JP5677569B2 - パイプエレメントをコンポーネントと接続する装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイプエレメントを請求項１の前提部分でさらに詳細に説明されているコンポーネントと接続する装置に関する。さらに本発明は、この種のパイプエレメントを備える少なくとも１つのコンポーネントを有する燃料電池システムに関する。

特許文献１から、太陽電池システムにおけるパイプまたはホース用の加熱システムが公知である。水がパイプまたはホース内で凍結するのを阻止するために、このパイプまたはホースと接触する加熱ワイヤが設けられている。パイプまたはホースは、たとえば加熱ワイヤによって巻回されており、加熱ワイヤは保護層を介してパイプに固定されている。さらに熱的絶縁部を設けることができる。

この構造の問題点は、パイプ自体が加熱され得ることである。ここでは、場合により接続エレメントの領域では加熱が困難であり、とりわけ、加熱されるパイプエレメントが加熱されないコンポーネント、たとえば燃料電池積層体、リアクタ、水分離器等に接続されている場合は困難である。この領域では結露が生じ、流水が凍結することがある。なぜなら周囲のパイプ管しか加熱することができず、接続のこの領域は加熱されないからである。

ドイツ特許出願公開第１０２００７００９８９８号

したがって本発明の課題は、上記の欠点を回避し、パイプエレメント内を搬送される媒体からの液体が結露することおよび場合によっては凍結することを回避する接続を保障するように形成されたパイプエレメントをコンポーネントと接続する装置を提供することである。

この課題は本発明により、請求項１の特徴部分の特徴を備える装置によって解決される。本発明の装置のさらなる有利な構成は他の従属請求項から得られる。さらに請求項１１による燃料電池システムが上記課題を解決する。

パイプエレメントをコンポーネントと接続する本発明の装置では、パイプエレメントが接続ハウジング内で終端し、または接続ハウジングと固定的に接続される。この接続ハウジング自体は、コンポーネントに脱着可能に固定するための適切な手段を有する。この手段はたとえば、フランジと相互作用する従来のねじ留め手段とすることができる。さらに他の脱着可能な接続手段も考えられ、とりわけＳＡＥペーパー、Ｊ２０４４により記載されたような、機械的ロックを有するたとえばコネクタ接続が考えられる。

ここで本発明によれば、接続ハウジング内を延在するパイプ部分が、この部分を外から包囲する電気的加熱ワイヤを介して加熱される。ここで、加熱されたパイプ部分はコンポーネントの方向に、このパイプ部分がコンポーネントの内部空間で終端するように、このコンポーネントに接続ハウジングを脱着可能に固定するための領域を超えて突き出ている。

本発明の装置により、搬送すべき媒体がコンポーネント接続部またはコンポーネントへのパイプエレメントの接続部の領域においても加熱され、または場合によりこの領域で凍結した媒体を解凍することができるようになる。さらにコンポーネントの内部空間へのパイプ部分の突出部によって、コンポーネントの場合により冷えた壁の領域に発生する結露媒体が壁に沿って滴り落ちるときに、パイプエレメントまたはパイプ部分に浸透しないようになる。これにより、パイプエレメントによって媒体をコンポーネントに高い信頼性をもって確実に搬送することが保障できる。

ここで本発明の特に好ましく有利な改善形態では接続ハウジングの材料が、加熱されるパイプ部分と加熱ワイヤとをパイプ部分の全長で取り囲む。パイプ部分は対応して外部から加熱ワイヤにより巻回することができ、したがってパイプ部分に案内された媒体が場合により非常に熱い加熱ワイヤと反応を起こすことはあり得ない。さらに接続ハウジングの材料が加熱ワイヤとパイプ部分の両方を包囲していることにより、パイプ部分を対応して損傷から保護することができる。したがって接続ハウジングまたは接続ハウジングの材料は、加熱ワイヤの設けられたパイプ部分の周囲の保護層を形成する。そしてパイプ部分は機械的損傷から保護され、これにより加熱を高い信頼性をもって確実に行うことを保障できる。

