(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの壁（１．１）が少なくとも部分的に、前記壁（１．１）を補強する構造（Ｓ）を備えている燃料電池スタック（２）用ハウジングであって、
前記壁（１．１）にリブとして形成された補強構造（Ｓ）が前記ハウジングの全壁に対して広がり、少なくとも１つの燃料電池システム構成部品を固定するために、前記補強構造（Ｓ）を備えた前記壁（１．１）に、少なくとも１つの固定点（Ｂ１からＢ３）が形成されることを特徴とする、ハウジング（１）。
【請求項２】
前記補強構造（Ｓ）は、ハニカム形および／または矩形のリブとして形成されることを特徴とする、請求項１に記載のハウジング（１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの固定点（Ｂ１からＢ３）は、壁（１．１）から突出した形状に形成され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（１）。
【請求項４】
少なくとも１つの固定部材が、前記少なくとも１つの固定点（Ｂ１からＢ３）に配置される、または配置でき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（１）。
【請求項５】
前記ハウジング（１）は、金属および／または少なくとも１つの繊維強化プラスチックから形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハウジング（１）。
【請求項６】
前記ハウジング（１）は、ハウジングカバー（４）を用いて閉鎖でき，前記ハウジングには前記燃料電池システムの少なくとも１つの装置が組み入れら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（１）。
【請求項７】
前記ハウジングカバー（４）は、さらに他の燃料電池システム構成部品を固定するために、少なくとも１つのさらに他の固定点を備えることを特徴とする、請求項６に記載のハウジング（１）。
【請求項８】
前記壁（１．１）および／または前記ハウジングカバー（４）は、少なくとも部分的に電気的に絶縁するように形成されることを特徴とする、請求項６または７に記載のハウジング（１）。
【請求項９】
前記壁（１．１）および／または前記ハウジングカバー（４）は、前記燃料電池スタック（２）に対して少なくとも部分的に熱的に絶縁するように形成されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載のハウジング（１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの固定点（Ｂ１からＢ３）として、燃料電池システム構成部品を固定するための固定点、および前記ハウジング（１）を構造空間内に収容するための固定点の、少なくとも２つの固定点が形成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のハウジング（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの壁が少なくとも部分的に、壁を補強する構造を備えている燃料電池スタック用ハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、燃料電池用の配管分岐装置が知られ、この配管分岐装置は、開口サイズが大きい少なくとも１つの配管接続部を備え、この配管接続部によってフレーム形の分岐管の境界が定められている。配管接続部は、位置によって生じる配管接続部の公差要件を軽減するために、サイズが大きい開口に対して少なくとも１つの平面上でずらすことができる。そのため、配管分岐装置は、とりわけ燃料電池システムの構成部品を固定するために、端部プレートに備えられる。
【０００３】
さらに先行技術から、燃料電池スタック用ハウジングとしていわゆるスタックボックスが知られ、これは少なくとも部分的に凹凸構造を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００６０２４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、先行技術に比して改良した燃料電池スタック用ハウジングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明による請求項１に記載の特徴によって解決される。
