專利名稱：用于容納至少一個燃料電池堆的殼體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于容納至少一個燃料電池堆的殼體或封閉體， 包括第一封閉殼和第二封閉殼。
此外，本發明涉及包括這樣的殼體與燃料電池堆的系統。
背景技術：
SOFC-燃料電池系統(SOFC="固體氧化物燃料電池")由多個部 件組成，為此這些部件涉及轉化器、后燃燒器以及SOFC-燃料-電池堆 等。這些部件在大約90(TC的溫度進行操作。
公知的是，SOFC-燃料電池堆在限定的壓力(壓緊力)狀態下被 制造。堆的壓緊在制造、存儲以及安裝到系統的過程中通過臨時的夾 持力被確保。例如，由專利公開文獻DE 10308382B3可知一種用于加 固或壓緊燃料電池堆的可行的措施。
壓緊的過去的可行的措施然而具有這樣的缺點，即如果耐高溫的 絕緣體在壓力與高溫的條件下收縮，則這種壓緊并不合適地適應這種 收縮，從而燃料電池堆的這種壓緊無法持久地被確保。
這種已知的壓緊系統的另一缺點在于，壓緊元件的安裝無法以有 利于組裝的方式實現。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種持續地以有利于組裝的方式壓
緊至少一個燃料電池堆的可能性。
該目的通過權利要求1中所提出的殼體實現。 從從屬權利要求可以看出本發明的有利方面和其它實施例。 為了實現該目的，本發明提出了一種用于容納至少一個燃料電池
堆的殼體。該殼體包括第一封閉殼和第二封閉殼，所述第一封閉殼和第二封閉殼通過一夾持裝置被壓緊在一起，從而待容納的燃料電池堆 可以沿其堆疊方向通過所述夾持裝置的柔性被壓緊。該殼體具有這樣 的優點，即至少燃料電池堆現在總是被最佳地壓緊，而無論操作狀態 與溫度的影響。此外，這產生了一種殼體，所述殼體結合容納的功能 以及壓縮的功能，而仍舊是非常簡單的并且是不復雜的可以裝入，而 不僅減少了裝配的復雜性以及成本還減小了制造成本。此外，維護的 可實現性也被改進，也就是說，無需復雜的拆卸。而另一優點在于， 容納的元件被保護免于灰塵和損傷的影響。
此外，殼體被構造成封閉殼可以沿燃料電池堆的堆疊方向彼此相 互移動離開一段距離，而并不產生間隙。這優點在于，即使在燃料電 池堆由于溫度增加而擴張時，燃料電池堆現在總是處于與環境隔離的 空間內，因而保護內部空間免受灰塵和損傷的影響。
不產生間隙的運動得以實現在于，柔性的密封件在封閉殼的相向 的邊緣之間設置。現在，在封閉殼彼此相互離開時，這種優選高度柔 性的密封件充滿由于減小的壓緊而導致的附加的空間，因而防止在封 閉殼之間產生間隙。
作為可選例或者除此以外，不產生間隙的該運動得以實現還在于， 封閉殼是可嵌套的，具有這樣的優點，即封閉殼沿與燃料電池堆的堆 疊方向垂直的方向彼此相互支承和穩定，因而獲得了非常強化的和簡 單構造的壓緊結構。另一優點在于，從由殼體所容納的元件輻射到外 部的熱量現在被強烈地減小，這是因為內部中的元件總是被隔離，無 論操作狀態是什么。
根據本發明的殼體還可以進一步修改成，夾持裝置包括多個鉸接 式彈性夾具。鉸接式彈性夾具的使用現在使得可以取消裝配和固定封 閉殼的工具，導致確保燃料電池堆的最佳壓緊的非常簡單和低成本的 裝置。
作為可選例，還可以設置成夾持裝置是具有彈簧的夾持框架，夾 持框架使得可以獲得強化的高力壓緊。
另外，根據本發明的殼體可以被調整成，封閉殼由絕緣材料制成。 除了容納和夾緊功能以外，該實施例還提供了這樣的優點，即殼體還可以提供絕緣的功能。
作為可選例，該優點還可以通過將封閉殼涂覆有一層絕緣材料而 實現。
