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Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung, und insbesondere
eine Brennstoffzellenvorrichtung vom Platteneinschubtyp, welche
eine Struktur zum Befestigen in einem Montageelement hat, so dass
die Brennstoffzellenvorrichtung zu der Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
zusammengebaut werden kann, so dass eine Stromversorgungsquelle
ausgebildet ist.
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Eine übliche Brennstoffzelle
nutzt Wasserstoff aufweisenden Brennstoff, wie beispielsweise Methanol,
um mittels einer Oxidations-Reduktions-Reaktion eine Stromschleife
als Stromquelle auszubilden. Der Reaktant bzw. der Ausgangsstoff, der
für diese
Art von Brennstoffzelle benötigt
wird, weist Flüssigbrennstoff,
wie beispielsweise Methanolbrennstoff auf, und die Hauptprodukte
nach der Reaktion sind Wasser und Kohlendioxid, wobei die Brennstoffzelle
so ausgebildet ist, dass sie eine Behälterstruktur, die mit Flüssigbrennstoff
gefüllt
ist, und einen Mechanismus zum Antreiben bzw. Fördern des Brennstoffstroms
aufweist. Jedoch ist die übliche Brennstoffzelle,
die in großen
Kraftwerken verwendet wird, direkt so konstruiert, dass die Brennstoffzelle
einen spezifischen Strom und eine spezifische Spannung bereitstellt,
wobei sie keine Schaltungen oder eine Montagestruktur aufweist und
nicht zum Ausbilden einer modularisierten Brennstoffzelle geeignet ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung
bereitzustellen, welche für
eine Modularisierung geeignet und bequem zerlegbar bzw. demontierbar
ist.
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Dies
wird mit einer Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
erreicht, die ein Substrat, welches mit wenigstens einer Membranelektrodenanordnung
versehen ist, einen Einsetzabschnitt, welcher an der Unterseite
des Substrats angeordnet ist, und ein erstes Befestigungselement
aufweist, welches an dem Substrat angeordnet ist, wobei der Einsetzabschnitt
und das erste Befestigungselement so mit einem Montageelement zusammenpassbar
sind bzw. damit zusammengepasst sind, dass die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
in dem Montageelement befestigt ist. Ferner weist die Kombination des
Einsetzabschnitts des Substrats und eines Schlitzes bzw. Einschubabschnitts
des Montageelements die strukturellen und elektrischen Verbindungselemente
auf, so dass die Membranelektrodenanordnung des Substrats der Brennstoffzelle elektrischen
Strom ausgeben kann und Steuersignale zu einer Leiterplatte hin
geleitet werden können.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
weist unter anderem den Vorteil auf, dass sie wahlweise bzw. nach Bedarf
in das Montageelement eingesetzt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
weist ferner den Vorteil auf, dass sie durch die lösbare Verbindung von
Substrat bzw. Brennstoffzellenvorrichtung und Montageelement bequem
zerlegbar bzw, demontierbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
weist außerdem den
Vorteil auf, dass sie über
solch strukturelle Merkmale verfügt,
dass sie durch Einsetzen in das an eine Leiterplatte angelötete Montageelement
in einfacher Weise elektrisch mit der Leiterplatte verbindbar ist.
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Die
Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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2 zeigt
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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3 zeigt
eine der 2 ähnliche Ansicht, wobei jedoch
Betriebszustände
beim Einschieben des Substrats in das Montageelement gezeigt sind.
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4 zeigt
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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5 zeigt
eine weggebrochene Detailschnittansicht einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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6 zeigt
eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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7 zeigt
eine weggebrochene Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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8 zeigt
eine weggebrochene Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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9 zeigt
eine Seitenansicht und eine perspektivische, weggebrochene Detailansicht
einer siebenten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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10 zeigt
eine perspektivische, weggebrochene Detailansicht des erfindungsgemäßen Montageelements
von 9, aus einem anderen Betrachtungswinkel gesehen.
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11 zeigt
eine weggebrochene Ansicht einer achten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung.
