专利名称：燃料电池装置和用于将燃料电池装置固定在壳体上的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池设置，具有一个包括多个燃料电池的燃料电池堆和一个第一端板以及一个第二端板，这些端板在该燃料电池堆的堆垛端部构成该燃料电池堆的边界。
此外，本发明还涉及一种用于将燃料电池装置固定在壳体上的装置。
背景技术：
这样的装置是公知的并且例如被使用在SOFC-燃料电池中(“固体氧化物燃料电池”)。因为由一个燃料电池提供的电压通过在该燃料电池中的电化学过程确定，所以使用多个一个接着一个地连接的燃料电池，以便提供数倍于所述电压的电压，其中，由阳极、电解质和阴极组成的单个燃料电池的叠层被证明是有利的。
在这些燃料电池的这种叠层中碰到一些问题，这些问题尤其是与燃料电池的机械稳定性相关。提供足够的稳定性是很重要的并且尤其是在移动的应用中、例如在机动车领域特别重要。
公开了很多用于提高燃料电池堆的稳定性的解决方案。对此，受重视的是例如通过玻璃膏粘接单个堆，以及将一个外力施加在燃料电池堆的这些堆垛端部上，即尤其是施加在这些端板上。同样公知的是，在这些单个层之间使用可脱开的、可压缩的密封装置和附加地从外部将一个力施加到这些堆垛端部上。
用于提高燃料电池的稳定性的这些和其它一些解决方案适合于，解决根本的稳定性问题的部分问题，但是它们不能为燃料电池装置提供一个令人满意的机械负荷能力。例如，粘接的燃料电池堆可以被振动损坏，这可导致它们在温度高于800℃时相互脱离。这些温度在SOFC燃料电池工作时很容易地达到。通过一个外部刚性的夹紧装置压缩的、可压缩的密封装置经常不够密封。
发明内容
本发明的任务在于，至少部分地克服上述问题并且尤其是提供一种燃料电池装置，它给予该装置改善的稳定性特性。
该任务通过独立权利要求的特征来解决。
在从属权利要求中给出本发明的有利的实施形式。
本发明以这类的燃料电池装置为基础，设置了至少一个力传递装置，后者在向着第二端板的方向上将一个第一力传递到第一端板上，并且在向着第一端板的方向上将一个第二力传递到第二端板上，其中，弹性的装置参与力传递。因此这些单个的燃料电池元件无需特别的辅助装置就可以堆叠并且在它们的堆垛端部上可设置一些端板。通过将力传递到这些端板上提供了机械稳定性，其中，有利的机械特性在可能出现的振动方面通过参与力传递的弹性装置来提供。
根据本发明的燃料电池装置以有利的方式由此拓展，即该燃料电池堆和这些端板具有至少一个基本上与这些端板垂直地延伸的通孔，在该至少一个通孔中设置一个力传递元件，后者突出超过上部的端板和下部的端板，使得该力传递元件在一个突出超过第一端板的区域上具有一个第一力接收区域或与一个这样的力的接收区域形成连接，后者直接或间接地支撑在第一端板上；该力传递元件在突出超过第二端板的区域上具有一个第二力接收区域或与一个这样的力接收区域形成连接，后者通过这些弹性的装置对第二端板施加一个力。为了在提供一定弹性的情况下提供一个足够的机械稳定性，足够的是，通过这些弹性的装置对这两个端板之一施加一个力，而另外一个端板上可被作用一个刚性的反作用力。
有利的是，该力传递元件具有一个基本上圆柱形的区段，后者部分地设置在通孔的内部，第一力接收区域构造为该圆柱形区段的终端板，后者具有一个比穿过第一端板的通孔更大的半径，以及第二力接收区域是一个与该圆柱形区段形成连接的、包围该圆柱形区段的端环，其中，端环可以多件式地构造。因此，该力传递装置按照杆件的类型来构造，该杆件可以被导入一个通孔中，直到该杆件用它的终端板直接或间接地止挡在这些端板之一上，然后，第二力接收区域被固定在另一端部侧的区域上，然后通过这些弹性的装置将力从该第二力接收区域传递到另外一个端板上。
在此，有优点的是，该弹性的装置构造为包围该圆柱形的区域的弹簧，后者支撑在包围该圆柱形区段的端环上。一个这样的弹簧可以被构造为盘形弹簧或螺旋弹簧。
在此，有利的是，该弹簧将力传递到第二端板上，其方式是该弹簧支撑在一个包围力传递元件的圆柱形区段的、可运动的压紧环上，该压紧环在其背离该弹簧的侧上支撑在第二端板上。因此，该端环和第二终端板之间的距离不必完全地通过该弹簧来跨接。相反可能的是，尤其是在端环和端板之间的、朝着第二端板的路径通过一个压紧环来跨接。
