DE102009012596A1

DE102009012596A1 - Insulating housing for proton exchange diaphragm fuel cells that is utilized for production of driving energy for car, has insulating areas including temporal and locally varying insulating effects and formed by insulating plate

Info

Publication number: DE102009012596A1
Application number: DE102009012596A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr.-Ing. Keuerleber; Holger Dipl.-Ing. Stark (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: DE102009012596B4

Abstract

The housing (1) has an external wall i.e. stack end plate (6), formed by an insulating plate (5) e.g. vacuum panel. Insulating areas (9, 10) are provided in surface extension of the stack end plate and include temporal and/or locally varying insulating effects. The insulating areas are formed by the insulating plate. Distribution of the insulating areas with different insulating effects is arranged to a structure and/or an arrangement of an energy converter. The stack end plate limits a receiving area (2), in which the energy converter is arranged. An independent claim is also included for a fuel cell system with an insulating housing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Isoliergehäuse für einen elektrochemischen Energiewandler, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit mindestens einer Außenwand, wobei die Außenwand durch mindestens eine Isolierplatte gebildet wird.The The invention relates to an insulating housing for a electrochemical energy converter, in particular for a Fuel cell system, with at least one outer wall, wherein the outer wall through at least one insulating plate is formed.

In elektrochemischen Energiewandlern, insbesondere in Brennstoffzellen, läuft im Betrieb ein elektrochemischer Prozess ab, wobei ein Brennstoff, meist Wasserstoff, mit einem Oxidationsmittel, meist Umgebungsluft, umgesetzt wird, so dass chemische Energie in elektrische Energie gewandelt wird. Der elektrochemische Prozess erfolgt üblicherweise nicht bei Umgebungstemperatur, sondern bei Temperaturen, die gegenüber der Umgebung erhöht sind, um eine zufrieden stellende Energieausbeute aus den Arbeitsgasen zu erhalten.In electrochemical energy converters, especially in fuel cells, During operation, an electrochemical process takes place, wherein a fuel, usually hydrogen, with an oxidizing agent, mostly ambient air, is implemented, allowing chemical energy into electrical energy is converted. The electrochemical process usually takes place not at ambient temperature, but at temperatures that are opposite the environment are increased to a satisfactory energy yield to get out of the working gases.

Bei mobilen Brennstoffzellensystemen, zum Beispiel zur Erzeugung der Antriebsenergie für Automobile, werden oftmals sogenannte PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membran) eingesetzt, welche eine optimale Betriebstemperatur von etwa 80°C fordern. Um einen ausgewogenen Temperaturhaushalt zu gewährleisten, ist es üblich, derartige Brennstoffzellensysteme in isolierte Gehäuse zu integrieren.at mobile fuel cell systems, for example for the production of Driving energy for automobiles, are often called PEM fuel cells (proton exchange membrane) are used, which require an optimal operating temperature of about 80 ° C. To ensure a balanced temperature balance, It is common for such fuel cell systems to be isolated Integrate housing.

Beispielsweise offenbart die Druckschrift US 2003/0044663 A1 ein Brennstoffzellensystem mit einer Rahmen konstruktion, welche eine Brennstoffzellenanordnung einschließt und an der isolierende Paneele angebracht werden können. Die isolierenden Paneele sind in der Flächenerstreckung homogen ausgebildet.For example, the document discloses US 2003/0044663 A1 a fuel cell system with a frame construction, which includes a fuel cell assembly and can be attached to the insulating panels. The insulating panels are homogeneously formed in the surface extension.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isoliergehäuse für einen elektrochemischen Energiewandler vorzuschlagen, welches ein gutes Betriebsverhalten des Energiewandlers unterstützt. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde ein entsprechendes Brennstoffzellensystem, zu entwerten.Of the Invention is based on the object, an insulating housing to suggest for an electrochemical energy converter, which supports a good operating behavior of the energy converter. The invention is also the object of a corresponding Fuel cell system, to devalue.

Diese Aufgabe wird durch ein Isoliergehäuse mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16 bzw. 17 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.These Task is by an insulating housing with the features of claim 1 and by a fuel cell system having the features of claim 16 or 17 solved. Preferred or advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the subclaims, the following description and the accompanying figures.

Das erfindungsgemäße Isoliergehäuse ist für einen elektrochemischen Energiewandler geeignet und/oder ausgebildet. Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Isoliergehäuse erfindungsgemäß den elektrochemischen Energiewandler als Bestandteil. Der Energiewandler ist bevorzugt als ein Brennstoffzellenanlage ausgebildet, insbesondere zur Bereitstellung von Antriebsenergie für ein Fahrzeug, sodass auch das Isoliergehäuse in bevorzugter Ausführung für die Integration in ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Brennstoffzellenanlage umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel, welche jeweils mehr als 50, vorzugsweise mehr als 100 Brennstoffzellen, enthalten. Bevorzugt sind die Brennstoffzellen als PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membran) ausgebildet.The Insulating housing according to the invention is for a electrochemical energy converter suitable and / or trained. In a further development of the invention, the insulating housing comprises According to the invention, the electrochemical energy converter as a component. The energy converter is preferred as a fuel cell system designed, in particular for the provision of drive energy for a vehicle, so also the insulating housing in a preferred embodiment for the integration is suitable and / or designed in a vehicle. The fuel cell system preferably comprises one or more fuel cell stacks, which each have more than 50, preferably more than 100 fuel cells, contain. The fuel cells are preferred as PEM fuel cells (Proton exchange membrane) is formed.

Das Isoliergehäuse weist mindestens eine Außenwand auf, wobei die Außenwand durch mindestens eine Isolierplatte gebildet ist. Insbesondere kann die Außenwand durch eine Mehrzahl von Isolierplatten gebildet werden, welche z. B. miteinander verbunden sind. Die Isolierplatte ist zur Wärmeisolierung geeignet und/oder ausgebildet. Vorzugsweise ist der Wärmedurchgangskoeffizient U in der Einheit [W/(m.m.K)] kleiner als 5, vorzugsweise kleiner als 3 und insbesondere kleiner als 2. Im speziellen ist der Wärmedurchgangskoeffizient kleiner als 0,7.The Insulating housing has at least one outer wall on, wherein the outer wall by at least one insulating plate is formed. In particular, the outer wall by a Are formed plurality of insulating plates, which z. B. connected to each other are. The insulating plate is suitable for thermal insulation and / or trained. Preferably, the heat transfer coefficient U in the unit [W / (m.m.K)] less than 5, preferably smaller as 3 and in particular smaller than 2. In particular, the heat transfer coefficient less than 0.7.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Außenwand in ihrer vorzugsweise geraden oder ebenen Flächenerstreckung Isolierbereiche mit zeitlich und/oder örtlich variierenden bzw. unterschiedlichen Isolierwirkungen aufweist. Unterschiedliche Isolierwirkungen sind hierbei mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten gleichzusetzen. Vorzugsweise sind die Unterschiede in den Isolierwirkungen derart stark ausgeprägt, dass sie bis zu einer Halbierung und/oder bis zu einer Verdopplung der Isolierwirkung der mittleren Isolierwirkung der Außenwand betragen. Eine Verdopplung der Isolierwirkung wird bei einer homogenen Vergleichsschicht durch eine Verdopplung der Wandstärke, eine Halbierung durch eine Halbierung der Wandstärke erreicht. Bei einer örtlichen Variation ändert sich die Isolierwirkung z. B. entlang der Flächenerstreckung der Außenwand, bei einer zeitlichen Variation ändert sich die Isolierwirkung der Außenwand in Abhängigkeit der Zeit.in the Under the invention, it is proposed that the outer wall in their preferably straight or planar surface extension Insulating areas with temporally and / or locally varying or has different insulating effects. different Insulating effects are here with different heat transfer coefficients equate. Preferably, the differences are in the insulating effects so pronounced that they are up to a halving and / or up to a doubling of the insulating effect of the middle Insulating effect of the outer wall amount. A double the insulating effect is in a homogeneous comparison layer by a doubling of wall thickness, halved by achieved a halving of the wall thickness. At a local Variation changes the insulating effect z. B. along the surface extension of the outer wall, at a temporal variation changes the insulating effect of Exterior wall as a function of time.

Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, ein Isoliergehäuse mit örtlich bzw. zeitlich an die Erfordernisse des Energiewandlers angepasster Isolierwirkung vorzuschlagen. Durch diese Maßnahme kann eine variable Auskühl- und/oder Aufheizgeschwindigkeit über der Oberfläche des Energiewandlers erreicht werden. Zum Beispiel können Bereiche des Energiewandlers, insbesondere des Brennstoffzellensystems, stärker isoliert werden, die beim Aufheizen dazu neigen, langsamer die notwendige Betriebstemperatur einzunehmen. Auf der anderen Seite ist es bei dem Beispiel Brennstoffzellensystem möglich, das Isoliergehäuse so anzupassen, dass beim Auskühlen die Brennstoffzellen besonders gut isoliert sind, wohingegen Komponenten des Brennstoffzellensystems, welche einen Abtransport der Feuchtigkeit aus den Brennstoffzellen und/oder die Sammlung von Kondenswasser in dem Brennstoffzellensystem unterstützen, weniger isoliert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich beim Abkühlen des Brennstoffzellensystems vorhandenes Wasser nicht in den Brennstoffzellen, sondern in den Komponenten kondensierend niederschlägt.It is a consideration of the invention to propose an insulating housing with locally or temporally adapted to the requirements of the energy converter insulation. By this measure, a variable cooling and / or heating speed can be achieved over the surface of the energy converter. For example, areas of the energy converter, in particular the fuel cell system, which tend to slow down to the required operating temperature during heating may be more strongly insulated. On the other hand, it is possible in the example fuel cell system to adapt the insulating housing so that when cooling the fuel cells are particularly well insulated, whereas components of the fuel cell system, which is a removal of the Moisture from the fuel cells and / or the collection of condensed water in the fuel cell system support less isolated. This embodiment has the advantage that water which condenses during cooling of the fuel cell system does not precipitate condensing in the fuel cells but in the components.

Durch die erfindungsgemäße Modifikation der Außenwand wird eine vorzugsweise passiv wirkende Steuerung des Temperaturmanagements des Energiewandlers erreicht, wobei bei Aufheiz- und/oder Auskühlperioden ein angepasstes Temperaturprofil des Energiewandlers erreicht werden kann.By the modification of the outer wall according to the invention is a preferably passive acting control of the temperature management achieved by the energy converter, wherein during heating and / or Auskühlperioden an adapted temperature profile of the energy converter can be achieved.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Isoliergehäuse so ausgebildet, dass die Außenwand einen gemeinsamen Innenraum begrenzt, in dem der Energiewandler angeordnet und/oder anordenbar ist. Es ist zwar prinzipiell möglich, dass das Isoliergehäuse eine Unterteilung in dem Innenraum aufweist, es ist jedoch bevorzugt und bei der Fertigung besonders einfach zu gestalten, wenn der an die Außenwand mit der Isolierplatte grenzende Innenraum ungeteilt ist.at a preferred embodiment of the invention is the insulating housing designed so that the outer wall has a common interior limited, arranged in which the energy converter and / or can be arranged is. Although it is in principle possible that the insulating housing has a partition in the interior, but it is preferred and especially easy to manufacture when manufacturing the outer wall with the insulating plate adjacent interior undivided.

Bei einer praktischen Ausbildung weist die Isolierplatte mindestens einen Isolierbereich mit einer höheren Isolierwirkung und/oder einen Isolierbereich mit einer geringeren Isolierwirkung auf, wobei vorzugsweise die beiden Isolierbereiche in einem Mittelbereich der Isolierplatte angeordnet sind. Die unterschiedlichen Isolierwirkungen ergeben sich somit nicht durch Randeffekte der Isolierplatte, sondern durch Modifikation der Isolierplatte selbst.at a practical training, the insulating plate has at least an insulating region with a higher insulating effect and / or an insulating region with a lower insulating effect, wherein Preferably, the two insulating regions in a central region of the Insulating plate are arranged. The different insulation effects thus result not by edge effects of the insulating, but by Modification of the insulating plate itself.

Vorzugsweise ist die Isolierwirkung, also zum Beispiel der spezifische und/oder absolute Wärmewiderstand, des Isolierbereiches mit höherer Isolierwirkung mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% und insbesondere mindestens 100% größer als die Isolierwirkung des Isolierbereiches mit der geringeren Isolierwirkung. Bei einer bevorzugten Ausbildung sind die Isolierbereiche einstückig in der Isolierplatte angeordnet.Preferably is the insulating effect, so for example the specific and / or absolute thermal resistance, the insulation area with higher Insulating at least 30%, preferably at least 50% and in particular at least 100% greater than the insulating effect the insulating area with the lower insulating effect. At a preferred embodiment, the insulating regions are integral arranged in the insulating plate.

Zur Realisierung der unterschiedlichen Isolierwirkungen kann zum einen vorgesehen sein, dass die Isolierplatte Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweist. Beispielsweise können Bereiche ausgespart oder ausgefräst sein. Bei einer Alternative oder einer Weiterbildung kann die unterschiedliche Isolierwirkung auch durch einen unterschiedlichen inneren Aufbau, wie zum Beispiel eine unterschiedliche Füllung oder Ausschäumung, insbesondere einen anderen Kern erreicht werden. Bei dieser Ausbildungsform zeigt die Isolierplatte äußerlich einen homogenen und/oder in Flächenerstreckung gleichmäßigen Aufbau und zugleich eine ortsvariable oder -abhängige Isolierwirkung. Bei einer anderen Weiterbildung oder Ergänzung können die unterschiedlichen Isolierwirkungen auch durch eine einfache oder mehrfache Aufdopplung der Isolierplatte umgesetzt sein. Es ist auch möglich, dass einzelne Isolierplatten im Vergleich zu benachbarten Isolierplatten abweichende Isolierwirkungen aufweisen.to Realization of the different insulating effects can on the one hand be provided that the insulating plate areas of different Thickness. For example, areas can be omitted or be milled out. In an alternative or a further education can the different insulating effect also by a different internal structure, such as a different filling or foaming, in particular a different core achieved become. In this embodiment, the insulating plate shows externally a homogeneous and / or uniform surface extension and at the same time a location-variable or -dependent insulation effect. In another training or supplement can the different insulating effects also by a simple or multiple doubling of the insulating be implemented. It is also possible that individual insulation panels in comparison have different insulating effects to adjacent insulation.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist die Isolierplatte als ein Schicht- und/oder Laminatkörper ausgebildet. Derartige Körper sind als kommerzielles Produkt verfügbar und weisen mehrere Schichten auf, welche miteinander verklebt sind. Es ist auch möglich, dass die Isolierplatte beidseitig mit Deckplatten abgeschlossen ist, wobei der Zwischenraum der Isolierplatte ausgeschäumt ist. Bei einer anderen Ausführungsform werden Vakuumpaneele eingesetzt, wobei zwischen zwei Deckschichten, wie z. B. Folien, insbesondere Metallfolien, ein Kern mit im Vergleich zu der Umgebung Unterdruckatmosphäre oder Vakuumatmosphäre angeordnet ist. Derartige Vakuumpaneele erlauben eine sehr gute Isolierwirkung bei zugleich geringer Wandstärke.at a preferred constructive realization is the insulating plate formed as a layer and / or laminate body. such Bodies are available as a commercial product and have multiple layers which are glued together. It is also possible that the insulating plate with both sides Cover plates is completed, with the gap of the insulating plate is foamed. In another embodiment Vacuum panels are used, whereby between two cover layers, such as As films, especially metal foils, a core with in comparison to the environment Underpressure atmosphere or vacuum atmosphere is arranged. Such vacuum panels allow a very good Insulating effect at the same time low wall thickness.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Isolierplatte eine Abschirmschicht für elektromagnetische Strahlung auf. Die Abschirmschicht kann zum Beispiel als ein Metallgeflecht, eine Metallfolie oder eine formlose Zwischenschicht aus Metall ausgebildet sein und verbessert das EMV-Verhalten (Elektromagnetische Verträglichkeit) der Baugruppe bestehend aus dem Energiewandler und dem Isoliergehäuse.at In a further development of the invention, the insulating plate has a shielding layer for electromagnetic radiation. The shielding layer For example, as a metal mesh, a metal foil or be formed and improved a shapeless intermediate layer of metal the EMC behavior (electromagnetic compatibility) the assembly consisting of the energy converter and the insulating housing.

