JP5377323B2 - 少なくとも１つの燃料電池スタックを収容しかつ予荷重をかけるためのハウジング - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックの少なくとも一部を収容できるように形成されたハウジング部を備える少なくとも１つの燃料電池スタックを収容するためのハウジングに関する。

さらに、本発明は、このようなハウジングと、このハウジングに収容された少なくとも１つの燃料電池スタックとを備えるシステムに関する。

燃料電池システム、特にＳＯＦＣ燃料電池システム（ＳＯＦＣ：「固体酸化物型燃料電池」）は、通常、改質器、アフターバーナ、ＳＯＦＣ燃料電池スタックまたはＳＯＦＣスタック等を備える。製造に関し、ＳＯＦＣ燃料電池スタックは、従来、規定の拘束を使用して製造される。最初に、前記拘束は、製造中に、さらに格納中におよび燃料電池システムの取付け中に一時的な拘束によって保証されなければならない。次に、燃料電池スタックの最後の拘束が、燃料電池スタックに通常設けられる挟持手段によって行われる。

例えば、（特許文献１）に、燃料電池スタックが包括的なハウジングに配置されるか、または収容される燃料電池装置が記載されている。ハウジングに支持され、したがって、燃料電池スタックを拘束するための燃料電池スタックに力を加えることができる端子ベローズが、挟持手段として燃料電池スタックに設けられる。対応する力を適切に調整または修正できるために、加圧ガスをハウジングの外側からベローズに導入してもよい。

他の可能な拘束が（特許文献２）から公知である。前記従来技術の文献では、燃料電池スタックは、まず、炉内で冷却した後で、一時的な拘束デバイスまたは挟持手段を使用して拘束され、次に、燃料電池スタックが絶縁され、最後の拘束デバイスまたは挟持手段が絶縁材の外側に設けられ、次に、一時的な挟持手段が取り除かれる。しかし、特にこの種類の拘束の実施には、高温絶縁材が圧力および高温の下で収縮した場合、収縮が拘束によって十分に防止されないという欠点がある。したがって、燃料電池スタックの拘束を永続的に保証できない。さらに、前記拘束は、厳しい組立要件の下でのみ達成でき、この結果、取付けに有効な解決方法は提供されない。同様に、複数の燃料電池スタックの場合、それぞれの燃料電池スタックの異なる拘束を実現できない。

独国特許第１９５１７０４２Ｃ１号明細書 独国特許第１０３０８３８２Ｂ３号明細書

本発明は、上記の欠点の少なくとも一部を克服できるように、包括的なハウジングをさらに発展させる目的に基づいている。

前記目的は、独立請求項の特徴によって解決される。

本発明の有利な実施形態およびさらなる発展形態が、従属請求項から明らになる。

本発明によるハウジングは、挟持手段が設けられ、この挟持手段によって、ハウジング部の少なくとも１つのオリフィスを介して燃料電池スタックを拘束できるという点において、包括的な従来技術に基づいている。この関連で、挟持手段は、力の伝達により燃料電池スタックの拘束を行うそれらの構成要素と理解される。本発明によるハウジングは、特に、外側に対して熱絶縁される燃料電池スタックを収容かつ拘束するためのいわゆる高温ボックスとして形成することが可能である。ハウジング部に、例えばハウジングの一部にまたは複数のハウジング部にオリフィスを設けることによって、燃料電池スタックの拘束が容易に調整可能であるように、挟持手段によってオリフィスを介して燃料電池スタックを正確に整列することができる。同様に、燃料電池スタックの整列または燃料電池スタックの拘束の調整は、複数のオリフィスを介して行うことが可能である。このように、拘束の調整、したがって高温ボックス内の燃料電池スタックの取付けは、構造に関し著しく単純化でき、これによって、比較的費用効果的な解決方法が達成される。

本発明によるハウジングは、燃料電池スタックを拘束するためのオリフィスに挿入された挟持本体を挟持手段に設けることによって、有利に、さらに発展されることが可能である。例えば、特にシリンダを差し込むかまたは挿入することが可能なハウジング部に、１つ以上の円筒状オリフィスを設けてもよい。シリンダは、例えば、圧力プレートによって対応する燃料電池スタックに対して拘束されてもよい。

