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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen isolierenden Montageaufbau
für Brennstoffzellen,
ein System zum Überwachen
des Isolierungs- Status und ein Verfahren zum Überwachen desselben.
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Hintergrund der Technik
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Die
Brennstoffzellen oder ein Brennstoffzellenstapel müssen insbesondere
im Gebrauch von dem umgebenden Aufbau elektrisch isoliert werden.
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Die
offengelegte
Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2002-367651 zeigt
einen isolierenden Montageaufbau zum elektrischen Isolieren eines
Brennstoffzellenstapels innerhalb eines Gehäuses desselben. Der isolierende
Aufbau hat einen Isolator, der zwischen den Montageschrauben und
der Bodenwand des Gehäuses
vorgesehen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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In
dem zuvor erwähnten
isolierenden Aufbau tritt jedoch Kühlwasser aus dem Brennstoffzellenstapel
aus und bildet sich in dem Gehäuse,
wobei die Montageschrauben und die Isolatoren in das Wasser eintauchen,
was zu einem Fehler beim Aufrechterhalten der Isolation zwischen
dem Brennstoffzellenstapel und dessen Gehäuse führt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Lichte des Problems vorgenommen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist zu schaffen: einen isolierenden Montageaufbau
für Brennstoffzellen,
der verhindert, dass die Montageschrauben derselben in das Kühlwasser
und dergleichen, das aus den Brennstoffzellen ausgetreten ist, eintauchen
und der die Isolierung der Brennstoffzellen beibehält; ein
System zum Überwachen
des Isolierungszustandes desselben; und ein Verfahren zum Überwachen
desselben.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein isolierender Montageaufbau
für eine
Brennstoffzelle, die aufweist: einen isolierenden Aufbau zum Montieren
des Brennstoffzellenstapels an einem geerdeten Aufbau; und eine
Sperre, die sich in einem Raum zwischen der Brennstoffzelle und
dem geerdeten Aufbau erstreckt, und die von der Brenn stoffzelle
und der geerdeten Anordnung isoliert ist, wobei die Sperre eine Behälterform
mit einer Öffnung
auf deren Oberseite hat.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nunmehr in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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die 1A und 1B einen
isolierenden Montageaufbau für
Brennstoffzellen entsprechend eines ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung
zeigen, wobei 1A eine Schnittdarstellung ist,
die entlang einer Linie IA-IA in der 1B genommen
ist, und die 1B eine Schnittdarstellung ist,
die entlang einer Linie IB-IB in der 1A genommen
ist;
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die 2A und 2B einen
isolierenden Montageaufbau für
Brennstoffzellen entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung zeigen, wobei die 2A eine
Schnittdarstellung ist, die entlang einer Linie IIA-IIA in der 2B genommen
ist, und die 2B eine Schnittdarstellung ist,
die entlang einer Linie IIB-IIB in der 2A genommen
ist;
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3 eine
Konfiguration eines Isolierungs-Überwachungssystems
entsprechend eines dritten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein
Ablaufdiagramm ist, das einen allgemeinen Ablauf des Systems in
der 3 zeigt; und
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5 ein
Ablaufdiagramm ist, dass ein Steuerungsverarbeiten des Systems in
der 3 zeigt.
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Die Modi zum Ausführen der Erfindung
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Nachstehend
werden die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert, wobei
gleiche Teile durch dieselben Bezugszeichen erläutert werden.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
isolierender Montageaufbau entsprechend eines ersten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung ist, wie in den 1A und 1B gezeigt,
aus einem Brennstoffzellenstapel 1, isolierenden Aufbauten 2 und
eine Wassersperre 3 aufgebaut.
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Der
Brennstoffzellenstapel 1 ist auf dem elektrisch geerdeten
Aufbau 7 befestigt, der an den vier Ecken der Bodenfläche derselben
auf den isolierenden Aufbauten 2, die Montagehalterungen
sind, an denen die Behandlung für
eine Isolierung oder eine Bearbeitung ausgeführt worden ist, gelagert wird.