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung,
und 2 zeigt eine Seitenansicht der Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
von 1. Bei der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist
es realisiert, dass die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 mittels
einer Struktur zum Verbinden eines Substrates 11 und eines
Montageelements 2 in dem Montageelement 2 befestigt
ist. Das Substrat 11 ist ein Platinenkörper und ist mit wenigstens
einer Membranelektrodenanordnung 3 versehen, wobei die
Unterseite des Substrats 11 so verlängert ist, dass ein Einsetzabschnitt 12 ausgebildet
ist, und wobei am oberen Ende von beiden Seitenrändern des Substrats 11 jeweils
ein erstes Befestigungselement 13 vorgesehen ist. Das Montageelement 2 ist
ein im wesentlichen U-förmig ausgebildeter
Körper,
in dessen Stegabschnitt ein Einschubabschnitt bzw. Schlitz 21 zum
Aufnehmen bzw. Einpassen des Einsetzabschnitts 12 des Substrats 11 ausgebildet
ist und dessen beiden Schenkelabschnitte jeweils eine Verriegelungsleiste 22 bilden, an
deren oberen Ende jeweils ein zweites Befestigungselement 23 vorgesehen
ist, das mit einem korrespondierenden ersten Befestigungselement 13 am oberen
Ende des Substrats 11 in Eingriff bringbar bzw. zusammenpassbar
ist, wobei die jeweiligen Verriegelungsleisten 22 die zweiten
Befestigungselemente 23 fest in dem zugeordneten ersten
Befestigungselement 13 halten.
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3 zeigt
eine Ansicht, in der die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 in
Betriebszuständen
beim Einschieben des Substrats 11 in das Montageelement 2 gezeigt
ist. Die Verriegelungsleisten 22 des Montageelements 2 sind
so flexibel, dass sie jeweils nach außen hin elastisch deformierbar bzw.
auslenkbar sind und in ihre Ursprungsposition zurückkehren,
wenn der Einsetzabschnitt 12 des Substrats 11 in
den Schlitz 21 des Montageelements 2 eingesetzt
ist, so dass die zweiten Befestigungselemente 23 der Verriegelungsleisten 22 jeweils
mit ihrem zugeordneten ersten Befestigungselement 13 des
Substrats 11 in Eingriff kommen, so dass das Befestigen
der Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 vollendet
bzw. realisiert ist. Ferner können der
Einsetzabschnitt 12 des Substrats 11 und der Schlitz 21 des
Montageelements 2 miteinander eine enge Passung bilden,
so dass die Verbindung von Substrat 11 und Montageelement 2 verbessert
ist.
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4 zeigt
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Die zweite Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform
der Erfindung dadurch, dass die ersten Befestigungselemente 13 des Substrats 11 als
im Querschnitt halbkreisförmige Ausnehmungen
ausgebildet sind und die zweiten Befestigungselemente 23 der
Verriegelungsleisten 22 des Montageelements 2 als
komplementär
zu den Ausnehmungen ausgebildete Flansche bzw. Vorsprünge ausgebildet
sind, die in die als Ausnehmungen ausgebildeten ersten Befestigungselemente 13 des
Substrats 11 einpassbar sind. wenn das Substrat 11 in
das Montageelement 2 eingeschoben wird und der Einsetzabschnitt 12 des
Substrats 11 in den Schlitz 21 eingesetzt wird,
kommen die als Vorsprung ausgebildeten, zweiten Befestigungselemente 23 der Verriegelungsleisten 22 in
dem jeweils korrespondierenden, als Ausnehmung ausgebildeten, ersten
Befestigungselement 13 des Substrats 11 zum Eingriff, so
dass die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 in
dem Montageelement 2 befestigt ist.
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5 zeigt
eine weggebrochene Detailschnittansicht des oberen Abschnitts einer
dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Bei dieser Ausführungsform
sind die ersten Befestigungselemente 13 des Substrats 11 jeweils
als spitz zulaufende bzw. keilförmige
Ausnehmung ausgebildet und sind die zweiten Befestigungselemente 23 der
Verriegelungsleisten 22 des Montageelementes 2 jeweils als
komplementär
zu den ersten Befestigungselementen 13 ausgebildete Sperrklinken 23a ausgebildet,
welche mit den ersten Befestigungselementen 13 in Eingriff
bringbar bzw. darin einpassbar sind. In dem oberen Ende der Verriegelungsleisten 22 ist
jeweils eine Ausnehmung vorgesehen, in die jeweils eine Sperrklinke 23a so
hineinmontiert ist, dass sie an den Seitenwänden der Ausnehmung geführt darin verschiebbar
gelagert ist. Zwischen einem dem Substrat 11 abgewandten
Bodenabschnitt der jeweiligen Sperrklinke 23a und einem
Bodenabschnitt der jeweiligen Ausnehmung in der Verriegelungsleiste 22 ist
jeweils eine Druckfeder 23b vorgesehen, die so vorgespannt
ist, dass sie die betreffende Sperrklinke 23a in Richtung
aus der Verriegelungsleiste 22 heraus, d.h. in Richtung
zu dem Substrat 11 hin drückt. Wenn das Substrat 11 in
das Montageelement 2 eingeschoben wird zum Ineingriffbringen
des Einsetzabschnitts 12 des Substrats 11 in dem
Schlitz 21 des Montageelements 2, werden die Sperrklinken 23a der
zweiten Befestigungselemente 23 der Verriegelungsleisten 22 von
den Seitenrändern
des Substrats 11 in die Verriegelungsleisten 22 hineingedrückt und rasten
bei Erreichen der Endposition des Substrats 11 in dem Montageelement 2 durch
die Federkraft der Druckfedern 23b vorgespannt in den jeweiligen, als
Ausnehmung ausgebildeten, ersten Befestigungselementen 13 des
Substrats 11 ein.
