigkeit im Vergleich
zu einem Fall, wo das gesamte Leitungssystem aus dem Metall besteht,
verbessert.
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Ferner
besteht in der Leitungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform
ein Teil des Metallrohrs M aus dem Harz, wodurch die Wärmekapazität des
gesamten Leitungssystems herabgesetzt ist und die Wärmeleitfähigkeit
des entsprechenden Abschnitts ebenfalls herabgesetzt ist. Infolgedessen wird
selbst bei niedrigen Temperaturen verhindert, dass Wasser, das in
einem Leitungssystem auf der Auslassseite gebildet wird, gefriert,
und eine Fließfähigkeit kann leicht sichergestellt
werden. Zusätzlich wird in der Leitungsstruktur der vorliegenden
Ausführungsform, in der das Harzrohr R verwendet wird,
das flexibel ist wie oben beschrieben, eine Volumenausdehnung durch
das Harz rohr R absorbiert, auch wenn das Wasser in der Leitung gefriert,
und eine Wirkung auf das Metallrohr M kann verringert werden.
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Es
gibt keine besondere Beschränkung des Materials des oben
beschriebenen Harzrohrs R, und es kann jede Art von technischem
Kunststoffmaterial oder ein Kunstharz, beispielsweise Polypropylen,
mit ausgezeichneten Beständigkeiten gegenüber
Reaktanten, Biegeermüdung und Wärme verwendet
werden.
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Aufgrund
der genannten Flexibilität des Harzrohrs R kann die Leitungsstruktur
ferner so gestaltet werden, dass ein Lecken aus einer Flanschfläche
oder dergleichen verhindert wird. Genauer wird das oben beschriebene
Harzrohr R vorzugsweise in einem Fall verwendet, wo das Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
mit Verzweigungskanälen versehen ist, die auf halbem Weg
abzweigen, wie beispielsweise in 4 dargestellt,
und Flanschabschnitte F an beiden distalen Enden der Verzweigungskanäle
in der gleichen Ebene befestigt sind wie das Hochspannungsbauteil
HV. Das heißt, wenn ein langes, einstückiges Rohr
hergestellt wird, kann die Parallelität der Flanschabschnitte
F aufgrund des Einflusses eines Schweiß- oder Pressfehlers
nicht gewährleistet werden, und auch das Lecken eines Fluids
aus den Flanschabschnitten F kann gegebenenfalls vorkommen. Wenn
jedoch das Harzrohr R angelegt wird, um dem Leitungssystem Flexibilität
zu verleihen, kann die Parallelität leicht gewährleistet
werden. In einem solchen Fall können die jeweiligen Verzweigungskanäle
sicher am Hochspannungsbauteil HV in den Flanschabschnitten F befestigt
werden, um das Austreten von Fluid zu verhindern, und außerdem
wird die Betriebsfähigkeit vorteilhafterweise verbessert.
Darüber hinaus besteht in der Leitungsstruktur ein Teil
des Metallrohrs M aus dem Harz oder dergleichen, und daher kann die
Wärmekapazität des gesamten Leitungssystems gesenkt
werden.
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Unter
dem Gesichtspunkt, dass die Flexibilität des Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32)
weiter verbessert werden kann, ist es bevorzugt, das Harzrohr R
mit einer gekrümmten Form, wie einer abgelenkten oder gebogenen
Form, zu verwenden. In einem solchen Fall kann die Flexibilität des
gesamten Leitungssystems dementsprechend verbessert werden (siehe 4).
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Darüber
hinaus kann selbst in einem Fall, wo das Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
beispielsweise aus einem Gummischlauch 4 und dem Metallrohr
M besteht und eine Schlauchklemme 5 zum Befestigen des
Gummischlauchs 4 am Metallrohr M verwendet wird, die angemessene
Isolierung zwischen dem Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
und einem anderen Bauteil (einschließlich des Gehäuses
C selbst) im Gehäuse C sichergestellt werden. Im Folgenden
wird ein Beispiel hierfür beschrieben (siehe 5 bis 7).
