专利名称：用于容纳至少一个燃料电池堆的壳体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于容纳至少一个燃料电池堆的壳体或封闭体， 包括第一封闭壳和第二封闭壳。
此外，本发明涉及包括这样的壳体与燃料电池堆的系统。
背景技术：
SOFC-燃料电池系统(SOFC="固体氧化物燃料电池")由多个部 件组成，为此这些部件涉及转化器、后燃烧器以及SOFC-燃料-电池堆 等。这些部件在大约90(TC的温度进行操作。
公知的是，SOFC-燃料电池堆在限定的压力(压紧力)状态下被 制造。堆的压紧在制造、存储以及安装到系统的过程中通过临时的夹 持力被确保。例如，由专利公开文献DE 10308382B3可知一种用于加 固或压紧燃料电池堆的可行的措施。
压紧的过去的可行的措施然而具有这样的缺点，即如果耐高温的 绝缘体在压力与高温的条件下收縮，则这种压紧并不合适地适应这种 收縮，从而燃料电池堆的这种压紧无法持久地被确保。
这种已知的压紧系统的另一缺点在于，压紧元件的安装无法以有 利于组装的方式实现。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种持续地以有利于组装的方式压
紧至少一个燃料电池堆的可能性。
该目的通过权利要求1中所提出的壳体实现。 从从属权利要求可以看出本发明的有利方面和其它实施例。 为了实现该目的，本发明提出了一种用于容纳至少一个燃料电池
堆的壳体。该壳体包括第一封闭壳和第二封闭壳，所述第一封闭壳和第二封闭壳通过一夹持装置被压紧在一起，从而待容纳的燃料电池堆 可以沿其堆叠方向通过所述夹持装置的柔性被压紧。该壳体具有这样 的优点，即至少燃料电池堆现在总是被最佳地压紧，而无论操作状态 与温度的影响。此外，这产生了一种壳体，所述壳体结合容纳的功能 以及压缩的功能，而仍旧是非常简单的并且是不复杂的可以装入，而 不仅减少了装配的复杂性以及成本还减小了制造成本。此外，维护的 可实现性也被改进，也就是说，无需复杂的拆卸。而另一优点在于， 容纳的元件被保护免于灰尘和损伤的影响。
此外，壳体被构造成封闭壳可以沿燃料电池堆的堆叠方向彼此相 互移动离开一段距离，而并不产生间隙。这优点在于，即使在燃料电 池堆由于温度增加而扩张时，燃料电池堆现在总是处于与环境隔离的 空间内，因而保护内部空间免受灰尘和损伤的影响。
不产生间隙的运动得以实现在于，柔性的密封件在封闭壳的相向 的边缘之间设置。现在，在封闭壳彼此相互离开时，这种优选高度柔 性的密封件充满由于减小的压紧而导致的附加的空间，因而防止在封 闭壳之间产生间隙。
作为可选例或者除此以外，不产生间隙的该运动得以实现还在于， 封闭壳是可嵌套的，具有这样的优点，即封闭壳沿与燃料电池堆的堆 叠方向垂直的方向彼此相互支承和稳定，因而获得了非常强化的和简 单构造的压紧结构。另一优点在于，从由壳体所容纳的元件辐射到外 部的热量现在被强烈地减小，这是因为内部中的元件总是被隔离，无 论操作状态是什么。
根据本发明的壳体还可以进一步修改成，夹持装置包括多个铰接 式弹性夹具。铰接式弹性夹具的使用现在使得可以取消装配和固定封 闭壳的工具，导致确保燃料电池堆的最佳压紧的非常简单和低成本的 装置。
作为可选例，还可以设置成夹持装置是具有弹簧的夹持框架，夹 持框架使得可以获得强化的高力压紧。
另外，根据本发明的壳体可以被调整成，封闭壳由绝缘材料制成。 除了容纳和夹紧功能以外，该实施例还提供了这样的优点，即壳体还可以提供绝缘的功能。
作为可选例，该优点还可以通过将封闭壳涂覆有一层绝缘材料而 实现。