さらに、本発明によるハウジングは、少なくとも１つの弾性要素の力によって挟持本体を燃料電池スタックに対して挟持できるように実現できる。これによって、燃料電池スタックの永続的拘束は、高温絶縁材の収縮挙動を考慮しても達成することができる。さらに、燃料電池スタックの拘束は、弾性要素の適切な選択または設計と位置決めによって、正確に計ることが可能である。ハウジングが複数の燃料電池スタックを収容する場合、それぞれの燃料電池スタックの拘束力は、使用する複数の弾性要素を介して個々に調整することができる。

この関連で、本発明によるハウジングは、ハウジング部の外側に取り付けられた少なくとも１つの弾性要素の力を、圧縮要素を介して挟持本体に加えることができるように形成可能であることが好ましい。このようにして、例えば、弾性要素によって加えられる力により、圧縮要素は、燃料電池スタックをハウジング部に対して拘束することが可能である。

さらに、本発明によるハウジングは、挟持本体がセラミックシリンダであるように実現することが可能である。

さらに、本発明によるハウジングは、弾性要素が少なくとも１つのばねを備えるように設計できる。同様に、均一な拘束を行うためにねじ接続の座金を使用してもよい。

さらに、本発明によるハウジングは、圧縮要素が圧縮プレートまたは挟持フレームであるように開発されることが可能である。圧力プレートは、例えば、ハウジング部の金属シェルの外側に、例えば高温ボックスのハウジング部に移動可能にねじ留めされ、かつセラミックシリンダが次に燃料電池スタックを拘束するように、弾性要素によってセラミックシリンダに向かって予荷重がかけられる。代わりに、高温ボックスの少なくとも一部を囲むように、例えばハウジング部の外側に設けられる挟持フレームによる拘束が可能である。

この関連で、圧縮プレートを介して、複数の挟持本体を燃料電池スタックに対して緊締できるように、本発明によるハウジングを設けることが有利であると考えられる。挟持本体は、例えば、燃料電池スタックの面に向かって均一に付勢してもよい。このようにして、燃料電池スタックの均一な拘束は、挟持本体の均一な分布によって達成することができる。

さらに、本発明によるハウジングは、ハウジング部が高温抵抗性の絶縁材料から形成されるように実現できる。特に、高温ボックスは、高温抵抗性の絶縁材料から構成される。

本発明によるハウジングは、ハウジング部が金属シェルによって囲まれるように形成可能であることが好ましい。絶縁材料のために使用される高温ボックスは、金属シェル内に受容されかつ保護されることが可能である。

さらに、本発明によるハウジングは、ハウジング部に対して燃料電池スタックの積層方向に挟持手段によって、燃料電池スタックを拘束できるように発展されることが有利である。

本発明はまた、本発明によるハウジングと、このハウジングに収容された少なくとも１つの燃料電池スタックとを備えるシステムに関する。

本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して一例として以下に説明する。

本発明によるハウジングの等角図である。 図１に示した本発明によるハウジングの断面図である。

図１と図２は、本発明によるハウジング１０の等角図ならびに断面図をそれぞれ示している。本発明の実施形態では、本発明によるハウジング１０は、高温ボックスによって形成され、燃料電池の積層または燃料電池スタック２４の少なくとも一部を囲むハウジング部分を形成するハウジング部１４を備える。ハウジング部１４は、燃料電池スタック２４が完全にハウジング部１４、１２によって包まれるように、別のハウジング部１２と結合される。２つのハウジング部１４、１２の結合部またはハウジング部のロック部１８は、当業者に公知の方法で実現され、例えば、スナップオンロック、ばねフラップ挟持デバイス、クリップロック等によって任意に形成してもよい。図示した例では、燃料電池スタック２４は、ハウジング部１４の下方ハウジング壁部の底面とまたハウジング部１４のハウジング側壁の側面と接触するように、ハウジング部１４に配置される。燃料電池スタック２４の積層方向は、図２の垂直方向に対応する。下方ハウジング壁部に対向するハウジング部１４の上方ハウジング壁部には、３つの円筒状オリフィス３０（図２には１つのみ図示）が燃料電池スタック２４の上方に設けられ、このオリフィスを介して、以下に詳細に説明するように、挟持手段２８によって対応する拘束を燃料電池スタック２４に適用できる。挟持手段２８は、対応するオリフィス３０に挿入されたセラミックシリンダ２６をそれぞれ備え、前記セラミックシリンダ２６は、小さな隙間のためオリフィス３０内で移動可能である。一方で、セラミックシリンダ２６は、燃料電池スタック２４に接触し、オリフィス３０によって燃料電池スタック２４の積層方向に整列される。他方で、セラミックシリンダ２６は、挟持手段２８の圧力プレート２２に接触する。圧力プレート２２は、ハウジングの側面で、弾性要素２０を備える少なくとも１つのねじ接続を介してハウジング部１４に取り付けられる。特に、圧力プレート２２は、移動可能にねじ接続によって案内され、一方、同時に、ねじ接続部に設けられたばねの形態の弾性要素２０によって、対応するセラミックシリンダ２６に向かって付勢される。付勢は、例えば、ねじ頭と圧力プレート２２との間に配置された対応して設計されたばねによって達成してもよい。対応するセラミックシリンダ２６に適用される拘束により、最終的に、対応する燃料電池スタック２４の拘束が行われる。さらに、拘束は、ねじ接続を締め付けるかまたは緩めることによって、正確に計られるかまたは調整されることができる。さらに、本例では導管１６として形成される燃料電池システムの他の構成要素１６の少なくとも一部は、結合されたハウジング部１４、１２に収容される。前記導管１６は、例えば、燃料電池システムの改質器またはアフターバーナに含まれてもよい。導管１６を収容するために、ハウジング部１４、１２には、燃料電池スタック２４に隣接するハウジング１０を通して導管１６が延び得るように導管１６の導管直径に調整された凹部がそれぞれ設けられる。