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Als
ein Beispiel werden in einer in 5 dargestellten
Leitungsstruktur die Enden von Metallrohren M, die aus SUS oder
dergleichen bestehen, über einen Gummischlauch 4 miteinander
verbunden. Darüber hinaus werden Schlauchklemmen 5 an
Abschnitten des Gummischlauchs 4, die die Metallrohre M
bedecken, befestigt, so dass der Gummischlauch in einem Zustand
befestigt wird, in dem es zu keinerlei Lecken kommt (siehe 5, 6).
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Hierbei
werden in der vorliegenden Ausführungsform die Schlauchklemmen 5 unter
Berücksichtigung des Isolierabstands (des Kriechabstands)
zwischen den Metallrohren M und dem Hochspannungsbauteil HV befestigt.
Das heißt, wenn die Schlauchklemmen 5, die aus
Metall bestehen, in einem Abschnitt verwendet werden, wo der Gummischlauch 4 an
den Metallrohren M befestigt ist, können die Schlauchklemmen
zwischen den Metallrohren M und dem Hochspannungsbauteil HV angeordnet
werden, wo sie den Isolierabstand (den Kriechabstand) zwischen diesen
verringern. In dieser Hinsicht kann, wenn die Schlauchklemmen 5 in
der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet werden,
dass ein ausreichender Isolierabstand sichergestellt ist, die Isolierung
zwischen den Metallrohren M und dem Hochspannungsbauteil HV sichergestellt
werden.
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Dieses
Beispiel wird eigens beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform
werden die Befestigungsabschnitte der Schlauchklemmen 5 unter Berücksichtigung
des Kriechabstands, der für die Isolierung erforderlich
ist, bestimmt. Das heißt, zuerst wird ein Isolierkriechabstand
(a), der zwischen dem Metallrohr M und der Schlauchklemme 5 erforderlich ist,
berechnet, und dann wird der Gesamtwert einer Dicke (a1) des Gummischlauchs 4 und
ein Befestigungsversetzungsbetrag (ein Abstand von der Stirnfläche
des Gummischlauchs 4 zur Schlauchklemme 5) (a2)
der Schlauchklemme 5 auf einen Wert gesetzt, der höher
ist als der erforderliche Isolierkriechabstand (a) (a1 + a2 > a) (siehe 6).
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform
wird der Schlauch 5 so angeordnet, dass er weiter innen
als die Stirnfläche des Gummischlauchs 4 positioniert wird,
so dass der erforderliche Isolierkriechabstand (a) sichergestellt
ist.
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Darüber
hinaus wird ferner der Befestigungswinkel der Schlauchklemme 5 vorzugsweise
berücksichtigt (siehe 7). Das
heißt, in einem Fall, wo die Schlauchklemme 5 mit
einem Paar Fingerlaschen 51, 52 versehen ist,
so dass die Laschen V-förmig verlaufen, wird die Schlauchklemme 5 unter
Berücksichtigung eines Abstands zwischen dem Hochspannungsbauteil
HV oder der Innenfläche des Gehäuses C und den
Fingerlaschen 51, 52 angeordnet. Es wird ein spezielles
Beispiel beschrieben. Wenn ein Abstand zwischen dem distalen Ende
der einen Fingerlasche 51 und dem Hochspannungsbauteil
HV b1 ist und ein Abstand zwischen dem distalen Ende der anderen
Fingerlasche 52 und der Innenfläche des Gehäuses
C b2 ist, wird ein Befestigungswinkel θ der Schlauchklemme 5 so
angepasst, dass die Abstände b1 und b2 größer
sind als ein erforderlicher Abstand (a). Es sei darauf hingewiesen,
dass, wenn der eine Abstand b1 vergrößert wird,
der andere Abstand b2 manchmal kleiner wird. Daher muss der Befestigungswinkel θ unter
Berücksichtigung der Vergrößerung/Verkleinerung
beider Abstände b1, b2 angepasst werden (siehe 7).