此外，根據本發明的殼體可以被調整從而，在外側封閉殼內可嵌 套的內側封閉殼可以沿燃料電池堆的堆疊方向延伸成，待容納的燃料 電池堆的堆疊高度的至少卯％由內側封閉殼容納。該改型提供了這樣 的優點，即幾乎整個燃料電池堆沿與堆疊方向垂直的方向被支承，也 就是說，消除了用于燃料電池堆的各個燃料電池元件的復雜的緊固件。
另外，根據本發明的殼體可以調整成，殼體被構造成至少部分地 容納燃料電池系統的轉化器和/或后燃燒器。這現在使得可以在殼體內 容納整個燃料電池系統，這還具有這樣的優點，即現在可以獲得非常 簡單且低成本的組裝裝置。
該實施例還可以被調整成，用于容納轉化器和/或后燃燒器的兩個 封閉殼設有凹部，每個凹部開向封閉殼的開口端部。這再次確保了簡 單的組裝同時使得可以引導圓筒形的轉化器和/或后燃燒器通過殼體 的兩個端部。除了有助于組裝以外，這些凹部還提供了通過殼體的壁 壓緊這些元件的優點。
此外，本發明提供了一種包括這種殼體和燃料電池堆的系統，該 系統相應地提供了如上所述的優點。
本發明的特別優選實施例以下將利用附圖示意性地被說明。其中: 圖1示出了根據本發明第一實施例的、處于打幵狀態的殼體； 圖2示出了處于關閉狀態的、根據本發明的如圖1所示的殼體； 圖3示出了根據本發明第二實施例的、處于打開狀態的殼體； 圖4示出了處于關閉狀態的、根據本發明的如圖3所示的殼體； 圖5示出了根據本發明第三實施例的、 處于打開狀態的殼體； 圖6示出了處于關閉狀態的、根據本發明的如圖5所示的殼體； 圖7示出了根據本發明第四實施例的、處于打開狀態的殼體； 圖8示出了根據本發明第五實施的、處于打開狀態的殼體；圖9示出了處于關閉狀態的、如圖8所示的殼體。
具體實施例方式
圖l和2示出了根據本發明的殼體的第一實施例，其中圖l示出 了殼體的打開的狀態，而圖2示出了殼體的關閉的狀態。根據本發明 的殼體包括外側封閉殼10和內側封閉殼12，所述外側和內側封閉殼 優選由絕緣材料制成。此外可選地，所述外側封閉殼10禾口/或內側封 閉殼12在其外側上襯有和/或涂有絕緣材料。這兩個封閉殼IO、 12是 平行六面體形的、 一端開口的殼，所述殼的尺寸設置成它們準確配合 地或沒有間隙地彼此相互嵌套。外側封閉殼10設有四個鉸接式彈性夾 具14，這四個鉸接式彈性夾具當作為夾持裝置使用。這些鉸接式彈性 夾具14固定地連接在外側封閉殼10的外側上，從而所述鉸接式彈性 夾具14的抓臂在所述殼體的關閉狀態中(見圖2)部分地扣緊內側封 閉殼12。這意味著，所述抓臂抵靠著內側封閉殼12的底外側，并將 所述內側封閉殼的底外側具有特定柔性地推壓到所述外側封閉殼10 中，從而內側封閉殼12在外側封閉殼10中被保持。對于所述鉸接式 彈性夾具14可選的是，夾持框架可以用于將封閉殼夾持在一起，這在 德國專利公開文獻DE 10308382B3中公開。該殼體被設置用于容納至 少一個燃料電池堆16。所述燃料電池堆16被插入到內側封閉殼12中， 從而內側封閉殼12的壁沿與燃料電池堆16的堆疊方向垂直的方向支 承燃料電池堆16 (燃料電池堆疊方向對應于在圖1中所示的垂直的方 向)。內側封閉殼12的尺寸設置成，燃料電池堆16幾乎完全地由內側 封閉殼12容納，具體地講，超過卯％的燃料電池堆優選在內側封閉殼 12中容納。因為燃料電池堆16從內側封閉殼12向上伸出，所以燃料 電池堆16在殼體通過鉸接式彈性夾具14向下被關閉時被壓緊堆疊， 也就是說，這兩個封閉殼10、 12的底部通過鉸接式彈性夾具14被彼 此相互推壓在一起，從而燃料電池堆16沿其堆疊方向在兩個底部之間 被壓緊。在這種情況中，夾持作用通過鉸接式彈性夾具14的柔性 (flexibility)與封閉殼10、 12的移動性(shiftability)在任何操作的 狀態中被維持。為了向燃料電池堆16進行供應，(未示出的)端口在內側封閉殼12的底部中設置。