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Die
Wassersperre 3 ist gebildet, um sich in einem Raum zwischen
dem Brennstoffzellenstapel 1 und dem geerdeten Aufbau 7 zu
erstrecken und um eine Behälterförmige Form
mit einer Öffnung 3a an der
Oberseite derselben zu haben. Der Brennstoffzellenstapel 1 ist
darin platziert und durch die Seitewände 3b der Wassersperre 3 umgeben.
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Insbesondere
ist der Brennstoffzellenstapel 1 an der Wassersperre 3 befestigt,
die durch die oberen Aufbauten 2b der isolierenden Aufbauten 2 gelagert
werden, die an den vier Ecken der Bodenfläche des Brennstoffzellenstapels 1 zwischen
der Bodenfläche
derselben und der oberen Fläche
des Bodens der Wassersperre 3 vorgesehen sind. Die Wassersperre 3 ist
an dem Aufbau 7 befestigt, der durch die unteren Aufbauten 2a der
isolierenden Aufbauten 2 gelagert ist, die zwischen der
Bodenfläche
der Wassersperre 3 und dem Aufbau an den vier Orten vorgesehen
sind, die den oberen Aufbauten 2a entsprechen. Somit sind
der Brennstoffzellenstapel 1, die Wassersperre 3 und
der Aufbau 7 voneinander getrennt und nicht in Kontakt
miteinander, wodurch diese Bauteile voneinander elektrisch isoliert
sind. Nachstehend wird eine Anordnung des kombinierten Brennstoffzellenstapels 1,
der Aufbauten 2 und der Wassersperre 3 eine isolierte
Brennstoffzellenanordnung FCA genannt.
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Entsprechend
des ersten Ausführungsbeispieles
wird das Wasser, wenn Wasser, z. B. Reaktionswasser, das durch die
elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel 1 oder
Kühlwasser derselben
erzeugt wird, in dem Raum zwischen der Wassersperre 3 und
dem Brennstoffzellenstapel 1 gesammelt und gehalten wird,
daran gehindert, nach außen
der Wassersperre 3 in den Aufbau 7 zu fließen. Demzufolge
werden die unteren Aufbauten 2a zwischen dem Aufbau 7 und
der Wassersperre 3 nicht in das Wasser eintauchen und trocken
bleiben und die Isolierung zwischen dem geerdeten Aufbau 7 und
der elektrisch neutralen Wassersperre 3 ist unabhängig davon,
dass sich angesammeltes Wasser innerhalb der Wassersperre 3 aufbaut
und das Niveau des gesammelten Wassers eine Höhe H1 der Seitenwand 3b derselben
erreicht, gesichert.
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Inzwischen
wird das Wasser, selbst wenn Wasser in den Aufbau 7 infolge
eines Eindringens von Wasser von außen oder dergleichen eintritt,
in dem Raum zwischen der Wassersperre 3 und dem Aufbau 7 gesammelt,
wodurch es daran gehindert wird, in das innere der Wassersperre 3 zu
fließen. Demzufolge
werden die oberen Aufbauten 2b zwischen der Wassersperre 3 und
dem Brennstoffzellenstapel 1 nicht in das Wasser eintauchen
und trocken bleiben und die Isolierung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 1 und
der Wassersperre 3 wird unabhängig davon, dass sich gesammeltes
Wasser außerhalb der
Wassersperre 3 aufbaut und das Niveau des gesammelten Wassers
die Spitzenkante auf einer Höhe
H2 der Öffnung 3a der
Wassersperre 3 erreicht, gesichert.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
isolierender Montageaufbau entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung ist, wie in den 2A und 2B gezeigt,
aus einer isolierten Brennstoffzellenanordnung FCA (aus einem Brennstoffzellenstapel 1, aus
Aufbauten 2 und aus einer Wassersperre 3) und einem
elektrisch geerdeten Brennstoffzellengehäuse 4, das die isolierte
Brennstoffzellenanordnung FCA darin unterbringt, gebildet.