此外，根据本发明的壳体可以被调整从而，在外侧封闭壳内可嵌 套的内侧封闭壳可以沿燃料电池堆的堆叠方向延伸成，待容纳的燃料 电池堆的堆叠高度的至少卯％由内侧封闭壳容纳。该改型提供了这样 的优点，即几乎整个燃料电池堆沿与堆叠方向垂直的方向被支承，也 就是说，消除了用于燃料电池堆的各个燃料电池元件的复杂的紧固件。
另外，根据本发明的壳体可以调整成，壳体被构造成至少部分地 容纳燃料电池系统的转化器和/或后燃烧器。这现在使得可以在壳体内 容纳整个燃料电池系统，这还具有这样的优点，即现在可以获得非常 简单且低成本的组装装置。
该实施例还可以被调整成，用于容纳转化器和/或后燃烧器的两个 封闭壳设有凹部，每个凹部开向封闭壳的开口端部。这再次确保了简 单的组装同时使得可以引导圆筒形的转化器和/或后燃烧器通过壳体 的两个端部。除了有助于组装以外，这些凹部还提供了通过壳体的壁 压紧这些元件的优点。
此外，本发明提供了一种包括这种壳体和燃料电池堆的系统，该 系统相应地提供了如上所述的优点。
本发明的特别优选实施例以下将利用附图示意性地被说明。其中: 图1示出了根据本发明第一实施例的、处于打幵状态的壳体； 图2示出了处于关闭状态的、根据本发明的如图1所示的壳体； 图3示出了根据本发明第二实施例的、处于打开状态的壳体； 图4示出了处于关闭状态的、根据本发明的如图3所示的壳体； 图5示出了根据本发明第三实施例的、 处于打开状态的壳体； 图6示出了处于关闭状态的、根据本发明的如图5所示的壳体； 图7示出了根据本发明第四实施例的、处于打开状态的壳体； 图8示出了根据本发明第五实施的、处于打开状态的壳体；图9示出了处于关闭状态的、如图8所示的壳体。
具体实施例方式
图l和2示出了根据本发明的壳体的第一实施例，其中图l示出 了壳体的打开的状态，而图2示出了壳体的关闭的状态。根据本发明 的壳体包括外侧封闭壳10和内侧封闭壳12，所述外侧和内侧封闭壳 优选由绝缘材料制成。此外可选地，所述外侧封闭壳10禾口/或内侧封 闭壳12在其外侧上衬有和/或涂有绝缘材料。这两个封闭壳IO、 12是 平行六面体形的、 一端开口的壳，所述壳的尺寸设置成它们准确配合 地或没有间隙地彼此相互嵌套。外侧封闭壳10设有四个铰接式弹性夹 具14，这四个铰接式弹性夹具当作为夹持装置使用。这些铰接式弹性 夹具14固定地连接在外侧封闭壳10的外侧上，从而所述铰接式弹性 夹具14的抓臂在所述壳体的关闭状态中(见图2)部分地扣紧内侧封 闭壳12。这意味着，所述抓臂抵靠着内侧封闭壳12的底外侧，并将 所述内侧封闭壳的底外侧具有特定柔性地推压到所述外侧封闭壳10 中，从而内侧封闭壳12在外侧封闭壳10中被保持。对于所述铰接式 弹性夹具14可选的是，夹持框架可以用于将封闭壳夹持在一起，这在 德国专利公开文献DE 10308382B3中公开。该壳体被设置用于容纳至 少一个燃料电池堆16。所述燃料电池堆16被插入到内侧封闭壳12中， 从而内侧封闭壳12的壁沿与燃料电池堆16的堆叠方向垂直的方向支 承燃料电池堆16 (燃料电池堆叠方向对应于在图1中所示的垂直的方 向)。内侧封闭壳12的尺寸设置成，燃料电池堆16几乎完全地由内侧 封闭壳12容纳，具体地讲，超过卯％的燃料电池堆优选在内侧封闭壳 12中容纳。因为燃料电池堆16从内侧封闭壳12向上伸出，所以燃料 电池堆16在壳体通过铰接式弹性夹具14向下被关闭时被压紧堆叠， 也就是说，这两个封闭壳10、 12的底部通过铰接式弹性夹具14被彼 此相互推压在一起，从而燃料电池堆16沿其堆叠方向在两个底部之间 被压紧。在这种情况中，夹持作用通过铰接式弹性夹具14的柔性 (flexibility)与封闭壳10、 12的移动性(shiftability)在任何操作的 状态中被维持。为了向燃料电池堆16进行供应，(未示出的)端口在内侧封闭壳12的底部中设置。