圖3和4示出了根據本發明的第二實施例的殼體，其中圖3示出 了打開狀態的殼體，而圖4示出了關閉狀態的殼體。根據第二示意性 實施例的該殼體包括外側封閉殼110和內側封閉殼112，其中外側封閉 殼設有鉸接式彈性夾具114。為了避免重復，應該理解的是，封閉殼 110與根據第一實施例的封閉殼IO和封閉殼120與根據第一實施例的 封閉殼12的不同之處在于以下所描述的觀點。鉸接式彈性夾具14與 鉸接式彈性夾具114相同(其中可選地可以設置在第一實施例中所述 的夾持框架)。與第一實施例不同的是，根據第二實施例，該殼體不僅 容納燃料電池堆116，而是容納整個燃料電池系統。燃燒管(burner tube) 118作為燃料電池系統的一部分在圖3中被示出，所述燃燒管可以是轉 化器或后燃燒器或其一部分。為了容納該燃燒管118，外側封閉殼110 和內側封閉殼112分別設有凹部120，所述凹部分別開向與所述的封閉 殼110、 112的對應底部相反的側部。每個凹部120的封閉端部的半徑 基本上等于燃燒管118的直徑的一半。凹部120的寬度基本上等于燃 燒管118的直徑。附加地，為了改進絕緣并為了補償制造誤差并因而 為了更好的壓緊，燃燒管H8可設有由絕緣-阻尼材料制成的護套122。 壓緊的工作方式參見前述實施例。
圖5和圖6示出了根據本發明第三實施例的殼體，其中圖5示出 了處于打開狀態的殼體，而圖6示出了處于關閉狀態的殼體。根據第 三示意性實施例的殼體包括上側封閉殼210和下側封閉殼212。所述 各封閉殼210、 212優選由絕緣材料制成。可選地，所述上側和/或下 側封閉殼210、 212的內側和/或外側上襯有和/或涂有絕緣材料。這兩 個封閉殼210、 212是平行六面體形的、 一端開口的殼，所述殼的邊緣 在每個開口端上夾住彈性密封件224。正如第二實施例中的那樣，根 據第三實施例，殼體不但容納僅僅一個燃料電池堆，而是容納整個燃 料電池系統。燃燒管218作為燃料電池系統的一部分在圖6中被示出， 所述燃燒管可以是轉化器或后燃燒器或其一部分。為了容納該燃燒管 218，上側封閉殼210和下側封閉殼212分別設有凹部220，所述凹部 分別朝向與前述封閉殼210、 12的對應的底部相反的側部開口開設。在這種結構中，這四個用于燃燒管218的凹部220分別為半圓形，其 半徑稍微大于燃燒管218的外徑的一半。因為在插入的燃燒管218與 封閉殼210和212之間布置密封件224，所以所述半徑是稍微較大的。 此外，密封件224在俯視圖(圖5的俯視圖)中結構優選是框架形的。 在凹部220的一部分上，密封件224被形成為環形，而其包圍燃燒管 218。密封件224的該環形的部分優選與其余的平坦部分一體相連。此 外，上側封閉殼210設有八個鉸接式彈性夾具214，所述鉸接式彈性 夾具用作為夾持裝置(在圖6中示出了四個鉸接式彈性夾具214;圖5 未示出鉸接式彈性夾具214，從而并未干擾視圖)。兩個鉸接式彈性夾 具214的每一個安裝在封閉殼210的側表面上。鉸接式彈性夾具214 的抓臂在該實施例中抓在凹槽或槽中，其中所述凹槽或槽相應地設置 在下側封閉殼212中的、鉸接式彈性夾具214的抓臂延伸至的對應位 置上。可選地，對于所述凹槽或槽而言可以設置為對應的突出部或銷。 通過鉸接式彈性夾具214，上側和下側封閉殼210、 212以具有特定柔 性的方式彼此相對地被夾緊。在殼體的關閉狀態中，燃料電池堆216 被容納在殼體中，從而燃料電池堆在這兩個封閉殼210、 212的底部之 間被夾緊。