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Das
Gehäuse 4 bildet
ein durchlüftetes
Gehäuse
für die
FCA mit einem Lufteinlassrohr 5 und einem Luftauslassrohr 6,
die an gegenüberliegenden Positionen
an den gegenüberliegenden
Seitenwänden
derselben verbunden sind. Um noch genauer zu sein, eine Lüftungsöffnung 5a (eine
erste Öffnung) des
Lufteinlassrohres 5 und eine Lüftungsöffnung 6a (eine zweite Öffnung)
des Luftauslassrohres 6 sind an einander gegenüberliegenden
Positionen an den inneren Flächen
der Seitenwände
des Brennstoffzellengehäuses 4 vorgesehen.
Die Pfeile in den 2A und 2B zeigen
die die Strömungsrichtungen
des Lufteinlass bzw. -auslass.
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In
dem Fall des ersten Ausführungsbeispieles
ist der Brennstoffzellenstapel 1 innerhalb des Brennstoffzellengehäuses 4 an
einer Bodenwand 4a desselben, die auf den isolierenden
Aufbauten 2 gelagert ist, befestigt. Die Wassersperre 3 ist
durch die Aufbauten 2 in einem elektrisch neutralen Zustand gelagert
und enthält
im Inneren den Brennstoffzellenstapel 1. Mit anderen Worten,
der Brennstoffzellenstapel 1, die Wassersperre 3 und
das Brennstoffzellengehäuse 4 sind
voneinander getrennt und nicht in Kontakt miteinander, wodurch diese
Bauteile voneinander elektrisch isoliert sind. Eine Höhe H2 von
der Bodenwand 4a des Brennstoffzellengehäuses 4 zu der
Spitzenkante einer Öffnung 3a der
Wassersperre 3 ist größer als
eine Höhe
H3 der Spitzenkanten der Lüftungsöffnungen 5a und 6a an
den Seitenwänden des
Brennstoffzellengehäuses 4.
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Entsprechend
eines zweiten Ausführungsbeispieles
ist die Spitzenkante der Öffnung 3a der Wassersperre 3 höher als
die Spitzenkante der Lüftungsöffnungen 5a und 6a und
die Seitenwände
der Wassersperre 3 sind langgestreckt, um die Lüftungsöffnungen 5a und 6a abzudecken.
Demzufolge werden selbst dann, wenn Wasser und dergleichen von außen durch
das Lufteinlassrohr 5 und das Luftauslassrohr 6 in
das Brennstoffzellengehäuse 4 eindringt,
die einströmende
Materie oder die Objekte durch die Seitenwände 3b blockiert,
ohne dass der Brennstoffzellenstapel 1 nass wird, wodurch
Korrosionen oder Fehler in dem Brennstoffzellenstapel 1 verhindert
werden können.
Nur eine der Lüftungsöffnungen 5a oder 6a,
z. B. die Lüftungsöffnung 5a des Lufteinlassroh res 5,
durch die die einströmende
Materie oder die Objekte wahrscheinlich eher als in die andere Lüftungsöffnung 6a eindringen
werden, kann niedriger als die Spitzenkante auf der Höhe H2 der Seitenwand 3b der
Wassersperre 3 positioniert werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Wie
in der 3 gezeigt, enthält ein System zum Überwachen
eines Isolierungsstatus entsprechend eines dritten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung:
eine isolierte Brennstoffzellenanordnung
FCA; ein Brennstoffzellengehäuse 4;
einen Sensor 8, der das elektrische Potential des Brennstoffzellengehäuses 4 misst;
einen Sensor 9, der das elektrische Potential der Wassersperre 3 misst;
einen Sensor 10, der das elektrische Potential des Brennstoffzellenstapels 1 misst;
und eine Steuerung 11 zum Verarbeiten der Daten der jeweiligen
Sensoren 8, 9 und 10.
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Eine
Beschreibung eines Systems der Strömungssteuerung und der Steuerungsverarbeitung
in der Steuerung 11 wird in Bezug auf die 4 und 5 gegeben.