Als weitere integrierbare Funktion ist es optional möglich, dass die Isolierplatte ein Mittel zur Erhöhung der Biegesteifigkeit aufweist. Derartige Mittel können beispielsweise als Streben, als eine Zusatzschicht oder als Einprägungen, z. B. wabenförmig oder golfballoberflächen-ähnlich, oder als andere Versteifungskonturen ausgebildet sein.When further integrable function it is optionally possible that the insulating plate is a means for increasing the flexural rigidity having. Such means can be used, for example, as striving to as an additional layer or as imprints, e.g. B. honeycomb or golf ball surface-like, or as other stiffening contours be educated.

Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Isoliergehäuse eine Rahmenkonstruktion aus Profilen auf, an denen die Isolierplatte befestigt ist. In Ergänzung zu einer kostengünstigen Fertigung der Profilplatte ist es bevorzugt, dass auch die Profile kostengünstig, insbesondere mittels Strangpressen und/oder Extrudieren, gefertigt sind. Insbesondere bestehen die Profile aus Kunststoff oder Leichtmetall und weisen optional eine geeignete Struktur zur Aufnahme der Isolierplatten auf.at a possible structural embodiment of the invention the insulating housing has a frame construction of profiles on, where the insulating plate is attached. In addition to a cost-effective production of the profile plate it is preferred that the profiles are inexpensive, in particular by extrusion and / or extrusion, are made. Especially the profiles are made of plastic or light metal and have Optionally, a suitable structure for receiving the insulation on.

Mit dem Ziel, weitere Funktionen in das Isoliergehäuse zu integrieren, ist es bevorzugt, wenn in der Isolierplatte und/oder in den Profilen Kanäle und/oder Hohlkammern zum Transport von Fluiden und/oder zur Aufnahme von Versorgungssträngen angeordnet und/oder eingebracht sind. Die Kanäle bzw. Hohlkammern zum Transport von Fluiden, also insbesondere von Flüssigkeiten oder Gasen, können ohne weitere Ausgestaltung, unmittelbar im Grundkörper der Isolierplatte und/oder des Profils ausgebildet sein. Alternativ hierzu sind Fluidleitungen in den Aufnahmen angeordnet. Die Versorgungsstränge können beispielsweise als Steuerleitungen und/oder Energiestränge des Energieerzeugers ausgebildet sein.With the aim of integrating additional functions in the insulating housing, it is preferred if in the insulating plate and / or in the profiles channels and / or hollow chambers for transporting fluids and / or for receiving supply lines arranged and / or incorporated. The channels or hollow chambers for transporting fluids, that is to say in particular liquids or gases, can be formed directly in the basic body of the insulating plate and / or the profile without any further configuration. Alternatively, fluid lines are arranged in the receptacles. The supply strands can be designed, for example, as control lines and / or energy strings of the energy generator.

Die Isolierplatte und die Profile können miteinander lösbar oder unlösbar verbunden sein, insbesondere können diese Komponenten miteinander verklebt, verschweißt und/oder verschraubt sein. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Isolierplatten mit den Profilen unlösbar und ein anderer Teil lösbar verbunden ist, um z. B. für Wartungsarbeiten eine Öffnungsbereich bereit zu stellen.The Insulating plate and the profiles can be detachable to each other or inextricably linked, in particular these components glued together, welded and / or be bolted. It is also possible that part of the Insulating boards with the profiles insoluble and another Part is releasably connected to z. For maintenance to provide an opening area.

Bei einer besonders bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist der Energieerzeuger als ein Brennstoffzellensystem ausgebildet und eine der Außenwände des Isoliergehäuses ist als eine Stackendplatte, also eine Abschlussplatte eines Brennstoffzellenstapels, ausgebildet. Die Verbindung zwischen Stackendplatte und Isolierplatte und/oder Profilen kann über eine Verklebung erfolgen, welche kostengünstig umsetzbar ist. Alternativ kann die Verbindung auch durch eine Schraubenverbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung, wie z. B. Schweißen dargestellt werden.at a particularly preferred embodiment of the invention is the Power generator designed as a fuel cell system and a the outer walls of the insulating housing is as a stack end plate, so a final plate of a fuel cell stack, educated. The connection between stack end plate and insulation plate and / or profiles can be done via a bond, which is economically feasible. Alternatively, the connection also by a screw connection or a cohesive Connection, such. B. welding are shown.

Damit zeigt sich das Isoliergehäuse in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, indem eine oder zwei Außenwände als Stackendplatte und die anderen Außenwände jeweils mit mindestens einer der beschriebenen Isolierplatten ausgebildet sind.In order to shows the insulating housing in a particularly preferred Embodiment, by one or two outer walls as stack end plate and the other outer walls are each formed with at least one of the described insulating plates.

Im Rahmen der Erfindung wird somit auch der Aufbau eines vorzugsweise dünnwandigen, kostengünstigen Isoliergehäuses mit variablen Wärmeübergangskoeffizienten für die thermische Isolation von Brennstoffzellenstapeln und benachbarten Komponenten vorgeschlagen. Mit der Erfindung kann u. a. erreicht werden, dass sich eine variable „Auskühlungsgeschwindigkeit” über die Oberfläche des Brennstoffzellensystems bzw. der Brennstoffzellen stapel einstellt. Hierzu wird der aus Profilleisten aufgebaute Rahmen vorgeschlagen, welcher vorzugsweise über alle zu isolierenden Bereiche des Brennstoffzellensystems aufgebaut wird. Der Rahmen weist mehrere Rahmenfelder auf, die mit den beschriebenen Isolierplatten gefüllt werden. Die Isolierplatten können unterschiedliche Wandstärken aufweisen, bzw. lokal aufgedoppelt werden. Einige Isolierplatten können im Vergleich zu benachbarten Isolierplatten optional abweichende Isoliereigenschaften aufweisen.in the The scope of the invention is thus also the structure of a preferably thin-walled, cost-effective insulating housing with variable heat transfer coefficients for the thermal insulation of fuel cell stacks and adjacent ones Components proposed. With the invention can u. a. reached be that a variable "Auskühlungsgeschwindigkeit" over the surface of the fuel cell system or the fuel cell stack established. For this purpose, the frame constructed of profile strips is proposed, which preferably over all areas to be isolated of the fuel cell system is constructed. The frame has several Frame fields filled with the described insulation become. The insulation panels can have different wall thicknesses have, or be doubled locally. Some insulation boards can be optional compared to adjacent insulation panels have different insulating properties.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Das Brennstoffzellensystem weist ein Isoliergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie es zuvor beschrieben wurde auf. Es umfasst mindestens einen Brennstoffzellenstapel, welcher eine anodenseitige Endplatte und eine kathodenseitige Endplatte zeigt, wobei die Einzelzellen in der Flächenerstreckung parallel zu den Endplatten ausgerichtet sind. Die Endplatten sind insbesondere als monopolare Platten ausgeführt und sind vorzugsweise stabiler als die Zwischenplatten der Brennstoffzellen realisiert.One Another object of the invention relates to a fuel cell system with the features of claim 16. The fuel cell system has a Insulating housing according to one of the preceding claims or as previously described. It includes at least one Fuel cell stack, which has an anode-side end plate and shows a cathode-side end plate, wherein the single cells in the surface extension aligned parallel to the end plates are. The end plates are designed in particular as monopolar plates and are preferably more stable than the intermediate plates of the fuel cells realized.