複数の燃料電池スタック２４がハウジング部１４、１２に収容された場合、対応する燃料電池スタックをそれぞれ拘束するための複数の挟持手段２８が設けられる。同様に、相応して寸法決めされた、すなわちより大きな圧力プレート２２によってのみ燃料電池スタック２４に向かって付勢されたセラミックシリンダ２６を介して、複数の燃料電池スタック２４が拘束されることが考えられる。

明細書、図面ならびに特許請求の範囲に記載した本発明の特徴は、個別にならびに組み合わせて本発明を実現するのに重要であり得る。

１０ ハウジング
１２ ハウジング部
１４ ハウジング部
１６ 燃料電池システムの構成要素
１８ ハウジング部のロック部
２０ 弾性要素
２２ 圧縮要素
２４ 燃料電池スタック
２６ 挟持本体
２８ 挟持手段
３０ ハウジングオリフィス

Claims (9)

1. 燃料電池スタック（２４）を少なくとも部分的に収容できるように、形成されたハウジング部（１４）を備える少なくとも１つの燃料電池スタック（２４）を収容するためのハウジング（１０）において、
   挟持手段（２８）が設けられ、前記挟持手段によって、前記燃料電池スタック（２４）が前記ハウジング部（１４）の少なくとも１つのオリフィス（３０）を介して拘束可能であり、
   前記挟持手段（２８）が、前記燃料電池スタック（２４）を拘束するための前記オリフィス（３０）に挿入された挟持本体（２６）を備え、
   少なくとも１つの弾性要素（２０）の力によって、前記燃料電池スタック（２４）に対して前記挟持本体（２６）が挟持可能であり、
   前記ハウジング部（１４）の外側に取り付けられた少なくとも１つの弾性要素（２０）の力は、圧縮要素（２２）を介して前記挟持本体（２６）に適用可能であり、
   前記圧縮要素（２２）が、前記少なくとも１つの弾性要素（２０）を備える少なくとも１つのねじ接続を介して前記ハウジングの外側の前記ハウジング部（１４）に取り付けられることを特徴とするハウジング（１０）。
   
2. 前記挟持本体（２６）がセラミックシリンダ（２６）であることを特徴とする、請求項１に記載のハウジング（１０）。
3. 前記弾性要素（２０）が少なくとも１つのばねを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のハウジング（１０）。
4. 前記圧縮要素（２２）が圧縮プレートまたは挟持フレームであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハウジング（１０）。
5. 複数の挟持本体（２６）は、前記圧縮プレートを介して、前記燃料電池スタック（２４）に対して挟持可能であることを特徴とする、請求項４に記載のハウジング（１０）。
6. 前記ハウジング部（１４）が、高温抵抗性の絶縁材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハウジング（１０）。
7. 前記ハウジング部（１４）が金属シェルによって囲まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハウジング（１０）。
8. 前記燃料電池スタック（２４）は、前記燃料電池スタックの積層方向において、前記ハウジング部（１４）に対して拘束可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハウジング（１０）。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のハウジング（１０）と、前記ハウジングに収容された少なくとも１つの燃料電池スタック（２４）と、を備えるシステム。

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