优选的是，该力传递元件至少主要由电绝缘的材料制成。优选使用陶瓷的绝缘材料。由此保证，该杆件不会使该堆垛电短路。此外由于电绝缘的元件的小的导热性，保证，没有过度的热量通过该杆件传输到这些区域中，在这些区域中热量可能是有缺点的。
但是也可以考虑，该力传递元件至少主要由金属制成并且设置有用于使该力传递元件与燃料电池堆的导电区域或端板绝缘的绝缘装置。该解决方案比用一种陶瓷杆件的解决方案成本更低。该绝缘装置例如可以作为一个由陶瓷材料制成的环实现，后者设置在杆件的终端板和所属的端板之间。
在本发明的特别有利的实施形式中考虑，端环可以轴向地调节移动，因此由这些弹性的装置施加的力可以被改变。该改变不仅可以在待施加的力的起始调节时而且可以在以后的维护工作时是有利的，例如在燃料电池工作一定时间后，当燃料电池装置的机械关系尤其是由于始终出现的高的过程温度而改变时是有利的。
尤其有利的是，该燃料电池装置包括一个壳体，后者在它的内侧上具有一个绝热体。以这样的方式，可以被保证这些包围该燃料电池装置的组件或者燃料电池装置的设置在外壳外部的组件不会以不希望的方式遭受提高的热供应。
优选的是，该力传递元件弹性地与该壳体形成连接。由此，整个装置再一次被给予一个阻尼特性，该阻尼特性尤其对于移动的应用特别有优点。
在这方面，可以有利的是，该力传递元件与该壳体的弹性的连接包括一个盘形弹簧，后者与该力传递元件相连并且支撑在壳体的外侧上。在此，可以列为特别的优点的是，该盘形弹簧完全地设置在设置有一个绝缘层的壳体外部，由此该盘形弹簧不被出现在燃料电池堆上的高的温度影响。由此，该盘形弹簧可由低成本的材料制成，因为它不必能在高温时维持其弹性特性。
有利地考虑，该端环是两件式的并且该盘形弹簧与该力传递元件的连接通过将盘形弹簧压入到这些端环部件之间来实现。在此情况下该盘形弹簧在该杆件上的固定可能性是可靠的并且低成本的。
此外，有优点的是，这些用于将力传递到这些端板上的弹性装置设置在该壳体外部。这尤其又与此相关，即由此这些弹性装置，即尤其是在端环和压紧环之间的弹簧可以放置在一个相对冷的区域中，因此对于该弹簧也可以使用低成本的材料。
同样，有利的是，壳体内包围该燃料电池堆的区域用纤维状的绝缘材料填充。该纤维状的绝缘材料提供了进一步的隔热并且同时在燃料电池堆的机械振动方面用作减震装置。
该燃料电池装置以特别有利的方式这样地构造，即设置三个通孔和三个配置给这些通孔的力传递元件。由此，该燃料电池堆在多个部位上被施加力，这改善了整体稳定性。在燃料电池堆的每个侧上提供三个作用点导致特别小的、由于杆件的作用产生的压力，因为这三个作用点在任何情况下确定了一个平面，燃料电池堆在其位置中可以与该平面适配。
此外，本发明涉及一种用于将燃料电池装置、尤其是一种根据本发的燃料电池装置固定在壳体上的装置，其中，该装置的特征在于，该燃料电池装置通过一个与一个燃料电池堆形成连接的元件在使用弹性装置的情况下与壳体形成连接。一个这样的装置不仅可以在具有一些弹性装置的力传递装置中使用而且例如可以在刚性的夹紧装置中使用。
本发明以这样的知识为基础，即可以通过将力经过弹性装置传递到这些堆垛端部上使燃料电池装置获得高的机械稳定性，该稳定性尤其适合抵抗振动。该燃料电池装置可以简单地安装，并且它可以由低成本的材料制造。因为是一个封闭的系统，所以能保持废气流的分离，这样，废气和排出的空气不会立刻燃烧。因此，本发明提供了一个柔性的系统连接。因为该装置的用于阻尼振动所必需的弹性通过力传递装置的这些弹性装置提供，所以在该系统中可以使用不可脱开的、很密封的密封装置，所述密封装置尤其不必考虑可压缩性的提供。因此，该系统可以被给予良好的密封特性。该装置的制造和维护还由此被简化或改善，即可能的是通过一个可轴向移动的端环改变施加在燃料电池堆上的力。
现在参考附图按照一个优选的实施形式示例性地说明本发明。