Bei diesem weiteren Gegenstand der Erfindung ist vorgesehen, dass die Isolierwirkung der den Brennstoffzellenstapel isolierenden Außenwand, insbesondere der direkt zu dem Brennstoffzellenstapel benachbarten Außenwand in der Flächenerstreckung von der anodenseitigen Endplatte zu der kathodenseitigen Endplatte abnehmend ausgebildet ist. Die Isolierwirkung kann dabei linear abnehmen. Es ist jedoch auch möglich, dass diese exponentiell oder anders verringert wird. Besonders bevorzugt ist die Isolierwirkung monoton und im Speziellen streng monoton fallend realisiert. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass nach dem Shut-down, also dem Herunterfahren des Brennstoffzellensystems, während des Auskühlens des Brennstoffzellenstapels in Stapelrichtung ein von der anodenseitigen Endplatte zur kathodenseitigen Endplatte hin fallender Temperaturgradient gefördert wird. Durch den Temperaturgradienten sind die Kathoden der Einzelzellen zwischen den Endplatten jeweils etwas kühler als die zugeordneten Anoden, so dass in den Einzelzellen befindliches Wasser sich auf der Kathodenseite niederschlägt. Im Gegensatz zu einem Niederschlag auf der Anodenseite richtet das Wasser im Falle des Einfrierens und Wiederauftauens weniger Schaden an bzw. kann durch eine Luftspülung des Systems besser entfernt werden.at this further object of the invention is provided that the Insulating effect of the fuel cell stack insulating outer wall, in particular, the directly adjacent to the fuel cell stack Outer wall in the surface extension of the anode side End plate formed to the cathode-side end plate decreasing is. The insulating effect can decrease linearly. However, it is also possible that it decreases exponentially or otherwise becomes. Particularly preferably, the insulating effect is monotonous and im Special realized strictly monotonically falling. The advantage of this Arrangement can be seen in the fact that after the shutdown, so the Shutting down the fuel cell system during the Cooling of the fuel cell stack in the stacking direction one from the anode-side end plate to the cathode-side end plate towards falling temperature gradient is promoted. By the temperature gradients are the cathodes of the individual cells between the end plates each a little cooler than the assigned Anodes, so that in the individual cells located water on the cathode side precipitates. Unlike one Precipitation on the anode side directs the water in the case of Freezing and thawing less damage to or through an air purge system are better removed.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem ebenfalls mit dem Isoliergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches nur in einer bevorzugten Ausführungsform die Merkmale des Anspruches 16 aufweist. Der Gegenstand nach Anspruch 17 zeigt einen Befeuchter zur Befeuchtung mindestens eines der Arbeitsgase bzw. dessen Leitungen des Brennstoffzellensystems und/oder einen Wasserabschneider zur Entfeuchtung mindestens eines der Arbeitsgase bzw. dessen Leitungen des Brennstoffzellensystems und/oder eine Heizeinrichtung zur Aufheizung eines oder des Brennstoffzellenstapels als mögliche Komponenten. Die Isolierwirkung der den jeweiligen Komponenten zugeordneten und/oder benachbarten Außenwand sind bevorzugt wie folgt ausgebildet:
Die Isolierwirkung der Außenwand im Bereich des Befeuchters ist bevorzugt gut oder hoch auszuführen, so dass dessen Einfrieren beim Systemstillstand bei Temperaturen unter 0°C verhindert oder wenigstens so lange wie möglich verzögert wird.Another object of the invention relates to a fuel cell system also with the insulating housing according to one of the preceding claims, which has the features of claim 16 only in a preferred embodiment. The article according to claim 17 shows a humidifier for humidifying at least one of the working gases or its lines of the fuel cell system and / or a water cutter for dehumidifying at least one of the working gases or its lines of the fuel cell system and / or a heater for heating one or the fuel cell stack as possible components. The insulating effect of the respective components associated and / or adjacent outer wall are preferably formed as follows:
The insulating effect of the outer wall in the area of the humidifier is preferably good or high auszufüh so that its freezing at system standstill at temperatures below 0 ° C is prevented or at least delayed as long as possible.

Der Wasserabscheider soll eine gewollte Senke für Wasser bilden, so dass die Sammlung von Kondenswasser in dem Wasserabscheider bei einem Herunterfahren des Brennstoffzellensystems gefördert wird. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, wenn die benachbarte und/oder zugeordnete Außenwand eine geringe Isolierwirkung hat. In diesem Fall kühlt der Wasserabscheider zum Beispiel bei einem Herunterfahren verhältnismäßig schnell ab und wirkt dadurch wie eine Kühlfalle, die dem Brennstoffzellensystem Wasser entzieht.Of the Water separator should form a desired sink for water, so that the collection of condensation in the water separator at promoted a shutdown of the fuel cell system becomes. For this reason, it is preferable if the neighboring and / or associated outer wall has a low insulating effect. In this case, the water separator cools, for example at a shutdown relatively quickly and thus acts as a cold trap, the Fuel cell system deprives water.

Für die Heizeinrichtung ist es bevorzugt, wenn diese über eine verhältnismäßig gute Isolierwirkung geschützt wird. Bei einem Systemstart bezieht die Heizeinrichtung ihre Energie meist aus einer Bordbatterie, deren Energiereserve begrenzt ist.For the heater is preferred if these have a protected relatively good insulation becomes. At startup, the heater draws its energy usually from an on-board battery whose energy reserve is limited.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es während des Betriebes, insbesondere Dauerbetriebs, vorteilhaft wäre, wenn das Isoliergehäuse bzw. die Außenwand des Isoliergehäuses im Bereich des Brennstoffzellenstapels durchgehend eine geringe Isolierwirkung aufweist, damit auf diesem Weg Reaktionswärme in einfacher Weise abgeführt werden kann. Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Isolierplatten und/oder die mindestens eine Isolierplatte eine stellbare und/oder schaltbare Isolierwirkung zeigt. Im einfachsten Fall kann eine stellbare und/oder schaltbare Isolierwirkung durch eine zusätzliche, aufsetzbare Isolierschicht erreicht werden. Diese Maßnahme kann beispielsweise ähnlich wie ein klappbarer Fensterladen oder wie ein Fensterrollo umgesetzt werden. Bei anderen Ausführungsformen ist es denkbar, dass die Isolierwirkung der Isolierplatten über eine Änderung des Innendrucks erfolgt, wobei eine hohe Isolierwirkung erreicht wird, wenn der Innendruck in der Isolierplatte niedrig ist und eine geringe Isolierwirkung erreicht wird, wenn dieser hoch ist. Beispielsweise kann zur Erzielung einer hohen Isolierwirkung der Innendruck so eingestellt werden, dass sich gegenüber der Umgebungsluft ein Vakuum einstellt.It However, it has been found that during operation, especially continuous operation, would be advantageous if the Insulating housing or the outer wall of the insulating housing consistently low in the area of the fuel cell stack Insulating has, so in this way heat of reaction can be removed in a simple manner. Against this background It is proposed that at least one of the insulating panels and / or the at least one insulating plate an adjustable and / or switchable Insulating effect shows. In the simplest case, an adjustable and / or Switchable insulation effect by an additional, attachable insulating layer be achieved. This measure may be similar, for example like a folding shutter or like a window blind implemented become. In other embodiments, it is conceivable that the Insulating effect of insulating panels on a change the internal pressure takes place, with a high insulating effect achieved is when the internal pressure in the insulating plate is low and a low insulation effect is achieved when this is high. For example can to achieve a high insulating effect of the internal pressure so be set that is opposite the ambient air to set a vacuum.