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6 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Diese Ausführungsform
gleicht der ersten Ausführungsform
der Erfindung mit der Ausnahme, dass die Verriegelungsleisten 22 des
Montageelements 2 schwenkbar an dem mit dem Schlitz 21 versehenen
Stegabschnitt des Montageelements 2 befestigt sind. Zu
diesem Zweck ist an beiden Enden des Stegabschnitts bzw. des Schlitzes
bzw. Einschubabschnitts 21 des Montageelements 2 jeweils
ein Zapfen 22a angeformt, der in einem in der jeweiligen Verriegelungsleiste 22 ausgebildeten
Loch in Eingriff ist. Auf diese Weise sind die beiden Verriegelungsleisten 20 um
die als Achse dienenden Zapfen 22a herum schwenkbar. Die
zweiten Befestigungselemente 23 der Verriegelungsleisten 22 sind
wie bei der ersten Ausführungsform
mit den an beiden Seiten des oberen Endes des Substrats 11 vorgesehenen, ersten
Befestigungselementen 13 zusammenpassbar bzw. in Eingriff
bringbar. Beim Einsetzen des Substrats 11 in das Montageelement 2 werden
zuerst die Verriegelungsleisten 22 nach außen geschwenkt, danach
das Substrat 11 mit seinem Einsetzabschnitt 12 in
den Schlitz 21 des Montageelements 2 eingesetzt,
und dann werden die beiden Verriegelungsleisten 22 an das
Substrat 11 herangeschwenkt, so dass die zweiten Befestigungselemente 23 mit
dem jeweils korrespondierenden, ersten Befestigungselement 13 in
Eingriff kommen. Auf diese Weise ist die Platteneinschub- Brennstoffzellenvorrichtung 1 in dem
Montageelement 2 befestigt.
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7 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 6 gezeigten,
vierten Ausführungsform
dadurch, dass bei dieser fünften
Ausführungsform
der Gelenkpunkt zum Verschwenken an dem oberen Ende der jeweiligen
Verriegelungsleisten 22 vorgesehen ist. Mit anderen Worten
ist bei dem Montageelement 2 das untere Ende der zweiten Befestigungselemente 23 jeweils
mit einem Zapfen 22b gekuppelt, der am oberen Ende der
jeweiligen Verriegelungsleiste 22 angeordnet ist, so dass
die zweiten Befestigungselemente 23 um ihren jeweiligen
Zapfen 22b als Schwenkachse schwenkbar sind. Die zweiten
Befestigungselemente 23 der jeweiligen Verriegelungsleisten 22 sind
mit den ersten Befestigungselementen 13 an beiden Seiten
des oberen Endes des Substrats 11 zusammenpassbar bzw.
in Eingriff bringbar, wobei beim Einsetzen des Substrats 11 in
das Montageelement 2 zuerst der Kopf bzw. das zweite Befestigungselement 23 jeder
Verriegelungsleiste 22 nach außen geschwenkt wird, dann der
Einsetzabschnitt 12 des Substrats 11 in den Schlitz 21 des
Montageelements 2 eingesetzt wird und letztendlich die
jeweiligen zweiten Befestigungselemente 23 der Verriegelungsleisten 22 zurückgeschwenkt werden
und mit dem jeweils korrespondierenden, ersten Befestigungselement 13 des
Substrats 11 in Eingriff gebracht werden. Auf diese Weise
ist die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 in
dem Montageelement 2 befestigt.
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8 zeigt
eine sechste Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Bei dieser sechsten Ausführungsform
ist in den Verriegelungsleisten 22 an deren zum Substrat 11 hingewandten Innenseite
jeweils ein einwärts
gewölbter
Führungskanal
bzw. eine Führungsnut 22c ausgebildet,
wobei die Führungsnuten 22c mit
den Seitenrändern
des Substrats 11 zusammenpassbar sind und die zweiten Befestigungselemente 23 der
jeweiligen Verriegelungsleisten 22 mit den ersten Befestigungselementen 13 an
beiden Seiten des oberen Endes des Substrats 11 zusammenpassbar
bzw. in Eingriff bringbar sind. Auf diese Weise ist das Substrat 11 entlang
der Führungsnuten 22c der
Verriegelungsleisten 22 so geführt, dass die zweiten Befestigungselemente 23 der
jeweiligen Verriegelungsleisten 22 nach dem Einsetzen des
Einsetzabschnitts 12 in den Schlitz 21 des Montageelements 2 mit
dem jeweils zugeordneten ersten Befestigungselement 13 in
Eingriff sind. Dadurch, dass das Substrat 11 mit seinen
Seitenrändern
in den beiden Verriegelungsleisten 22 in Eingriff ist,
ist das Substrat 11 sicherer in dem Montageelement 2 befestigt.