本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００７】
燃料電池スタック用ハウジングでは、少なくとも１つの壁が少なくとも部分的に、壁を補強する構造を備え、本発明によれば、少なくとも１つの燃料電池システム構成部品を固定するため、および／またはハウジングを構造空間内に収容するために、少なくとも補強構造を有する領域に、少なくとも１つの固定点が形成されるように提供される。
【０００８】
少なくとも１つの壁が少なくともこの壁を部分的に補強した構造を備えるとともに、少なくとも１つの燃料電池システム構成部品を固定するため、および／またはハウジングを収容するために、少なくとも１つの固定点が補強構造の領域に配置されるため、燃料電池スタックも、固定点に固定された少なくとも１つの燃料電池システム構成部品も、ハウジングの変形時に、その変形から生じる損傷に対して保護される。
【０００９】
ハウジングは、構造空間内、とりわけエンジン空間内に固定点を用いて収容されるため、その収容場所は、補強構造によってこの領域でも同じく変形前に幅広く保護される。
【００１０】
とりわけ、燃料電池スタック用のハウジングは、車両のエンジン空間内に配置するために設けられ、ハウジングは、補強構造によって少なくとも部分的に支えられ、少なくともこの領域でハウジングが変形する危険性は少なくとも低下する。
【００１１】
好ましくは、ハウジングは、補強構造を有するいくつかの領域を備え、その結果、ハウジングは、設計が原因の変更なしに様々に利用可能で、様々に形成された構造空間に配置することもでき、その１つまたは複数の固定点を用いて固定される。
【００１２】
とりわけハウジングは、補強構造を有する箱形に形成され、それによってハウジングは、わずかな重量であっても比較的高い剛性を備えている。
【００１３】
好適な実施形態では、ハニカム形および／または矩形のリブとしての補強構造が形成される。有利には、補強構造は、ハウジングの全壁に対して完全に広がり、その結果、損傷とりわけハウジングの変形に対して燃料電池スタックの保護が本質的に高まる。
【００１４】
１つの可能な実施形態では、少なくとも１つの固定点は、壁から突出した形状に形成され、その結果、有利には、この突出した形状に少なくとも１つの燃料電池システム構成部品が固定される。これに加えて、あるいはその代わりに、ハウジングは、有利には、突出した形状を用いてその構造空間内に固定される。
【００１５】
もう１つの好適な実施形態では、少なくとも１つの固定点に少なくとも１つの固定部材が配置される、または配置でき、固定点は、例えば突出形状の形態で、固定部材を受け入れる役割を果たす。そのため、突出形状には、例えば貫通孔を設けることができ、この貫通孔にねじとして作製された固定部材を配置できる。固定点が、固定部材をこの固定点にポジティブ嵌合形式で固定できるように設けられることを提供でき、そのような固定部材は、例えばクリップであってよい。
【００１６】
有利には、ハウジングは、金属および／または少なくとも１つの繊維強化プラスチックで形成され、ハウジングは、有利には、いわゆる軽量構造に製造される。これに適した材料は、とりわけアルミニウム合金および／またはマグネシウム合金および／または繊維強化プラスチックである。ハウジングは軽量構造に製造されるため、ハウジングの重量は比較的少なく、それによって、例えばハウジングをその構造空間内で組み立てるための操作を簡易化できる。
【００１７】
特に好適には、ハウジングは、ハウジングカバーを用いて閉鎖でき、ハウジングには、燃料電池システムの少なくとも１つの装置が組み込まれている。ハウジングはハウジングカバーを用いて閉鎖できるため、ハウジング内に配置された燃料電池スタックは完全に包囲され、それによって損傷に対して保護される。また、ハウジングカバーには、燃料電池システムの少なくとも１つの装置、例えば媒体を移送するための装置が組み込まれているため、燃料電池システムは、構造空間を節約して形成され、ハウジングカバーによって利用可能な構造空間が最適に利用される。
【００１８】
有利には、ハウジングカバーが、さらに他の燃料電池システム構成部品を固定するために少なくとも１つの固定点を備えることも提供できる。それによって、燃料電池システムは小型に形成され、好ましくは、必要な独立した燃料電池システム構成部品はすべて、ハウジングおよび／またはハウジングカバーに配置されるか、あるいは組み込まれる。
【００１９】
好ましくは、壁および／またはハウジングカバーは、少なくとも部分的に電気的に絶縁するように形成され、その結果、ハウジングを用いて絶縁部分を形成できる。ハウジング自体を用いて絶縁部分を形成することによって、電気的に絶縁するために必要な他の構成要素がないため、低コストの解決策を提供する。