Weitere Möglichkeiten sind darin zu sehen, dass in der Isolierplatte prinzipiell ein Unterdruck herrscht und eine gewisse Menge an Wasserstoff eingebracht ist. Bei einer ersten Temperatur ist der Wasserstoff z. B. an einem Metallhydridgatter gebunden. Bei einer zweiten Temperatur, welche z. B. durch Heizen erreicht wird und die höher als die erste Temperatur ist, wird der Wasserstoff gelöst. Nachdem der freie Wasserstoff eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, verringert sich nach der Lösung des Wasserstoffs die Isolierwirkung der Isolierplatte deutlich. Durch das Aufheizen kann bei Beispielapplikationen die Wärmeleitfähigkeit der Isolierplatte von 0,002 auf bis zu 0,100 W/(m·K) geändert werden. Optional könnte die Heizleistung zur Freisetzung des Wasserstoffs – oder allgemeiner zum Schalten der Isolierwirkung – durch die Reaktionswärme des Brennstoffzel lenstapels aufgebracht werden. Gerade bei der Isolierung des Brennstoffzellenstapels könnte sich eine derartig selbsteinstellende Isolierwirkung vorteilhaft erweisen, da die zugeführte Wärme durch den Brennstoffzellenstapel selbst erzeugt würde und die Schaltung der Isolierplatte energeineutral oder zumindest energiesparsam umgesetzt wird. Bei wieder anderen Ausführungsformen weist die Isolierplatte Blasen- oder Poreneinschlüsse auf, deren Größen durch Variation des Innendrucks geändert werden können und auf diese Weise die Isolierwirkung der Isolierplatte gesteuert werden kann.Further Possibilities are to be seen in that in the insulating plate in principle there is a negative pressure and introduced a certain amount of hydrogen is. At a first temperature, the hydrogen is z. B. at one Metal hydride gate tied. At a second temperature, which z. B. is achieved by heating and higher than the first temperature, the hydrogen is dissolved. After this the free hydrogen has a very high thermal conductivity has decreased after the dissolution of the hydrogen the insulating effect of the insulating clearly. By heating up can in example applications the thermal conductivity changed from 0.002 to 0.100 W / (m · K) become. Optionally, the heating power could be released of hydrogen - or more generally for switching the insulating effect - through applied the heat of reaction of Brennstoffzel lenstapels become. Especially in the isolation of the fuel cell stack could be prove such a self-adjusting insulation advantageous because the heat supplied through the fuel cell stack itself would be generated and the circuit of the insulating plate energeineutral or at least energy-saving implemented. at Yet another embodiment, the insulating plate Bladder or pore inclusions, their sizes by Variation of the internal pressure can be changed and controlled in this way the insulating effect of the insulating can be.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:Further Features, advantages and effects of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments the invention. Showing:

1 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Isoliergehäuses als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a schematic three-dimensional view of an insulating housing as an embodiment of the invention;

2a, b einen Querschnitt durch eine Isolierplatte des Isoliergehäuses in der 1; 2a , B is a cross section through an insulating plate of the insulating in the 1 ;

3 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer der Isolierplatten in der 1; 3 a schematic three-dimensional representation of a possible embodiment of the insulating in the 1 ;

4 eine weitere Ausführungsform einer Isolierplatte für das Isoliergehäuse in der 1 ebenfalls in dreidimensionaler Darstellung; 4 Another embodiment of an insulating plate for the insulating in the 1 also in three-dimensional representation;

5 eine schematische Schnittansicht durch eine Isolierplatte im Bereich einer Stackendplatte; 5 a schematic sectional view through an insulating plate in the region of a Stackendplatte;

6 eine Modifikation der Ausführungsform in der 5; 6 a modification of the embodiment in the 5 ;

7 eine Schnittdarstellung einer möglichen Eckverbindung des Isoliergehäuses in der 1; 7 a sectional view of a possible corner joint of the insulating in the 1 ;

8 eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren möglichen Eckverbindung in der 1; 8th a three-dimensional representation of another possible corner joint in the 1 ;

9 eine dritte Möglichkeit einer Eckverbindung in der 1 9 a third possibility of a corner joint in the 1

10 eine Blockdarstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem Isoliergehäuse gemäß der vorhergehenden Figuren. 10 a block diagram of a fuel cell system with an insulating housing according to the preceding figures.

Gleiche oder einander entsprechende Teile sind jeweils mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen versehen.Same or corresponding parts are each provided with the same or corresponding reference numerals.

Die 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Isoliergehäuse 1, welches einen Aufnahmeraum 2 für ein Brennstoffzellensystem (nicht dargestellt) bietet und diesen bzw. dieses thermisch von der Umwelt isoliert. Das Isoliergehäuse 1 bzw. das Brennstoffzellensystem sind für den Einbau und die Verwendung in einem Fahrzeug zu dessen Versorgung mit Antriebsenergie geeignet und/oder ausgebildet.The 1 shows in a schematic three-dimensional representation of an insulating housing 1 which is a recording room 2 for a fuel cell system (not shown) and this or this thermally isolated from the environment. The insulating housing 1 or the fuel cell system are suitable and / or designed for installation and use in a vehicle for its supply with drive energy.

Das Isoliergehäuse 1 ist im Querschnitt rechteckig aufgebaut und weist eine Rahmenkonstruktion auf, die aus mehreren Profilen 3 besteht, die rechteckige Rahmenfelder 4 formen, in denen Isolierplatten 5 eingesetzt sind. Die Isolierplatten 5 bilden somit Außenwände des Isoliergehäuses 1 und isolieren den Aufnahmeraum 2 von der Umgebung.The insulating housing 1 is rectangular in cross section and has a frame construction consisting of several profiles 3 exists, the rectangular frame fields 4 mold in which insulating panels 5 are used. The insulating panels 5 thus form outer walls of the insulating housing 1 and isolate the recording room 2 from the surroundings.

In dieser speziellen Ausführungsform wird an der Stirnseite des Isoliergehäuses 1 eine Stackendplatte 6 als Abschluss verwendet, welche zugleich an einem freien Ende eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems angeordnet ist und somit eine Doppelfunktion einnimmt.In this particular embodiment, on the front side of the insulating housing 1 a stack end plate 6 used as a conclusion, which is arranged at the same time at a free end of a fuel cell stack of the fuel cell system and thus assumes a dual function.

Die Isolierplatten 5 sind beispielsweise als Vakuumpaneele ausgebildet, wie dies schematisch in der 2a gezeigt ist. In dieser Ausführungsform weist die Isolierplatte 5 zwei Deckfolien 7 auf, welche als eine Kaschierung für die Füllung 8 dienen. In einer Ausbildung als Vakuumpaneele (VIP) wird die Füllung 8 – auch als Dämmkern bezeichnet – in einer Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 0,05 bis 100 mbar in eine durch die Deckfolien 7 gebildete Hülle eingeschweißt. Als Füllung 8 werden beispielsweise feinkörnige Pulver auf der Basis von Kieselsäure, offenporige Schaumplatten auf der Basis von Polystyrol oder Polyurethan oder thermisch behandelte und/oder verpresste Glasfasern eingesetzt.The insulating panels 5 are for example formed as vacuum panels, as shown schematically in the 2a is shown. In this embodiment, the insulating plate 5 two cover sheets 7 on which as a lamination for the filling 8th serve. In an education as vacuum panels (VIP) the filling becomes 8th - Also referred to as Dämmkern - in a vacuum chamber with a negative pressure of 0.05 to 100 mbar in a through the cover sheets 7 formed envelope welded. As a filling 8th For example, fine-grained, silica-based powders, open-cell foams based on polystyrene or polyurethane or thermally treated and / or compressed glass fibers are used.