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In
einem Fall, wo der Befestigungsversetzungsbetrag (a2) und der Befestigungswinkel θ der Schlauchklemme 5 unter
Berücksichtigung des Kriechwiderstands und der oben beschriebenen
Abstände bestimmt werden, kann in einem Zustand, in dem
die Schlauchklemme 5 installiert ist, eine angemessene
Isolierung sichergestellt werden. Darüber hinaus könnten
in einer wirklichen Brennstoffzelle 1 individuelle Unterschiede
in der Form des Gummischlauchs 4, der Form und Anordnung
des Reaktionsgas-Leitungssystems 22 (23, 31 und 32),
der Größe der Schlauchklemme 5 und dergleichen
erzeugt werden, aber die geschilderte Technik kann auf jede Brennstoffzelle 1 oder
jedes Brennstoffzellensystem 10 angewendet werden, und
somit können diese Fehler von Bauteilen oder dergleichen
absorbiert werden, um in jedem Einzelfall die angemessene Isolierung
sicherzustellen.
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Außerdem
ist das Bezugszeichen 6 in 5 ein sogenanntes
Formrohr aus SUS oder dergleichen, das so gebildet ist, dass es
Abschnitte, deren Formen sich untereinander unterscheiden, verbindet, beispielsweise
einen kreisförmigen Querschnitt mit einem rechteckigen
Querschnitt verbindet. Im Allgemeinen steigen die Herstellungskosten
der Formrohre schnell, und somit wird unter dem Gesichtspunkt der
Herstellungskosten vorzugsweise die gleiche Form für alle
Formrohre verwendet. In dieser Hinsicht kann gemäß der
Leitungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform das Leitungssystem
gestaltet werden während die Verarbeitungsfehler, die beim Schweißen,
Pressen und dergleichen dem Reaktionsgas-Leitungssystem 22 (23, 31 und 32)
passiert sind, absorbiert werden. Daher kann die Vielseitigkeit der
Formrohre 6 verbessert werden, wodurch die Kosten sinken.
Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform
das gleiche Formrohr 6 für sowohl die linke als
auch die rechte Seite verwendet werden, was noch vorteilhafter ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die genannte Ausführungsform
ein Beispiel für die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, aber dass die vorliegende Erfindung
nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist und auf verschiedene
Weise verwirklicht werden kann, ohne vom Bereich der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurden in der vorliegenden
Ausführungsform als Reaktionsgas-Leitungssystem der Zufuhrweg 31,
durch den das Oxidierungsgas strömt, der Zufuhrweg 22, durch
den das Wasserstoffgas strömt, und der Umwälzweg 23,
durch den das Wasserstoffabgas (das Brennstoffabgas) strömt,
dargestellt, aber diese Rohre sind nur Beispiele. Das heißt,
der genannte Aufbau gilt für jede Art von Rohr, wie beispielsweise
ein Rohr für Kühlwasser (nicht dargestellt), unter
dem Gesichtspunkt, dass das Rohr mit der Brennstoffzelle 1 als
dem Hochspannungsbauteil HV elektrisch verbunden ist. In einem solchen
Fall kann die vorliegende Erfindung auf dieses Rohr für
Kühlwasser auf die gleiche Weise angewendet werden wie
in der vorliegenden Ausführungsform.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen angemessenen
Isolierabstand zwischen einem Reaktionsgas-Leitungssystem und einem
Hochspannungsbauteil in einem Gehäuse sicherzustellen.
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Infolgedessen
ist die vorliegende Erfindung in breitem Umfang in einer solchen
notwendigen Brennstoffzellen-Leitungsstruktur anwendbar.
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ZUSAMMENFASSUNG
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BRENNSTOFFZELLEN-LEITUNGSSTRUKTUR
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Es
ist möglich, eine angemessene Isolierung zwischen einem
Reaktionsgas-Leitungssystem und einem anderen Bauteil in einer Brennstoffzelle
sicherzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Brennstoffzellen-Leitungsstruktur
geschaffen, in der beim Anordnen eines Reaktionsgas-Leitungssystems
(22) in einem Gehäuse (C), das eine Brennstoffzelle
und ein Hochspannungsbauteil (HV) enthält, in der Nähe
des Hochspannungsbauteils (HV) ein Harzrohr (R) als Teil des Reaktionsgas-Leitungssystems (22)
verwendet wird. Darüber hinaus ist das Harzrohr (R) vorzugsweise
in gekrümmter Form ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2002-367666 [0002]
- - JP 2002-362165 [0002]