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Zuerst
werden die Daten des elektrischen Potentials, das durch die jeweiligen
Sensoren 8, 9 und 10 gemessen worden
ist, in die Steuerung 11 gelesen und es wird in der Steuerung 11 jeweils
ein Vergleich zwischen einem gemessenen Wert V8 von dem Sensor 8 und
dem gemessenen Wert V9 von dem Sensor 9 und zwischen dem
gemessenen Wert V9 von dem Sensor 9 und einem gemessenen
Wert V10 von dem Sensor 10 vorgenommen. Wenn der absolute
Wert |V9-V8|, die Differenz der Potentiale zwischen den gemessenen
Werten V8 und V9, gleich zu oder unter einem ersten voreingestellten
Wert PV1 ist, was bedeutet, dass die gemessenen Werte V8 und V9
im Wesentlichen dieselben sind, wird es bestimmt, dass das Brennstoffzellengehäuse 4 und die
Wassersperre 3 durch angesammeltes Wasser in dem Raum dazwischen
elektrisch leitend sind, und Wasser oder dergleichen in das Brennstoffzellengehäuse 4 von
außen
eingedrungen ist. Mittlerweile, wenn ein absoluter Wert |V10-V9|,
die Differenz der Potentiale zwischen den gemessenen Werten V9 und
V10 gleich zu oder unter einem zweiten voreingestellten Wert PV2
ist, wird es bestimmt, dass die Wassersperre 3 und der
Brennstoffzellenstapel 1 durch angesammeltes Wasser in
dem Raum dazwischen elektrisch leitend sind, und eine Leckage von Wasser
von dem Brennstoffzellenstapel 1 aufgetreten ist. Als nächstes wird
es bestimmt, das Wasser von außen
eingedrungen ist, wobei der Nutzer durch eine gelb- anzeigende Lampe 12 aufmerksam
gemacht wird. Wenn es bestimmt wird, dass eine Wasserleckage aus
dem Brennstoffzellenstapel 1 aufgetreten ist, wird der
Nutzer durch eine rot- anzeigende Lampe 13 aufmerksam gemacht,
was den Rat erteilt, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 1 einzustellen
und die Leistung des Brennstoffzellenstapels 1 wird dann
allmählich
reduziert. Überdies
wird, wenn die Lecka ge von Wasser von dem Brennstoffzellenstapel 1 erfasst
wird, während
die gelb- anzeigende Lampe 12 an ist, oder wenn ein Eindringen
von Wasser erfasst wird, während
die rote Lampe 13 an ist, der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 1,
nachdem oder zu der Zeit, wie der Nutzer durch einen Summer 14 aufmerksam
gemacht worden ist, eingestellt. Die jeweils voreingestellten Werte
PV1 und PV2 können willkürlich festgelegt
werden und sind vorzugsweise solche Werte, um im Wesentlichen die
von den Sensoren 8, 9 und 10 gemessenen
Werte V8, V9 und V10 zu treffen. Überdies können die ersten und die zweiten
voreingestellten Werte PV1 und PV2 auf denselben Wert festgelegt
werden.
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Noch
genauer, der zuvor erwähnte
Steuerungsablauf wird durch Wiederholen der Steuerungsverarbeitung,
die in der 5 gezeigt ist, in regelmäßigen Abständen in
der Steuerung 11 realisiert.
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Die
von den jeweiligen Sensoren 8, 9 und 10 gemessenen
Werte V8, V9 und V10 werden in dem Schritt 51 in die Steuerung 11 eingelesen
und es wird bestimmt, ob der absolute Wert |V9-V8|, die Differenz zwischen
den gemessenen Werten V8 und V9, gleich zu oder unter dem ersten
voreingestellten Wert PV1 ist (Schritt 52). Dann wird es
bestimmt, ob der absolute Wert |V10-V9|, die Differenz zwischen
den gemessenen Werten V9 und V10, gleich zu oder unter dem zweiten
voreingestellten Wert PV2 ist. Wenn |V9-V81| bestimmt wird, gleich
zu oder unter dem PV1 zu sein (Schritt 52) und IV10-V9I
bestimmt wird, nicht gleich zu oder unter dem PV2 zu sein (Schritt 53),
wird die gelbanzeigende Lampe 12 eingeschaltet (Schritt 55),
um den Nutzer auf das Eindringen von Wasser von außen aufmerksam
zu machen. Falls |V9-V8| bestimmt wird, nicht gleich zu oder unter
dem PV1 zu sein (Schritt 52) und |V10-V9| bestimmt wird,
gleich zu oder unter dem PV2 zu sein (Schritt 54), wird
die rot- anzeigende Lampe 13 eingeschaltet (Schritt 56),
um den Nutzer auf das Auftreten der Leckage von Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 1 aufmerksam
zu machen, und damit die Energie des Brennstoffzellenstapels 1 allmählich reduziert
wird (Schritt 57). Falls |V9-V8| bestimmt wird gleich zu
oder unter dem PV1 zu sein (Schritt 52) und |V10-V9| bestimmt
wird gleich zu oder unter dem PV2 zu sein (Schritt 53),
wird ein Alarm mittels des Summers 14 gegeben (Schritt 58)
und der Brennstoffzellenstapel 1 wird stillgelegt (Schritt 59).