Die Isolierwirkung ist zusammenfassend gesehen abhängig von den folgenden Faktoren, die gemäß der Anforderung modifiziert werden können:

– Art des Füllmaterials
– Porosität/Dichte des Füllmaterials
– Komplexe geometrische Form mit lokalen Aufdickungen
– Mischung von unterschiedlichen Füllmaterialien

The insulating effect is in summary dependent on the following factors, which can be modified according to the requirement:

- Type of filling material
- Porosity / density of the filling material
- Complex geometric shape with local thickening
- Mix of different filling materials

Die 2b zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der in der Isolierplatte 5 zwischen den Deckfolien 7 keilförmig zwei unterschiedliche Füllungen 8a, b angeordnet sind. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Schicht 8a zum Beispiel aus pyrogener Kieselsäure gebildet und die Schicht 8b aus Polystyrol- bzw. Polyurethanschaum realisiert.The 2 B schematically shows an embodiment in which in the insulating 5 between the coversheets 7 wedge-shaped two different fillings 8a , b are arranged. In one possible embodiment, the layer is 8a For example, formed from fumed silica and the layer 8b made of polystyrene or polyurethane foam.

Optional kann in den Schichtaufbau der Isolierplatte 5 eine elektrisch leitfähige Materiallage integriert werden, welche zum Beispiel aus einer metallischen Schicht oder aus einer metallischen Folie besteht. Diese Materiallage kann zur Erhöhung der Biegesteifigkeit und/oder zur Verbesserung der Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung zur Optimierung der EMV-Eigenschaften ausgebildet sein. Weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit können durch die Integration von Streben oder durch das Einprägen einer versteifend wirkenden Struktur (zum Beispiel mittels einer wabenförmigen Oberfläche oder „Golfballoberfläche”) erreicht werden.Optionally, in the layer structure of the insulating plate 5 an electrically conductive material layer are integrated, which consists for example of a metallic layer or of a metallic foil. This material layer can be designed to increase the bending stiffness and / or to improve the shielding of electromagnetic radiation in order to optimize the EMC properties. Further measures for increasing the bending stiffness can be achieved by the integration of struts or by impressing a stiffening structure (for example by means of a honeycomb surface or "golf ball surface").

Wie durch die gestrichelten Bereiche in der 1 angedeutet ist, sind die Profilplatten 5 hinsichtlich ihrer thermischen Isolationseigenschaften in Flächenerstreckung nicht homogen ausgebildet, sondern weisen Bereiche 9 mit niedrigen Isolationseigenschaften, also mit einem im Vergleich zu den umgebenden Bereichen der Isolierplatte 5 niedrigeren Wärmewiderstand auf. Diese wärmedurchlässigen Bereiche 9 wechseln sich mit wärmeisolierenden Bereichen 10 der Isolierplatte 5 ab, welche gegenüber den umgebenden Bereichen der Isolierplatte einen erhöhten Wärmewiderstand aufweisen. Die räumliche Verteilung der wärmedurchlässigen und wärmeisolierenden Bereiche 9, 10 ist abgestimmt, um das Aufheizen und/oder das Abkühlen des Brennstoffzellensystems über die flächige Ausdehnung parallel zur Flächenerstreckung der Isolierplatte 5 variabel zu gestalten bzw. einzustellen. Durch diese variable Gestaltung ist es möglich, Bereiche des Brennstoffzellensystem mit wärmeisolierenden Bereichen 10 zu überdecken und diese besonders effektiv zu isolieren, wohingegen Bereiche, welche langsamer erwärmt werden müssen oder schneller abkühlen sollen, mit den wärmedurchlässigen Bereichen 9 in thermischen Kontakt gebracht werden.As indicated by the dashed areas in the 1 is indicated, are the profile plates 5 not homogeneous in terms of their thermal insulation properties in areal extent, but have areas 9 with low insulation properties, so compared to the surrounding areas of the insulating 5 lower thermal resistance. These heat-permeable areas 9 alternate with heat-insulating areas 10 the insulating plate 5 from which have over the surrounding areas of the insulating increased thermal resistance. The spatial distribution of the heat-permeable and heat-insulating areas 9 . 10 is tuned to the heating and / or cooling of the fuel cell system over the area parallel to the surface extension of the insulating 5 variable or to set. By this variable design, it is possible areas of the fuel cell system with heat insulating areas 10 To cover and to isolate these particularly effective, whereas areas that need to be heated slowly or to cool faster, with the heat-permeable areas 9 be brought into thermal contact.

Die 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform für eine der Isolierplatten 5, wobei die Dicke sich in der Längserstreckung der Isolierplatte 5 von einer Dicke d1 auf eine Dicke d2 reduziert, um einen langsamen Übergang von einem wärmeisolierenden Bereich 10 zu einem wärmedurchlässigen Bereichen 9 zu gestalten.The 3 shows a possible embodiment for one of the insulating panels 5 wherein the thickness is in the longitudinal extent of the insulating plate 5 from a thickness d1 to a thickness d2 reduced to a slow transition from a heat insulating area 10 to a heat-permeable areas 9 to design.

Neben der Verwendung von gestuften, abgeschrägten oder anders gestalteten Isolierplatten 5, ist es auch möglich, innerhalb eines Rahmenfeldes 4 verschiedene Isolierplatten 5 mit unterschiedlichen Dicken einzusetzen, um eine über die Flächenerstreckung der Außenwand variierende Wärmedurchlässigkeit zu erreichen.In addition to the use of stepped, bevelled or differently shaped insulating panels 5 , it is also possible within a frame box 4 different insulating panels 5 to use with different thicknesses to achieve a varying over the surface extension of the outer wall heat permeability.

Die 4 zeigt ebenfalls in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung eine Ausführungsform für eine Isolierplatte 5, wobei ergänzend eine Verrippung 11 und Aussparungen 12 eingebracht wurden, um selektiv wärmedurchlässige Bereiche 9 zu bilden. Zudem ist der Grundkörper der Isolierplatte 5 wieder mit einer variablen Dicke zwischen Dicke d1 und d2 ausgestaltet, so dass auch komplexe Wärmedurchgangseigenschaften über die Fläche der Isolierplatte 5 erreicht werden können.The 4 also shows in a schematic three-dimensional representation of an embodiment of an insulating plate 5 , where supplementary a ribbing 11 and recesses 12 were introduced to selectively heat-permeable areas 9 to build. In addition, the main body of the insulating plate 5 again configured with a variable thickness between thickness d1 and d2, so that also complex heat transfer properties over the surface of the insulating plate 5 can be achieved.

Die 5 zeigt eine mögliche Befestigung einer der Isolierplatten 5 an der Stackendplatte 6 in einer schematischen Querschnittdarstellung. Die Stackendplatte 6 weist zur Anbindung einen Zapfen oder eine Rippe 13 auf, welche sich in den Zwischenraum zwischen den Deckfolien 7 oder anders gearteten Deckschichten der Isolierplatte 5 erstreckt, welche mittels einer Klebeverbindung 14 mit dem Zapfen bzw. der Rippe 13 fest verbunden sind.The 5 shows a possible attachment of one of the insulating plates 5 at the stack end plate 6 in a schematic cross-sectional view. The stack end plate 6 has a pin or a rib for connection 13 on, which is in the space between the cover sheets 7 or other types of cover layers of insulating 5 extends, which by means of an adhesive bond 14 with the pin or the rib 13 are firmly connected.