本発明の装置の別の有利な構成ではさらに、接続ハウジングが非導電性の材料から形成されている。このような非導電性の材料からなる接続ハウジングは、パイプエレメントおよび／または加熱ワイヤの上記機械的保護に加えてまたはその代わりに、環境に対する加熱ワイヤの電気絶縁もさらに引き受け、これにより加熱ワイヤとパイプ部分の他には、接続ハウジングの材料が第３の層として必要なだけである。この構造は対応して簡単であり、安価に実現することができる。

本発明の装置の有利な改善形態ではさらに、接続ハウジングがパイプ部分と一体的に形成されている。このような構造はたとえば、前もって製造された長さのパイプエレメントが比較的多数使用される場合に用いることができる。この場合、パイプエレメントと接続ハウジングを容易に一体的に形成することができ、パイプエレメントが接続ハウジングに移行する領域に付加的な接続部が発生しない。このような付加的な接続部は、密閉性、および場合により接続ハウジングからパイプエレメントの領域への電気的加熱エネルギーの伝送に関して危うくなり得る。

さらに本発明の装置の特に有利な構成では、接続ハウジングが射出成形部材として形成されており、この射出成形部材はパイプエレメントの端部とパイプ部分を外周囲で取り囲む。とりわけプラスチック製のこのような射出成形部材としての構造は、相当大きな数が接続ハウジングに対して必要な場合、比較的安定した安価な接続ハウジングを作製するために簡単に利用することができる。接続ハウジングまたは接続ハウジングの射出成形材料がパイプエレメントの端部およびパイプ部分を完全に取り囲んでいることにより、この構造によって非常に簡単かつ効率的に密な接続を形成することができる。さらにこの構造を上記の変形実施例で使用すべき場合には、パイプ部分を加熱ワイヤとともに射出成形部材内に一緒に埋め込むことができる。この場合、射出成形機でのただ１つの作業工程で、前記の変形実施例と利点をすべて統合した構成部材が得られる。

上にすでに述べたように、本発明の装置の別の非常に有利な構成では、パイプエレメント自体が同様に電気的に加熱されるよう形成されている。パイプエレメントの電気的加熱も接続ハウジングの電気的加熱も、パイプ部分の領域に延在する加熱ワイヤがパイプエレメントの領域に延在する加熱ワイヤとも接続されているように構成されていると、特に意味があり有利であり得る。

この技術思想の非常に好ましく有利なさらなる実施では、加熱ワイヤ用の電気端子が接続ハウジングの領域で外に向かって導かれている。これにより加熱ワイヤを接続ハウジングの領域で電気接続することができる。接続ハウジングはコンポーネントと脱着可能に接続されているから、この接続ハウジングは、この装置の装備されたシステムの動作中に一般的には固定的に設定された場所にあり、たとえばホースとして形成されたパイプエレメントとは異なり、典型的には振動等によって動かない。このことによりこの領域では電気接続エレメントの取り付けを比較的簡単に信頼性をもって確実に行うことができ、この電気接続エレメントが連続する動きによって損傷を受けるおそれがない。

上にすでに述べたように、少なくとも１つのコンポーネントを備える燃料電池システムも冒頭に述べた課題を解決する。この本発明による燃料電池システムでは、少なくとも１つのコンポーネントがすでに説明したように構成された装置によってパイプエレメントと接続されている。すでに冒頭で述べた従来技術から公知のように、とりわけ水が生成水としてダイヤフラムを湿らせるために高純度に生成または必要とされる燃料電池システムでは、このシステムが凍結点以下の温度で駆動されると非常に危うい。しかし車両の場合にはこのことは世界の多くの地域において不可避であるから、本発明により構成された装置が、この種の燃料電池システムでは特に有利な役割を演じる。

さらに本発明の装置の有利な構成は他の従属請求項から得られ、実施例に基づき以下、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明の装置の第２の実施形態を示す図である。

本発明の装置を以下、２つの図面に基づき２つの可能な実施例で説明する。この構造は、たとえば燃料電池システムにおいて、しかし加熱されるパイプが接続部を介してコンポーネントと接続されている他のすべてのシステムでも、加熱を保障することができる。