Falls |V9-V8| nicht gleich ist zu oder unter dem PV1 ist (Schritt 52) und
|V10-V9| nicht gleich oder unter dem PV2 ist (Schritt 54),
wird der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 1 fortgeführt.
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Entsprechend
eines dritten Ausführungsbeispieles
kann durch das Überwachen
des Potentials des Brennstoffzellenstapels 1, der Wassersperre 3 und
des Brennstoffzellengehäuses 4 die
Leckage von Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 1 erfasst werden,
wenn die Differenz des Potentials V10-V9 zwischen dem Brennstoffzellenstapel 1 und
der Wassersperre 3 den voreingestellten Wert PV2 erreicht oder
angenähert
wird. Überdies
kann, wenn die Differenz des Potentials V9-V8 zwischen der Wassersperre 3 und
dem Brennstoffzellengehäuse 4 den
voreingestellten Wert PV1 erreicht oder angenähert wird, ein Eindringen von
Wasser von außen
erfasst werden. Überdies
kann selbst dann, wenn Wasser innerhalb des Brennstoffzellengehäuses 4 ist,
wenn es entschieden wird, dass das Wasser in das Brennstoffzellengehäuse 4 von
außen
eingedrungen ist und außerhalb
der Wassersperre 3 gesammelt wird, der betrieb des Brennstoffzellenstapels 1 fortgesetzt werden,
solange die Isolierung desselben aufrecht erhalten werden kann.
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Die
hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft
und nicht begrenzend und die Erfindung kann auf andere Weise praktiziert
oder ausgeführt
werden. Die Form des Brennstoffzellengehäuses 4, die Positionen
der Lüftungsöffnungen 5a und 6a,
wo das Lufteinlassrohr 5 und das Luftauslassrohr 6 mit
dem Brennstoffzellengehäuse 4 verbunden
sind, die Position(en) und die Anzahl des Aufbaus 2 oder
der Aufbauten 2, die Form der Wassersperre 3 etc.
kann frei festgelegt werden, ohne von den Wirkungen der Ausführungsbeispiele
abzuweichen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Gegenstand, der in der
JP-A 2005-011797 enthalten
ist.
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Industrielle Anwendbarkeit
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In
einem isolierenden Montageaufbau der vorliegenden Erfindung ist
eine Wassersperre, die einen Brennstoffzellenstapel einschließt, in dem
Raum zwischen dem Brennstoffzellenstapel und einem Erdungsaufbau,
der sowohl von dem Brennstoffzellenstapel, als auch dem Aufbau elektrisch
isoliert ist, vorgesehen. Demzufolge wird selbst dann, wenn in dem
Brennstoffzellenstapel Wasser erzeugt wird, dessen Kühlwasser
und dergleichen aus dem Brennstoffzellenstapel innerhalb der Wassersperre
leckt, das Wasser innerhalb der Wassersperre gesammelt und gehalten,
und die Montageaufbauten, die die Wassersperre auf dem geerdeten
Aufbau lagern, können
trocken beibehalten werden. Demzufolge kann die vorliegende Erfindung
verwendet werden, um eine Isolierung zwischen den Brennstoffzellen und
dem umgebenden Aufbau aufrecht zu erhalten.