在此示出图1根据本发明的燃料电池装置的一个部分的一个剖面图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的燃料电池装置的一个部分的一个剖面图。多个燃料电池10一起构成一个燃料电池堆12，后者在其堆垛端部上由一个上部的端板14和一个下部的端板16构成边界。由下部的端板16、燃料电池堆12和上部的端板14组成的装置设置有一个通孔22，后者在本实施例中在它的整个长度上具有一个至少近似恒定的直径。在该通孔22中导入一个作为一个力传递装置18的部件的、装备有一个终端板26的杆件24。该杆件24在本实施例中装备有一个基本上圆柱形的区段32，借助后者该杆件部分地设置在通孔22中。这在一个圆柱形的通孔22的情况下是合适的。但是也可以考虑其它一些实施例，在其它一些实施例中该杆件具有一个其它造型的外部轮廓，例如也可在通孔22外部。该杆件24可以通过它的终端板26或者直接放在上部的端板14上，或者如在本情况中所示的，放在一个绝缘的垫片36上，当该杆件24由导电的材料制成时，这尤其是有利的。如果该杆件24由电绝缘的材料、例如一种电绝缘的陶瓷制成，则该绝缘的垫片36可有可无。在该杆件24的下端部上，该杆件装备有一个端环28，30，后者在本实施例中两件式地构造。在端环28，30上支撑着一个弹簧20，后者在它的另一侧上对一个压紧环34施加力。该压紧环34从它那方面将一个力施加到下部的端板16上。因此在这两个端板14，16上被施加了彼此相对指向的力。
在两件式的端环28，30的这两个部件之间固定一个盘形弹簧42，后者因此固定地与该力传递装置18相连接。通过该盘形弹簧42，该力传递装置18支撑在燃料电池装置的壳体38的外壁上。因此不仅具有这些端板14，16的燃料电池堆12被弹性地施加力，更多的是包括该力传递装置18在内的整个装置被弹性地固定在壳体38上。该壳体38在其内侧上装备有一个绝热体40，以便以这种方式避免由燃料电池堆12将过度的热辐射到壳体38的外部的区域中。尤其是盘形弹簧42和弹簧20——至少部分地——也位于在壳体38的该外部区域中，因此这些组件可以由低成本的材料制成，该材料不必具有特殊的、尤其是在其弹性特性方面的耐热性。在壳体38的另外一些区域、尤其是在绝热体40和燃料电池堆的这些端板14，16之间的区域44中优选设置纤维状的绝缘材料，以便因此提供一个附加的绝热并且此外提供一个抗系统的机械振动的、附加的减震。
在本发明的说明的范围中，说明了借助一个盘形弹簧42与根据本发明的、在弹性装置20参与的情况下的力传递相关地实现的力传递装置18和因此燃料电池堆12在壳体38上的弹性的支承。在此，要指出的是，与根据本发明的专门的力传递装置18脱离的弹性的支承也可以是有意义的，例如那些与没有专门的弹性装置将力传递到燃料电池堆上的夹紧装置相关联的弹性的支承。
本发明的在上部的说明中的、在附图中的以及在权利要求中公开的特征是不仅可以单独地而且任意组合地构成本发明的技术方案。
参考标号表10 燃料电池12 燃料电池堆14 第一端板16 第二端板18 力传递装置
20 弹簧22 通孔24 杆件26 终端板28 端环30 端环32 圆柱形的区段34 压紧环36 绝缘垫片38 壳体40 绝热体42 盘形弹簧44 用于纤维材料的区域
权利要求
1.燃料电池装置，它具有—一个包括多个燃料电池(10)的燃料电池堆(12)，以及—一个第一端板(14)以及一个第二端板(16)，它们在燃料电池堆(12)的堆垛端部构成该燃料电池堆的边界，其特征在于，设置至少一个力传递装置(18)，它在向着第二端板(16)的方向上将一个第一力传递到第一端板(14)上，并且在向着第一端板(14)的方向上将一个第二力传递到第二端板(16)上，其中，弹性的装置(20)参与所述力传递。
2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，—该燃料电池堆(12)和这些端板(14，16)具有至少一个基本上与这些端板垂直地延伸的通孔(22)，—在该至少一个通孔(22)中设置一个力传递元件(24)，后者突出超过上部的端板和下部的端板，—该力传递元件(24)在一个突出超过第一端板的区域上具有一个第一力接收区域(26)或与一个这样的接收区域形成连接，后者间接或直接地支撑在第一端板(14)上，以及—该力传递元件(24)在突出超过第二端板的区域上具有一个第二力接收区域(28，30)或与一个这样的力接收区域连接，后者通过所述弹性的装置(20)在第二端板(16)上施加一个力。