【００２０】
その上さらに、有利には、壁および／またはハウジングカバーは、少なくとも部分的に熱的に絶縁するように形成されることが可能である。ハウジングは熱的に絶縁するように形成されるため、燃料電池スタックの熱管理が著しく向上し、ハウジングを用いた熱的絶縁は、とりわけ燃料電池システムのコールドスタート能力に関して有利である。
【００２１】
有利には、ハウジングに配置された燃料電池システム構成部品は、燃料電池スタックに熱的に連結し、これによって同じくコールドスタート能力が向上する。
【００２２】
本発明の実施例を、以下の図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】燃料電池スタック用ハウジングの概略斜視図である。
【図２】ハウジングの概略斜視図であり、燃料電池スタックが部分的に挿入され、このハウジングにハウジングカバーが配置されている図である。
【図３】ハウジングが閉鎖された状態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
すべての図において、互いに対応する部分には同じ符号を付している。
【００２５】
図１は、図２に部分的に示した燃料電池スタック２用のハウジング１の斜視図を示している。燃料電池スタック２は、燃料電池システムの構成要素であり、この構成要素を用いて電気エネルギーが生産され、電気エネルギーは運動エネルギーに変換される。このような燃料電池システムは、好ましくは車両または輸送手段に設置される。
【００２６】
ハウジング１は、本質的に箱形に形成され、開口した側を備え、燃料電池スタック２は、図２に示したように、このスタックを配置する際にこの開口からハウジング１に挿入されることができる。
【００２７】
ハウジング１の重量を比較的少なくすることを達成するために、ハウジング１は、いわゆる軽量構造に製造される。そのために、ハウジング１は、金属、例えばアルミニウム合金および／もしくはマグネシウム合金、ならびに／または、例えば炭素繊維強化プラスチックおよび／もしくは炭素繊維強化炭素のような繊維強化プラスチックから形成される。
【００２８】
上述したように、ハウジング１には燃料電池スタック２が配置され、ハウジング１の壁１．１は、燃料電池スタック２に対する保護作用を高めるため、補強構造Ｓを備えている。補強構造Ｓによって壁１．１は引き締められ、この壁によってハウジング１は、とりわけ変形に対してさらに頑丈に形成される。
【００２９】
その際、補強構造Ｓはリブとして形成され、ハウジング１の各壁１．１に矩形およびハニカム形で形成される。壁１．１に矩形を形成するように設計されたリブは、ハニカム形を形成しているリブよりも大きな寸法を有する。そのため、矩形のリブは、ハニカム形に配置されているリブから突出している。
【００３０】
これに加えて、あるいはその代わりに、補強構造Ｓは、その他の形状であってよく、１つまたは複数の図示していない独立した補強部材をハウジング１の１つまたは複数の壁１．１に固定することを提供することもできる。
【００３１】
また、ハウジング１の内部には角領域にガイド部材３を配置でき、このガイド部材は、燃料電池スタック２の挿入を容易にする。ガイド部材３は、例えば電気絶縁性プラスチックのような電気絶縁材で形成されてよい。これによって燃料電池スタック２の電気絶縁が向上し、ハウジング１が金属またはその他の導電材料で形成されている場合は特に有利である。
【００３２】
ハウジング１は、とりわけ燃料電池スタック２を保護する役割を果たすとともに、燃料電池スタックの支持構造を形成する。
【００３３】
また、燃料電池スタック２を電気的にも熱的にも絶縁することが可能で、燃料電池スタック２は、電磁適合性に関して、ハウジング１によってその周囲が電気的に遮蔽され、それによって防火性も高めることができる。
【００３４】
好ましくは、ハウジング１は、絶縁部分をとりわけ接触保護部として形成するために、少なくとも部分的に電気的に絶縁するように形成され、そのような部分は、好適には、人が燃料電池スタック２を備えたハウジング１を操作する際に潜在的な危険性に気づくようになっていることを特徴とする。
【００３５】
その上さらに、燃料電池スタック２は、ハウジング１により、とりわけ壁１．１を補強した構造Ｓによって、車両が衝突して起こる陥没によって本質的に変形する前に保護される。そのため、ハウジング１は、燃料電池スタック２に対する機械的な保護になる。衝突によって加速した際に、ハウジング１によって力の印加を軽減あるいは最適にすることができ、これは例えば、いわゆる固定／自由支持体が形成され、および／またはハウジング１内、少なくとも燃料電池スタック２内に柔軟な支持部が形成されることによるものである。