在最終的結構狀態中，密封件224因而被強烈地壓在一起。 通過鉸接式彈性夾具214，燃料電池堆216沿其堆疊方向在這兩個底 部之間被夾緊成，夾緊通過鉸接式彈性夾具214的靈活性在任何運行 狀態中被維持。為了向燃料電池堆216供應，可以在內側封閉殼212 的底部中設置(未示出的)端口。可選地，已知的夾緊框架可設置為 鉸接式彈性夾具214。如果系統如前所述進行運轉，則燃料電池堆216 在高溫情況下膨脹。封閉殼210和212彼此相對最小化地移動，然而 密封件224經受該運動，也就是說，密封件224的壓縮被減小，由此 該密封件占據了較大的空間。在這種方式中防止了在封閉殼210與212 之間出現開放間隙。 一方面由于鉸接式彈性夾具214的力并且另一方 面由于膨脹力以及由于熱量，封閉殼210、 212的材料持續收縮。但是， 鉸接式彈性夾具214的柔性以及密封件224的柔性補償了運轉狀態中 的運動，從而燃料電池堆總是最佳地被夾緊并且總是防止了在封閉殼 210、 212之間出現間隙。圖7示出了根據本發明第四實施例的、處于打開狀態的殼體的示 意圖。該殼體包括上側封閉殼310和下側封閉殼312。為了避免重復， 在以下第四實施例的說明中僅僅解釋了與第三實施例的不同之處。在 第四實施例中，下側封閉殼312設有凸緣，所述凸緣與第三實施例的 下側封閉殼212的上側邊緣相對應。在所述凸緣上布置高度柔性的密 封件324，反過來上側封閉殼310的開口端的邊緣坐靠在所述密封件 324上。在凸緣的上方，封閉殼312的壁比在凸緣的下方更薄。在凸 緣的上方，下側封閉殼312的外側相對于上側封閉殼310的內側滑動 地精確定位或稍微具有間隙地布置。因此，該示意性實施例將根據第 一和第二實施例的兩個封閉殼中的滑動定位與根據第三實施例的柔性 密封件的插入相結合。除了第三實施例的功能以外，第四實施例提供 成燃料電池堆316實際上完整地由下側封閉殼316容納。優選地，超 過卯％的燃料電池堆在下側封閉殼312內被容納，由此燃料電池堆也 沿與其堆疊的方向垂直的方向被支承。關于其它的部件(例如，包括 鉸接式彈性夾具或夾持框架)和功能參見第三實施例。
圖8和9示出了根據本發明第五實施例的殼體，其中圖8示出了 處于打開狀態的殼體，而圖9示出了處于關閉狀態的殼體。該示意性 實施例與第三示意性實施例的區別之處在于，在該實施例中，僅僅一 個燃料電池堆416由上側封閉殼410和下側封閉殼412容納和夾緊。 因此，沒有設置用于燃燒管等的凹部。此外并未設置具有環形部分的 彈性密封件424，其實際上被構造為具有恒定厚度的框架(在圖8的 俯視圖中)。包括指定的接合措施的鉸接式彈性夾具414與第三實施例 的相對應，而正如已經重復提到地，可選地，可以設置夾持框架。
在第三、第四和第五實施例中，作為改型還可以設置成，封閉殼 的密封表面、也就是封閉殼的彼此相對的表面以帶齒的方式設置，其 中， 一個封閉殼的齒與另一個封閉殼的齒嚙合。柔性的、在它們之間 布置的密封件優選被構造成其形狀遵循該齒。這樣實施的好處在于， 通過該齒可以減小輻射的熱量，這是因為與平坦設置的密封表面相比， 該齒更好地抑制了殼體內部中的熱量。
應該理解的是，本發明的在前述說明中、附圖中以及權利要求書中所公開的特征對于以單獨的或任意組合的方式實現本發明而言是重 要的。
附圖標記列表10外側封閉殼
12內側封閉殼
14鉸接式彈性夾具
16燃料電池堆
110外側封閉殼
112內側封閉殼
114鉸接式彈性夾具
116燃料電池堆
118燃燒管
120凹部
122護套
210上側封閉殼
212下側封閉殼
214鉸接式彈性夾具
216燃料電池堆
218燃燒管
220凹部
224密封件
310上側封閉殼