Die Isolierplatten 5 können prinzipiell auf den durch die Stackendplatte 6 und/oder den Profilen 3 gebildeten Rahmenfelder 4 eingeschweißt, angeklebt und/oder angeschraubt werden. Durch die Kombination von verschiedenen Fügeverfahren ist es möglich, einzelne Isolierplatten 5 lösbar bzw. andere Isolierplatten 5 des Isoliergehäuses 1 unlösbar mit der Rahmenstruktur des Isoliergehäuses 1 zu verbinden.The insulating panels 5 can in principle by the stack end plate 6 and / or the profiles 3 formed frame fields 4 welded, glued and / or screwed. By combining different joining methods, it is possible to use individual insulating panels 5 detachable or other insulating panels 5 of the insulating housing 1 insoluble with the frame structure of the insulating housing 1 connect to.

Die 6 zeigt eine Variation der 5, wobei die Deckfolien 7 bzw. Deckschichten einen Durchlass 15 aufweisen, durch den ein Schaumstoff in den Zwischenraum zwischen den Deckfolien 7 bzw. Deckplatten eingebracht werden kann und welcher die Isolierplatte 5 dann unlösbar mit den Zapfen bzw. Rippen 13 der Stackendplatte 6 verbindet.The 6 shows a variation of 5 , where the cover sheets 7 or cover layers a passage 15 through which a foam in the space between the cover sheets 7 or cover plates can be introduced and which the insulating plate 5 then unsolvable with the pins or ribs 13 the stack end plate 6 combines.

Statt der Isolierplatte 5 können durch die in den 5 und 6 gezeigte Fügegeometrie auch die Profile 3 an der Stackendplatte 6 befestigt werden.Instead of the insulating plate 5 can through the in the 5 and 6 shown joining geometry also the profiles 3 at the stack end plate 6 be attached.

Die 7 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform der Profile 3, welche als Eckprofile zwei Isolierplatten 5 in rechtwinkliger Anordnung miteinander verbinden. Das Profil 3 weist im Querschnitt einen quadratischen Grundriss auf, in dem sich ein ebenfalls quadratischer Kanal 16 erstreckt. Zwei Seiten des Profils sind durch Schenkel 17 und 18 verlängert, welche jeweils zusammen mit einer Seitenfläche des Grundkörpers eine rechtwinklige Aufnahme für die Isolierplatten 5 bilden. Die Isolierplatten 5 werden mittels einer Klebeverbindung 14 fixiert. Der Kanal 16 oder auch weitere Kanäle in den Isolierplatten 5 können zum Transport von gasförmigen oder flüssigen Medien bzw. zur Aufnahme von Kabel und/oder Leitungen eingesetzt werden, wobei die Kanäle bzw. andere Hohlkammern offen oder ausgeschäumt sein können.The 7 shows a first possible embodiment of the profiles 3 , which as Eckprofile two insulating panels 5 connect in a right angle arrangement. The profile 3 has a square plan view in cross-section, in which a likewise square channel 16 extends. Two sides of the profile are through thighs 17 and 18 extends, which together with a side surface of the body in each case a rectangular receptacle for the insulating 5 form. The insulating panels 5 be by means of an adhesive bond 14 fixed. The channel 16 or other channels in the insulating panels 5 can be used for transporting gaseous or liquid media or for receiving cables and / or lines, wherein the channels or other hollow chambers may be open or foamed.

Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Eckverbindung, wobei das Profil 3 zweiteilig ausgebildet ist. In dem Eckbereich ist ein erstes Kunststoffprofil 3a mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt angeordnet, welches durch ein L-Profil 3b, das von der Innenseite an die Isolierplatten 5 angelegt ist, verstärkt wird. Beide Profile 3a, b sind mit den Isolierplatten 5 verklebt.The 8th shows a further embodiment for a corner joint, wherein the profile 3 is formed in two parts. In the corner area is a first plastic profile 3a arranged with rectangular or square cross section, which by an L-profile 3b from the inside to the insulating panels 5 is created, is reinforced. Both profiles 3a , b are with the insulating panels 5 bonded.

Die 9 zeigt eine letzte Ausführungsform von einem Profil 3 für das Isoliergehäuse 1, wobei in dem Profil 3 Längsnuten 19 und 20 zur Aufnahme der Isolierplatten 5 eingebracht und z. B. verklebt sind. Die Profile 3 können durch Strangpressen oder Extrudieren hergestellt werden und sind bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet.The 9 shows a final embodiment of a profile 3 for the insulating housing 1 , being in the profile 3 longitudinal grooves 19 and 20 for receiving the insulating panels 5 introduced and z. B. are glued. The profiles 3 can be made by extrusion or extrusion and are preferably made of plastic.

Optionale Vorteile der Erfindung sind die einstellbaren, variablen Isolationseigenschaften der Isolierplatten 5, die variable Größe der Profilfelder 5 durch den Aufbau mittels der Profile 3, der EMV-taugliche Aufbau der Isolierplatten 5 durch Einbringung einer zusätzlichen Schirmschicht, der Möglichkeit, aus einzelnen Profilfeldern 5 komplexe Gehäuse aufzubauen. Zudem sind die Isolierplatten 5 weitgehend plane Bauteile und können z. B. mit einfachen Laminiertechniken aufgebaut werden, auch sind die Profile 3 kostengünstig, stranggepresst bzw. extrudiert zu erhalten.Optional advantages of the invention are the adjustable, variable insulation properties of the insulating panels 5 , the variable size of the profile fields 5 by the structure by means of the profiles 3 , the EMC-capable construction of insulating panels 5 by introducing an additional shield layer, the possibility of individual profile fields 5 build complex housing. In addition, the insulating panels 5 largely flat components and can, for. B. be built with simple laminating techniques, also the profiles 3 inexpensive to obtain extruded or extruded.

Die 10 zeigt eine stark schematisierte Blockdarstellung eines Brennstoffzellensystems 21, welches einen Brennstoffzellenstapel 22 mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 23 zeigt, welcher in dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Die Brennstoffzellen 23 sind in der 10 vertikal ausgerichtet angeordnet, so dass auf der linken Seite sich eine anodeneitige Endplatte 24 und auf der rechten Seiten eine katodenseitige Endplatte 25 des Brennstoffzellenstapels 22 ausbildet. Die Endplatten 24 bzw. 25 sind als monopolare Endplatten realisiert und dienen zugleich zur mechanischen Stabilisierung des Brennstoffzellenstapels 22.The 10 shows a highly schematic block diagram of a fuel cell system 21 which is a fuel cell stack 22 with a plurality of fuel cells 23 shows which in the housing 1 is arranged. The fuel cells 23 are in the 10 arranged vertically aligned so that on the left side there is an anode-side end plate 24 and on the right side, a cathode-side endplate 25 of the fuel cell stack 22 formed. The end plates 24 respectively. 25 are realized as monopolar end plates and also serve for the mechanical stabilization of the fuel cell stack 22 ,

Auf der rechten Seite zu dem Brennstoffzellenstapel 22 ist ein Befeuchter 26 angedeutet, welcher zur Befeuchtung der Arbeitsgase, insbesondere des Oxidanten und/oder des Brennstoffs ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Brennstoffzellenstapels 22 ist eine Heizeinrichtung 27 positioniert, welche ein Aufheizen des Brennstoffzellenstapels 22 beim Starten des Brennstoffzellensystems 21 ermöglicht. Ebenfalls schematisch angedeutet ist ein Wasserabscheider (Knock Out) 28 gezeigt, welcher die Aufgabe umsetzt, vorhandenes Wasser aus den Leitungen bzw. Komponenten 26, 27 des Brennstoffzellenstapels 22 oder des gesamten Brennstoffzellensystems 21 abzuscheiden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Positionierung der einzelnen Komponenten 22, 26, 27, 28 nur schematisch zu verstehen ist, es ist auch möglich, dass einige oder alle Komponenten anders angeordnet sind.On the right side to the fuel cell stack 22 is a humidifier 26 indicated, which is designed for humidifying the working gases, in particular the oxidant and / or the fuel. On the opposite side of the fuel cell stack 22 is a heating device 27 positioned, which is a heating of the fuel cell stack 22 when starting the fuel cell system 21 allows. Also schematically indicated is a water separator (knock out) 28 shown, which implements the task, existing water from the pipes or components 26 . 27 of the fuel cell stack 22 or the entire fuel cell system 21 deposit. It should be noted that the positioning of each component 22 . 26 . 27 . 28 it is also possible that some or all Components are arranged differently.