图3和4示出了根据本发明的第二实施例的壳体，其中图3示出 了打开状态的壳体，而图4示出了关闭状态的壳体。根据第二示意性 实施例的该壳体包括外侧封闭壳110和内侧封闭壳112，其中外侧封闭 壳设有铰接式弹性夹具114。为了避免重复，应该理解的是，封闭壳 110与根据第一实施例的封闭壳IO和封闭壳120与根据第一实施例的 封闭壳12的不同之处在于以下所描述的观点。铰接式弹性夹具14与 铰接式弹性夹具114相同(其中可选地可以设置在第一实施例中所述 的夹持框架)。与第一实施例不同的是，根据第二实施例，该壳体不仅 容纳燃料电池堆116，而是容纳整个燃料电池系统。燃烧管(burner tube) 118作为燃料电池系统的一部分在图3中被示出，所述燃烧管可以是转 化器或后燃烧器或其一部分。为了容纳该燃烧管118，外侧封闭壳110 和内侧封闭壳112分别设有凹部120，所述凹部分别开向与所述的封闭 壳110、 112的对应底部相反的侧部。每个凹部120的封闭端部的半径 基本上等于燃烧管118的直径的一半。凹部120的宽度基本上等于燃 烧管118的直径。附加地，为了改进绝缘并为了补偿制造误差并因而 为了更好的压紧，燃烧管H8可设有由绝缘-阻尼材料制成的护套122。 压紧的工作方式参见前述实施例。
图5和图6示出了根据本发明第三实施例的壳体，其中图5示出 了处于打开状态的壳体，而图6示出了处于关闭状态的壳体。根据第 三示意性实施例的壳体包括上侧封闭壳210和下侧封闭壳212。所述 各封闭壳210、 212优选由绝缘材料制成。可选地，所述上侧和/或下 侧封闭壳210、 212的内侧和/或外侧上衬有和/或涂有绝缘材料。这两 个封闭壳210、 212是平行六面体形的、 一端开口的壳，所述壳的边缘 在每个开口端上夹住弹性密封件224。正如第二实施例中的那样，根 据第三实施例，壳体不但容纳仅仅一个燃料电池堆，而是容纳整个燃 料电池系统。燃烧管218作为燃料电池系统的一部分在图6中被示出， 所述燃烧管可以是转化器或后燃烧器或其一部分。为了容纳该燃烧管 218，上侧封闭壳210和下侧封闭壳212分别设有凹部220，所述凹部 分别朝向与前述封闭壳210、 12的对应的底部相反的侧部开口开设。在这种结构中，这四个用于燃烧管218的凹部220分别为半圆形，其 半径稍微大于燃烧管218的外径的一半。因为在插入的燃烧管218与 封闭壳210和212之间布置密封件224，所以所述半径是稍微较大的。 此外，密封件224在俯视图(图5的俯视图)中结构优选是框架形的。 在凹部220的一部分上，密封件224被形成为环形，而其包围燃烧管 218。密封件224的该环形的部分优选与其余的平坦部分一体相连。此 外，上侧封闭壳210设有八个铰接式弹性夹具214，所述铰接式弹性 夹具用作为夹持装置(在图6中示出了四个铰接式弹性夹具214;图5 未示出铰接式弹性夹具214，从而并未干扰视图)。两个铰接式弹性夹 具214的每一个安装在封闭壳210的侧表面上。铰接式弹性夹具214 的抓臂在该实施例中抓在凹槽或槽中，其中所述凹槽或槽相应地设置 在下侧封闭壳212中的、铰接式弹性夹具214的抓臂延伸至的对应位 置上。可选地，对于所述凹槽或槽而言可以设置为对应的突出部或销。 通过铰接式弹性夹具214，上侧和下侧封闭壳210、 212以具有特定柔 性的方式彼此相对地被夹紧。在壳体的关闭状态中，燃料电池堆216 被容纳在壳体中，从而燃料电池堆在这两个封闭壳210、 212的底部之 间被夹紧。在最终的结构状态中，密封件224因而被强烈地压在一起。 