312下側封閉殼
316燃料電池堆
318燃燒管
320凹部
324密封件
410上側封閉殼
412下側封閉殼
414鉸接式彈性夾具416 燃料電池堆
424 密封件
權利要求
1.一種用于容納至少一個燃料電池堆(16；116；216；316；416)的殼體，包括第一封閉殼(10；110；210；310；410)和第二封閉殼(12；112；212；312；412)，其中所述第一封閉殼和第二封閉殼通過夾持裝置被夾緊在一起，從而通過所述夾持裝置的柔性，所述待容納的燃料電池堆可沿其堆疊的方向被夾緊。
2. 根據權利要求1所述的殼體，其特征在于，所述封閉殼(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)可沿所述燃料電池堆(16; 116; 216; 316; 416)的堆疊方向彼此相互移動離開一段距離，而不產生間隙。
3. 根據前述權利要求任一所述的殼體，其特征在于，在所述封閉 殼(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)的彼此相 對的邊緣之間布置柔性的密封件(224; 324; 424)。
4. 根據前述權利要求任一所述的殼體，其特征在于，所述封閉殼 (10、 12; 110、 112; 310、 312)是可嵌套的。
5. 根據前述權利要求任一所述的殼體，其特征在于，所述夾持裝置包括多個鉸接式彈性夾具(14; 114; 214; 414)。
6. 根據權利要求1至4任一所述的殼體，其特征在于，所述夾持 裝置是具有彈簧的夾持框架。
7. 根據前述權利要求任一所述的殼體，其特征在于，所述封閉殼 (10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)由絕緣材料制成。
8. 根據權利要求l至6任一所述的殼體，其特征在于，所述封閉 殼(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)設有絕緣 材料層。
9. 根據權利要求4所述的殼體，其特征在于，可在所述外側封閉殼(10; 110; 310)內嵌套的所述內側封閉殼(12; 112; 312)沿所 述燃料電池堆(16; 116; 316)的堆疊方向延伸成，所述待容納的燃料電池堆的至少卯％的堆疊高度由所述內側封閉殼容納。
10. 根據前述權利要求任一所述的殼體，其特征在于，所述殼體被設置成至少部分地容納所述燃料電池系統的轉化器和/或后燃燒器。
11. 根據權利要求io所述的殼體，其特征在于，這兩個用于容納 轉化器和/或后燃燒器的封閉殼(110、 112; 210、 212; 310、 312)設 有凹部(120; 220; 320)，所述凹部分別向所述封閉殼(110、 112; 210、 212; 310、 312)的開口端部開設。
12. —種包括根據前述權利要求任一所述的殼體以及燃料電池堆(16; 116; 216; 316; 416)的系統。
全文摘要
本發明涉及用于容納至少一個燃料電池堆(16；116；216；316；416)的殼體，包括第一封閉殼(10；110；210；310；410)以及第二封閉殼(12；112；212；312；412)，所述第一和第二封閉殼可以借助于緊固裝置被緊固靠在一起，從而待容納的燃料電池堆借助于緊固裝置的彈性力沿燃料電池堆的堆疊方向被加載。
文檔編號H01M8/24GK101584072SQ200780037567
公開日2009年11月18日 申請日期2007年7月5日 優先權日2006年9月7日
發明者J·哈費邁斯特 申請人:艾納爾達公司