【００３６】
ハウジング１は、例えば圧力低下用の排気機能、排水機能のような燃料電池システムの機能を組み入れるために、および／または絶縁部分として利用することも可能である。組み入れたい機能に応じて、ハウジング１を製造するための材料を選択し、ハウジング１は、好ましくは密閉して形成される。そのためには、ハウジング１を複数の材料から形成し、その結果、ハウジング１を少なくとも部分的に熱的および／または電気的に絶縁するように提供することもできる。
【００３７】
ハウジング１には、好適には燃料電池スタック２を備えて熱的に連結されるその他の燃料電池システム構成部品を配置することができ、その結果、燃料電池システムのコールドスタート能力が向上する。
【００３８】
補強構造Ｓの領域にある壁１．１には、固定点Ｂ１からＢ３が設けられ、この固定点は、詳細に図示していない燃料電池システム構成部品を固定するために使用される。例えば、コンプレッサ、加湿器、配電ユニット（ｐｏｗｅｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）、イオン交換器、微粒子フィルタ、バルブ、電気的ターボチャージャ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ、ＥＴＣ）を備えて組み込まれる電子機器、熱交換器および／またはこれに類似のものを、１つまたは複数の燃料電池システム構成部品として固定点Ｂ１からＢ３に配置する。固定点Ｂ１からＢ３は、図１に示した本実施例では、ハウジング１の平面状の大きな壁１．１に形成される。
【００３９】
ハウジング１に固定できる燃料電池システム構成部品に関して、燃料電池車（電気駆動エネルギーが少なくとも部分的に燃料電池スタックによって生成される電気駆動車両）の動力伝達系路の構成部品も本発明の範囲に含まれる。これらの動力伝達系路の構成部品には、とりわけ、電気駆動モータ、パワーエレクトロニクス、ブレーキシステムの真空ポンプ、場合によっては空調システムのパーツ、マフラー、フィルターハウジングおよび／またはこれに類似のものが含まれる。
【００４０】
第１の固定点Ｂ１は、壁１．１によって突出した突起状の形態に形成され、この固定点には、例えば少なくとも１つの燃料電池システム構成部品を差し込むことができ、その結果、燃料電池システム構成部品をハウジング１にポジティブ嵌合形式で固定できる。
【００４１】
突起状の形態に形成された第１の固定点Ｂ１が貫通孔を備え、それぞれの貫通孔に固定部材、とりわけねじを配置でき、その結果、燃料電池システム構成部品を代わりにまたは追加で、ハウジング１に非ポジティブ嵌合形式で固定できることを提供することもできる。
【００４２】
またさらに、追加または代わりに、それぞれの燃料電池システム構成部品を接合形式でも第１の固定点Ｂ１に固定できる。 
【００４３】
ハウジング１の壁１．１にある第２の固定点Ｂ２は、補強構造Ｓの矩形に対して作製されたリブと同じように形成される。それによって、第２の固定点Ｂ２は枠状に形成され、枠形態に形成された部材は、壁１．１の補強構造Ｓから突出している。
【００４４】
少なくとも１つの燃料電池システム構成部品は、第２の固定点Ｂ２に挟まれ、および／または差し込まれ、および／またはその他の方法を用いられてよく、非ポジティブ嵌合形式および／または接合形式で固定されてもよい。
【００４５】
壁１．１に形成される第３の固定点Ｂ３も同じく、燃料電池システム構成部品をポジティブ嵌合形式で固定するためのいわゆるスロットとして形成され、例えば適切な補助具を用いて、それぞれの燃料電池システム構成部品を追加または代わりに非ポジティブ嵌合形式および／または接合形式で第３の固定点Ｂ３に固定することが可能である。
【００４６】
例えば、それぞれの燃料電池システム構成部品をそれぞれの固定点Ｂ１からＢ３のいずれにも固定できるか、あるいはそれぞれのシステム構成部品を固定点Ｂ１からＢ３のうちの１つに固定できる。
【００４７】
固定点Ｂ１からＢ３は、他の適切な形態であってもよく、固定点Ｂ１からＢ３は、常にハウジング１のそれぞれの壁１．１の補強構造Ｓの領域に形成される。
【００４８】
１つまたは複数の固定点Ｂ１は、ハウジング１に設けられた構造空間にハウジングを固定するために可能な形態で、その１つまたは複数の固定点Ｂ１からＢ３をハウジング１の支持箇所として使用するように提供されてよい。
【００４９】