通过铰接式弹性夹具214，燃料电池堆216沿其堆叠方向在这两个底 部之间被夹紧成，夹紧通过铰接式弹性夹具214的灵活性在任何运行 状态中被维持。为了向燃料电池堆216供应，可以在内侧封闭壳212 的底部中设置(未示出的)端口。可选地，已知的夹紧框架可设置为 铰接式弹性夹具214。如果系统如前所述进行运转，则燃料电池堆216 在高温情况下膨胀。封闭壳210和212彼此相对最小化地移动，然而 密封件224经受该运动，也就是说，密封件224的压縮被减小，由此 该密封件占据了较大的空间。在这种方式中防止了在封闭壳210与212 之间出现开放间隙。 一方面由于铰接式弹性夹具214的力并且另一方 面由于膨胀力以及由于热量，封闭壳210、 212的材料持续收缩。但是， 铰接式弹性夹具214的柔性以及密封件224的柔性补偿了运转状态中 的运动，从而燃料电池堆总是最佳地被夹紧并且总是防止了在封闭壳 210、 212之间出现间隙。图7示出了根据本发明第四实施例的、处于打开状态的壳体的示 意图。该壳体包括上侧封闭壳310和下侧封闭壳312。为了避免重复， 在以下第四实施例的说明中仅仅解释了与第三实施例的不同之处。在 第四实施例中，下侧封闭壳312设有凸缘，所述凸缘与第三实施例的 下侧封闭壳212的上侧边缘相对应。在所述凸缘上布置高度柔性的密 封件324，反过来上侧封闭壳310的开口端的边缘坐靠在所述密封件 324上。在凸缘的上方，封闭壳312的壁比在凸缘的下方更薄。在凸 缘的上方，下侧封闭壳312的外侧相对于上侧封闭壳310的内侧滑动 地精确定位或稍微具有间隙地布置。因此，该示意性实施例将根据第 一和第二实施例的两个封闭壳中的滑动定位与根据第三实施例的柔性 密封件的插入相结合。除了第三实施例的功能以外，第四实施例提供 成燃料电池堆316实际上完整地由下侧封闭壳316容纳。优选地，超 过卯％的燃料电池堆在下侧封闭壳312内被容纳，由此燃料电池堆也 沿与其堆叠的方向垂直的方向被支承。关于其它的部件(例如，包括 铰接式弹性夹具或夹持框架)和功能参见第三实施例。
图8和9示出了根据本发明第五实施例的壳体，其中图8示出了 处于打开状态的壳体，而图9示出了处于关闭状态的壳体。该示意性 实施例与第三示意性实施例的区别之处在于，在该实施例中，仅仅一 个燃料电池堆416由上侧封闭壳410和下侧封闭壳412容纳和夹紧。 因此，没有设置用于燃烧管等的凹部。此外并未设置具有环形部分的 弹性密封件424，其实际上被构造为具有恒定厚度的框架(在图8的 俯视图中)。包括指定的接合措施的铰接式弹性夹具414与第三实施例 的相对应，而正如已经重复提到地，可选地，可以设置夹持框架。
在第三、第四和第五实施例中，作为改型还可以设置成，封闭壳 的密封表面、也就是封闭壳的彼此相对的表面以带齿的方式设置，其 中， 一个封闭壳的齿与另一个封闭壳的齿啮合。柔性的、在它们之间 布置的密封件优选被构造成其形状遵循该齿。这样实施的好处在于， 通过该齿可以减小辐射的热量，这是因为与平坦设置的密封表面相比， 该齿更好地抑制了壳体内部中的热量。
应该理解的是，本发明的在前述说明中、附图中以及权利要求书中所公开的特征对于以单独的或任意组合的方式实现本发明而言是重 要的。
附图标记列表10外侧封闭壳
12内侧封闭壳
14铰接式弹性夹具
16燃料电池堆
110外侧封闭壳
112内侧封闭壳
114铰接式弹性夹具
116燃料电池堆
118燃烧管
120凹部
122护套
210上侧封闭壳
212下侧封闭壳
214铰接式弹性夹具
216燃料电池堆
218燃烧管
220凹部
224密封件
310上侧封闭壳
312下侧封闭壳
316燃料电池堆
318燃烧管
320凹部
324密封件
410上侧封闭壳