図１には、パイプエレメント２をコンポーネント３と接続するための本発明の装置１の第１の実施形態が示されている。ここでパイプエレメント２はたとえば波状ホースの一部分として図示されている。ここで参照符号３はコンポーネント３の内部を示し、このコンポーネントのうち壁４だけが明示的に図示されている。装置１は接続ハウジング５を有する。この接続ハウジング５はフランジ６を有し、このフランジは２つの固定ねじ７を介してコンポーネント３の壁４とねじ留めされている。これにより接続ハウジング５はコンポーネント３と脱着可能に接続されている。フランジ６の領域を密閉するために、パッキンリングの形のパッキンエレメント８が設けられている。接続ハウジング５はたとえば射出成形材料から実施することができる。ここに図示した実施例では、パイプエレメント２が接続ハウジング５の射出成形材料内に、接続ハウジング５がパイプエレメント２と強固にかつ脱着可能に接続されるよう組み込まれている。パイプエレメント２の内側にはパイプ部分９がある。このパイプ部分は接続ハウジング５内ではパイプエレメント２の継続部であり、このパイプエレメント内を搬送される媒体が流れることができる。パイプ部分９はパイプエレメント２と一体的に実施することもできる。すなわちパイプエレメントの端部の１つを形成することができる。ここでこのパイプ部分９は、少なくともパイプ部分９を加熱するために用いられる加熱ワイヤ１０によって取り囲まれている。図示の実施例では、加熱ワイヤ９が略示された２つの電気端子エレメント１１を介して電気的に接続されている。この電気端子エレメント１１は、典型的には位置固定した不動の接続ハウジング５の領域で簡単かつ単純に電気接続することができる。パイプエレメント２は、剛性にもフレキシブルにも実施することができる。このパイプエレメント２の領域では、従来技術から公知のおよび通常のやり方で加熱を対応して継続することができる。とりわけパイプエレメント２がホースとして構成されている場合において電気端子が常時運動に曝されるのを阻止するため、ここに図示しないパイプエレメント２の領域の加熱ワイヤを、パイプ部分９の領域の加熱ワイヤ１０と接続することができ、これによりパイプエレメント２全体に電気端子エレメント１１を介して加熱のための電力を供給することができる。

ここで接続ハウジング５の射出成形材料は、図１から分かるように、パイプ部分９の外周囲に巻回された加熱ワイヤ１０とともにパイプ部分９を取り囲み、この構造体を外部に対して絶縁する。パイプ部分９自体が同様に非導電材料から形成されている場合、別の絶縁措置等を必要とせずに加熱ワイヤ１０を使用することができる。なぜならこの加熱ワイヤがパイプ部分９と接続ハウジング５の材料との間で電気的に絶縁され、その位置に機械的に保護され、確実かつ高い信頼性をもって保持されるからである。

さらに図１から、パイプ部分９がコンポーネント３の内室の方向に、このパイプ部分がコンポーネント３の壁４を突き抜け、図１ではＸにより示した所定の区間だけコンポーネント３の内側へ突入するように本来の接続ハウジング５またはフランジ６を超えて突き出ていることが分かる。電気的に加熱されるパイプエレメント９を有する接続ハウジング５のこの特別の構造によって、パイプの領域だけが電気的に加熱されるのではなく、とりわけパイプエレメント２とコンポーネント３との間の接続箇所における比較的危うい領域も加熱される。パイプ部分９がコンポーネント３の内側に突入していることにより、パイプエレメント２とパイプ部分９とを介して導かれる媒体がコンポーネント３の内側に達している箇所まで確実かつ高い信頼性をもって加熱される。さらに大きさＸだけ内側に突入するパイプ部分９は、コンポーネント３の壁４の内側に場合により結露する液体が壁を滴り落ちる時にパイプ部分９には浸透せず、壁４の内面の領域でその周りを回って流れ去ることを保障できる。これにより確実かつ信頼性の高い機能性が保障される。すでに設置されとりわけ加熱可能なパイプエレメント２に、たとえば射出成形部材として一緒に取り付けることのできる比較的簡単な構造に基づいて、接続ハウジング５のストック数が対応してさらに多く、射出成形工具が適切である場合には、簡単、確実かつ高い信頼性のもと、この構造体の高機能性は非常にわずかな費用で可能となる。