固定点Ｂ１からＢ３を用いて、様々な燃料電池システム構成部品をハウジング１に固定でき、その結果、燃料電池システムは、少なくとも部分的に小型に形成され、燃料電池システム構成部品を配置するためにこれ以上の構造空間を必要としない。
【００５０】
ハウジング１は、支持箇所としても使用できる複数の固定点Ｂ１からＢ３を備えているため、燃料電池スタック２および燃料電池システム構成部品を備えているハウジング１を、利用可能な構造空間内で柔軟に配置でき、固定できる。
【００５１】
図２には、部分的にハウジング１に挿入された燃料電池スタック２が斜視図で示され、ハウジング１は図３では閉鎖した状態に示されている。
【００５２】
燃料電池スタック２には、ハウジング１を密閉して閉鎖するためにハウジングカバー４が配置され、好ましくは少なくともポジティブ嵌合形式で固定される。その際に、ハウジング１の周囲を最大限大きく流体的に密閉して形成するように、ハウジング１とハウジングカバー４との間に周囲パッキンを配置できる。
【００５３】
好適には、ハウジングカバー４内には燃料電池システムのその他の構成要素が組み入れられ、その結果、ハウジングカバー４を用いて利用可能な構造空間が最適に利用される。例えば、ハウジングカバー４内には、水素を前処理し、および／または媒体を移送するための装置、および／または媒体を測定するためのセンサ接続部を、その他の構成要素として組み入れることができる。これらの装置は、その装置側で、燃料電池システム構成部品に対するその他の接続点を形成できる。
【００５４】
このほか、ハウジングカバー４は、燃料電池システム構成部品を配置するために形成されたその他の固定点を備えていてよい。 
【００５５】
ハウジングカバー４は、所望の要件に応じて、例えば電気的および／または熱的に絶縁するのに適したような材料で形成される。ハウジングカバー４は様々な材料で形成されてもよく、その結果、ハウジングカバー４は、ハウジング１の絶縁部分を継続させるために、例えば少なくとも部分的に電気的に絶縁される。
【００５６】
ハウジングカバー４によって閉鎖されたハウジング１では、有利には、均一な温度分布になり、圧力調整のためのハウジング１の排気機能が最適になる。さらに、均一な温度分布によって、媒体移送部および排気領域で生じる凝縮の問題を少なくすることを実現できる。ハウジング１および／またはハウジングカバー４の内部にある媒体移送部は、柔軟な横断面の立体形状で実現でき、それによって必要な構造空間を縮小できる。
【００５７】
燃料電池スタック２とハウジング１との間には、とりわけ水素濃度および湿度のために必要な排気領域および排水領域が形成され、排気機能は、ハウジング１内の均一な温度分布によって向上する。
【００５８】
好適には、ハウジング１の内部に配置された燃料電池システム構成部品は、燃料電池スタック２と熱的に連結し、それによって水素を前処理できる。さらに、熱的な連結によって、燃料電池システムのコールドスタート能力が向上する。
【００５９】
ハウジングカバー４を備えたハウジング１は、燃料電池システムに対して多機能部材を形成し、燃料電池スタック２用にそのようにして形成されたハウジング１によって、コスト、重量、構造空間、部材の数を節約できるとともに、これによって燃料電池システムを製造する際の組立時間を節約できる。
【００６０】
様々に形成され、対応する壁１．１に支持箇所として配置された固定点Ｂ１からＢ３によって、ハウジング１を様々に利用可能な構造空間に設置することが可能である。
【００６１】
ハウジングカバー４で閉鎖されたハウジング１によって、多くの必要な機能を燃料電池スタック２に対しても燃料電池システムに対しても簡易化できるため、ハウジング１は、燃料電池システムの小型ユニットを構成する。
【００６２】
１つの可能な実施形態では、ハウジング１内を周囲よりも高い圧力にすることができ、それによって燃料電池スタック２内の内部圧力を補償できる。
【００６３】
閉鎖可能なハウジング１は、燃料電池システム向けの比較的小さい小型の省スペース設計であり、ハウジング１は、上述した複数の機能を同時に果たす。
【符号の説明】
【００６４】
１        ハウジング
１．１    壁
２        燃料電池スタック
３        ガイド部材
４        ハウジングカバー
Ｂ１      第１の固定点
Ｂ２      第２の固定点
Ｂ３      第３の固定点
Ｓ        補強構造
【図１】
0006322648.tif 000002
【図２】
0006322648.tif 000003
【図３】
0006322648.tif 000004