3.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其特征在于，—该力传递元件(24)具有一个基本上圆柱形的区段(32)，后者部分地设置在该通孔(22)内部，—第一力接收区域被构造为该圆柱形区段的终端板(26)，后者具有一个比穿过第一端板(14)的通孔(22)更大的半径，以及—第二力接收区域是一个与该圆柱形区段(32)形成连接的、包围该圆柱形区段(32)的端环(28，30)，其中，该端(28，30)可以被多件式地构造。
4.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，该弹性的装置被构造为包围该圆柱形区段的弹簧(20)，后者支撑在包围该圆柱形区段(32)的端环(28，30)上。
5.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其特征在于，该弹簧(20)将力传递到第二端板(16)上，其方式是该弹簧支撑在一个包围该力传递元件的圆柱形区段(32)的、可运动的压紧环(34)上，后者在其背离该弹簧的侧上支撑在第二端板(16)上。
6.根据权利要求2至5之一所述的燃料电池装置，其特征在于，该力传递元件(24)至少主要由电绝缘的材料制成。
7.根据权利要求2至5之一所述的燃料电池装置，其特征在于，—该力传递元件(24)至少主要由金属制成，以及—设置绝缘装置(36)，用于将力传递元件(24)与燃料电池堆(12)的导电区域或与这些端板(14，16)绝缘。
8.根据权利要求3至7之一所述的燃料电池装置，其特征在于，该端环(28，30)可轴向地调节移动，由此使得由弹性的装置(20)施加的力可以被改变。
9.根据上述权利要求之一所述的燃料电池装置，其特征在于，该燃料电池装置包括一个壳体(38)，后者在它的内侧上具有一个绝热体(40)。
10.根据权利要求9所述的燃料电池装置，其特征在于，该力传递元件(24)弹性地与该壳体(38)形成连接。
11.根据权利要求10所述的燃料电池装置，其特征在于，该力传递元件(24)与该壳体(38)的弹性连接包括一个盘形弹簧(42)，后者与该力传递元件(24)相连接并且支撑在壳体(38)的外侧上。
12.根据权利要求11所述的燃料电池装置，其特征在于，—该端环(28，30)是两件式的，以及—盘形弹簧(42)与力传递元件(24)的连接通过将盘形弹簧(42)压入到这些端环部件(28，30)之间来实现。
13.根据权利要求9至12之一所述的燃料电池装置，其特征在于，用于将力传递到这些端板(14，16)上的该弹性的装置(20)设置在该壳体(38)外部。
14.根据权利要求9至13之一所述的燃料电池装置，其特征在于，在壳体(38)内的包围该燃料电池堆的区域(44)被用纤维状的绝缘材料填充。
15.根据权利要求2至14之一所述的燃料电池装置，其特征在于，设置三个通孔(22)和三个配置给这些通孔的力传递元件(24)。
16.用于将燃料电池装置、尤其是根据上述权利要求之一所述的燃料电池装置固定在壳体(38)上的装置，其特征在于，该燃料电池装置通过一个与一个燃料电池堆(12)相连接的元件(24)在使用弹性的装置的情况下与该壳体(38)相连接。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池装置，它具有一个包括多个燃料电池(10)的燃料电池堆(12)，以及一个第一端板(14)以及一个第二端板(16)，它们在燃料电池堆(12)的堆垛端部构成该燃料电池堆的边界，本发明提出，设置至少一个力传递装置(18)，它在向着第二端板(16)的方向上将一个第一力传递到第一端板(14)上，并且在向着第一端板(14)的方向上将一个第二力传递到第二端板(16)上，其中，弹性的装置(20)参与所述力传递。此外，本发明还涉及一种将燃料电池装置固定在壳体(38)上的装置。
文档编号F16B5/00GK1856898SQ200480027729
公开日2006年11月1日 申请日期2004年7月23日 优先权日2003年7月25日
发明者米夏埃多·施特尔特 申请人:韦巴斯托股份公司