図２には、本発明の装置１の択一的な実施形態が示されている。この構造体は、機能性が実質的に同じであるように実施されている。同じ参照符号の付された構成部材は、図１の枠内で説明した構成部材に対応する。図１と図２の２つの構成間の相違点は、接続ハウジング５がコンポーネント３の領域またはその壁４の領域にどのように固定されているかである。フランジ６と共同作用する上記固定ねじ７の代わりに、ここでは壁４の領域に収容部１２が設けられている。この収容部１２の領域では、パイプ部分９がパイプ部分９を包囲する接続ハウジング５の材料とともに、二重リングパッキンの形をした２つの輻射型のパッキンエレメント８を介して密閉されている。この場合、接続ハウジング５は機械的ロック１３を介して収容部１２の領域に、この接続ハウジング５は挿入され、機械的ロック１３によって固定できるように保持される。このことは例えばＳＡＥペーパー、Ｊ２０４４に依拠して実施可能である。ここで収容部１２は、図２に示されるように例えばねじ１４によってコンポーネント３の壁４の領域に収容することができる。壁４に収容部１２を溶接する代替の構成、またはコンポーネント３の壁４と接着された収容部１２の代替の構成ももちろん同じように考えられる。

それ以外の点で、装置１の構造は、図２から分かるように実質的に同じである。ここでも接続ハウジング５の領域でパイプ部分９は、加熱されるパイプ部分として加熱ワイヤ１０により包囲されており、パイプエレメント２およびパイプ部分９をコンポーネント３の内側に至るまで通る媒体流を加熱または解凍することができる。

Claims (11)

1. パイプエレメントをコンポーネントと接続する装置であって、前記パイプエレメントは接続ハウジング内で終端するか、または当該接続ハウジングと固定的に接続されており、前記接続ハウジングと前記コンポーネントとの間に脱着可能な固定のための手段が設けられている装置にであって、
   前記接続ハウジング（５）内を延在するパイプ部分（９）が電気的加熱ワイヤ（１０）を介して加熱され、該加熱ワイヤは前記パイプ部分（９）を外から取り囲み、
   前記加熱されるパイプ部分（９）は前記コンポーネント（３）の方向に、当該パイプ部分（９）が前記コンポーネント（３）の内室で終端するように、前記コンポーネント（３）にある前記接続ハウジング（５）を脱着可能に固定するための領域を超えて突き出ている、ことを特徴とする装置。
2. 前記接続ハウジング（５）の材料は、前記加熱されるパイプ部分（９）および前記加熱ワイヤ（１０）を、前記パイプ部分（９）の全長にわたり包囲する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記接続ハウジング（５）は非導電性材料から形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記接続ハウジング（５）は、前記パイプエレメント（２）とワンピースに形成されている、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
5. 前記接続ハウジング（５）は射出成形部材として形成されており、前記接続ハウジングは前記パイプエレメント（２）の端部と前記パイプ部分（９）とを外周囲で包囲する、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記接続ハウジング（５）と前記コンポーネント（３）との間にはパッキンエレメント（８）が配置されている、ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
7. 前記接続ハウジング（５）は、フランジ（６）を介して前記コンポーネント（３）のハウジングに固定可能である、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記接続ハウジング（５）は前記コンポーネント（３）の前記ハウジングの領域または該ハウジングと接続された収容部（１２）の領域に位置決めされており、機械的ロック（１３）を介して保持されている、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記パイプエレメント（２）は、前記加熱ワイヤ（１０）と接続される更なる加熱ワイヤを介して電気的に加熱されるように形成されている、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置。
10. 前記加熱ワイヤ（１０）用の電気端子エレメント（１１）が前記接続ハウジング（５）の領域で外に向かって導かれている、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の装置（１）によってパイプエレメント（２）と接続された少なくとも１つのコンポーネント（３）を有する燃料電池システム。
    

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