412下侧封闭壳
414铰接式弹性夹具416 燃料电池堆
424 密封件
权利要求
1.一种用于容纳至少一个燃料电池堆(16；116；216；316；416)的壳体，包括第一封闭壳(10；110；210；310；410)和第二封闭壳(12；112；212；312；412)，其中所述第一封闭壳和第二封闭壳通过夹持装置被夹紧在一起，从而通过所述夹持装置的柔性，所述待容纳的燃料电池堆可沿其堆叠的方向被夹紧。
2. 根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述封闭壳(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)可沿所述燃料电池堆(16; 116; 216; 316; 416)的堆叠方向彼此相互移动离开一段距离，而不产生间隙。
3. 根据前述权利要求任一所述的壳体，其特征在于，在所述封闭 壳(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)的彼此相 对的边缘之间布置柔性的密封件(224; 324; 424)。
4. 根据前述权利要求任一所述的壳体，其特征在于，所述封闭壳 (10、 12; 110、 112; 310、 312)是可嵌套的。
5. 根据前述权利要求任一所述的壳体，其特征在于，所述夹持装置包括多个铰接式弹性夹具(14; 114; 214; 414)。
6. 根据权利要求1至4任一所述的壳体，其特征在于，所述夹持 装置是具有弹簧的夹持框架。
7. 根据前述权利要求任一所述的壳体，其特征在于，所述封闭壳 (10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)由绝缘材料制成。
8. 根据权利要求l至6任一所述的壳体，其特征在于，所述封闭 壳(10、 12; 110、 112; 210、 212; 310、 312; 410、 412)设有绝缘 材料层。
9. 根据权利要求4所述的壳体，其特征在于，可在所述外侧封闭壳(10; 110; 310)内嵌套的所述内侧封闭壳(12; 112; 312)沿所 述燃料电池堆(16; 116; 316)的堆叠方向延伸成，所述待容纳的燃料电池堆的至少卯％的堆叠高度由所述内侧封闭壳容纳。
10. 根据前述权利要求任一所述的壳体，其特征在于，所述壳体被设置成至少部分地容纳所述燃料电池系统的转化器和/或后燃烧器。
11. 根据权利要求io所述的壳体，其特征在于，这两个用于容纳 转化器和/或后燃烧器的封闭壳(110、 112; 210、 212; 310、 312)设 有凹部(120; 220; 320)，所述凹部分别向所述封闭壳(110、 112; 210、 212; 310、 312)的开口端部开设。
12. —种包括根据前述权利要求任一所述的壳体以及燃料电池堆(16; 116; 216; 316; 416)的系统。
全文摘要
本发明涉及用于容纳至少一个燃料电池堆(16；116；216；316；416)的壳体，包括第一封闭壳(10；110；210；310；410)以及第二封闭壳(12；112；212；312；412)，所述第一和第二封闭壳可以借助于紧固装置被紧固靠在一起，从而待容纳的燃料电池堆借助于紧固装置的弹性力沿燃料电池堆的堆叠方向被加载。
文档编号H01M8/24GK101584072SQ200780037567
公开日2009年11月18日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年9月7日
发明者J·哈费迈斯特 申请人:艾纳尔达公司