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9 zeigt
eine siebente Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1,
und 10 zeigt das Montageelement 2 der in 9 gezeigten,
siebenten Ausführungsform
aus einem anderen Betrachtungswinkel gesehen. Das Substrat 11 weist
einen Stromleitschaltkreis 14 zum Ausgeben des von den
Membranelektrodenanordnungen 3 erzeugten elektrischen Stromes
und ferner einen Steuerschaltkreis 15 zum Steuern des Betriebs
der Membranelektrodenanordnungen 3 und/oder zum Gewährleisten
der Durchleitung von elektrischen Signalen auf. Der Einsetzabschnitt 12 des
Substrats 11 weist einen ersten elektrischen I/O-Anschluss 16 zum
Anschließen
des Stromleitschaltkreises 14 und des Steuerschaltkreises 15 auf,
wobei der erste elektrische I/O-Anschluss 16 als Leitungsschnittstelle
des Stromleitschaltkreises 14 und des Steuerschaltkreises 15 dient.
Ferner ist in dem Schlitz 21 des Montageelements 2 ein zweiter
elektrischer I/O-Anschluss 24 vorgesehen, der dem ersten
elektrischen I/O-Anschluss 16 des Einsetzabschnitts 12 des
Substrats 11 entspricht und damit zusammenpassbar ist,
wobei der zweite elektrische I/O-Anschluss 24 über entsprechende
Anschlussleitungen 25 zur Außenseite des Montageelements 2 geführt ist.
Die Anschlussleitungen 25 stellen die elektrische Verbindung
des zweiten elektrischen I/O-Anschlusses 24 mit einer Leiterplatte 4 bereit,
so dass durch elektrischen Kontakt zwischen dem ersten I/O-Anschluss 16 und
dem korrespondierenden, zweiten elektrischen I/O-Anschluss 24 und
elektrisches Anschließen
des zweiten elektrischen I/O-Anschlusses 24 an
die Leiterplatte 4 mittels der jeweiligen Anschlussleitungen 25 eine
elektrische Verbindung des Substrats 11 bzw. der Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 mit
der Leiterplatte 4 hergestellt ist, wenn der Einsetzabschnitt 12 des
Substrats 11 in den Schlitz 21 des Montageelements 2 eingesetzt
ist.
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11 zeigt
eine achte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1.
Bei dieser Ausführungsform
sind mehrere Montageelemente 2 mit ihren Anschlussleitungen 25 an
die Leiterplatte 4 angelötet, so dass, wenn die jeweiligen
Substrate 11 in das zugeordnete Montageelement 2 eingeschoben
sind und die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtungen 1 zusammenmontiert
sind, die jeweiligen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtungen 1 elektrische Energie
mit spezifischem Strom und/oder spezifischer Spannung erzeugen und
ausgeben, wobei die jeweiligen Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtungen 1 mittels
der Leiterplatte 4 in Reihe geschaltet oder parallelgeschaltet
sind.
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Die
erfindungsgemäße Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist
sowohl für die
Realisierung einer gasförmigen
Brennstoff nutzenden Platteneinschub- Brennstoffzellenvorrichtung als auch
für die
Realisierung einer flüssigen
Brennstoff nutzenden Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung geeignet.
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Zusammenfassend
weist eine Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
ein Substrat, welches mit wenigstens einer Membranelektrodenanordnung
versehen ist, einen Einsetzabschnitt, welcher an der Unterseite
des Substrats angeordnet ist, und ein erstes Befestigungselement
auf, welches an dem Substrat angeordnet ist, wobei der Einsetzabschnitt
und das erste Befestigungselement so mit einem Montageelement zusammenpassbar
sind bzw. damit zusammengepasst sind, dass die Platteneinschub-Brennstoffzellenvorrichtung
in dem Montageelement befestigt ist. Ferner weist die Kombination
des Einsetzabschnitts des Substrats und eines Schlitzes bzw. Einschubabschnitts
des Montageelements die strukturellen und elektrischen Verbindungselemente auf,
so dass die Membranelektrodenanordnung des Substrats der Brennstoffzelle
elektrischen Strom ausgeben kann und Steuersignale zu einer Leiterplatte hin
geleitet werden können.