In dem unteren Teil der 10 ist ein Graph 29 gezeigt, welcher die Isolierwirkung des Isoliergehäuses 1 und insbesondere der zu dem Brennstoffzellenstapel 22 benachbarten und/oder angrenzenden Außenwand 30 schematisch repräsentiert.In the lower part of the 10 is a graph 29 shown which the insulating effect of the insulating 1 and in particular, to the fuel cell stack 22 adjacent and / or adjacent outer wall 30 represented schematically.

In einem dem Wasserabscheider 28 zugeordneten Bereich der Außenwand 30 ist die Isolierwirkung niedrig gewählt, so dass bei einem Abschalten des Brennstoffzellensystems 21 verbleibendes Wasser im Sinne einer Kühlfalle in den Wasserabscheider 28 gezogen wird. Der Bereich der Außenwand 30, welcher der Heizeinrichtung 27 zugeordnet ist, ist dagegen mit einer hohen Isolierwirkung ausgestattet, um den Energiebedarf bei dem Aufheizen des Brennstoffzellenstapels 22 möglichst gering zu halten. Von der anodenseitigen Endplatte 24 zu der kathodenseitigen Endplatte 25 ist die Isolierwirkung fallend ausgebildet, so dass bei einem Abschalten des Brennstoffzellensystems 21 verbleibendes Wasser in den einzelnen Brennstoffzellen 23 jeweils auf die Kathodenseite gezogen wird, wo es bei einem Einfrieren etc. einen geringeren Schaden anrichten kann als auf der Anodenseite.In a water separator 28 associated area of the outer wall 30 the insulation effect is chosen low, so that when switching off the fuel cell system 21 remaining water in the sense of a cold trap in the water separator 28 is pulled. The area of the outer wall 30 , which of the heater 27 is assigned, however, is equipped with a high insulation to the energy needs in the heating of the fuel cell stack 22 keep as low as possible. From the anode-side end plate 24 to the cathode-side end plate 25 is the insulating effect falling down, so that when switching off the fuel cell system 21 remaining water in the individual fuel cells 23 each time on the cathode side is pulled, where it can cause less damage to a freezing, etc. than on the anode side.

Im Bereich des Befeuchters 26 ist dagegen eine hohe Isolierwirkung realisiert, so dass verbleibendes Wasser von dem Befeuchter 26 zum Beispiel in den Wasserabscheider 28 abgezogen wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Isolierwirkungen zueinander als relative Größen zu verstehen sind. So kann es beispielsweise sein, dass die Isolierwirkung der Außenwand 30 im Bereich des Befeuchters 26 höher oder auch tiefer als die Isolierwirkung im Bereich der Heizeinrichtung 27 ist. Es ist jedenfalls bevorzugt, dass die Isolierwirkung der Außenwand 30 im Bereich des Wasserabscheiders 28 geringer als die Isolierwirkung der Außenwand der Heizeinrichtung 27 oder des Befeuchters 26 ausgebildet ist.In the area of the humidifier 26 In contrast, a high insulation effect is realized, so that remaining water from the humidifier 26 for example in the water separator 28 is deducted. It should be noted that the insulating effects to each other are to be understood as relative sizes. So it may be, for example, that the insulating effect of the outer wall 30 in the area of the humidifier 26 higher or lower than the insulating effect in the heater 27 is. In any case, it is preferred that the insulating effect of the outer wall 30 in the area of the water separator 28 less than the insulating effect of the outer wall of the heater 27 or the humidifier 26 is trained.

11: Isoliergehäuseinsulating
22: Aufnahmeraumaccommodation space
33: Profileprofiles
44: Rahmenfelderframe fields
55: Isolierplatteninsulation
66: Steck-End-PlattePlug-end plate
77: Deckfoliecover sheet
88th: Füllungfilling
99: wärmedurchlässiger Bereichheat-permeable Area
1010: wärmeisolierender Bereichheat-insulating Area
1111: Verrippungribbing
1212: Aussparungrecess
1313: Ripperib
1414: KleberGlue
1515: Durchlasspassage
1616: Kanalchannel
1717: Schenkelleg
1818: Schenkelleg
1919: Längsnutenlongitudinal grooves
2020: Längsnutenlongitudinal grooves
2121: BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
2222: Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
2323: Brennstoffzellenfuel cells
2424: anodenseitige Endplatteanode side endplate
2525: katodenseitige Endplattecathode side endplate
2626: Befeuchterhumidifier
2727: Heizeinrichtungheater
2828: Wasserabscheiderwater
2929: Graphgraph
3030: Außenwandouter wall

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 2003/0044663 A1 [0004] US 2003/0044663 A1 [0004]

Claims

Isoliergehäuse (1) für einen elektrochemischen Energiewandler, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit mindestens einer Außenwand, wobei die Außenwand durch mindestens eine Isolierplatte (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand in ihrer Flächenerstreckung Isolierbereiche (9, 10) mit zeitlich und/oder örtlich variierenden Isolierwirkungen aufweist, die durch die mindestens eine Isolierplatte (5) gebildet sind.Insulating housing ( 1 ) for an electrochemical energy converter, in particular for a fuel cell system, having at least one outer wall, wherein the outer wall by at least one insulating plate ( 5 ) is formed, characterized in that the outer wall in their areal extent insulating regions ( 9 . 10 ) having temporally and / or locally varying insulating effects, which by the at least one insulating ( 5 ) are formed.

Isoliergehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Isolierbereiche (9, 10) mit unterschiedlichen Isolierwirkungen an den Aufbau und/oder die Anordnung des Energiewandlers angepasst ist.Insulating housing ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the distribution of the insulating regions ( 9 . 10 ) is adapted with different insulating effects to the structure and / or the arrangement of the energy converter.

Isoliergehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand einen gemeinsamen Innenraum (2) begrenzt, in dem der Energiewandler angeordnet und/oder anordenbar ist.Insulating housing ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the outer wall has a common interior ( 2 ), in which the energy converter is arranged and / or can be arranged.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) mindestens einen Isolierbereich (10) mit einer höheren Isolierwirkung und/oder einen Isolierbereich (9) mit einer geringeren Isolierwirkung aufweist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) at least one isolation area ( 10 ) with a higher insulating effect and / or an insulating region ( 9 ) having a lower insulating effect.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Isolierwirkungen durch eine unterschiedliche Dicke (d1, d2) der Isolierplatte (5) und/oder durch einen unterschiedlichen inneren Aufbau der Isolierplatte (5) und/oder eine einfache oder mehrfache Aufdopplung umgesetzt ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the different insulating effects by a different thickness (d1, d2) of the insulating plate ( 5 ) and / or by a different internal structure of the insulating plate ( 5 ) and / or a single or multiple doubling is implemented.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) als ein Schicht- und/oder Laminatkörper ausgebildet ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) is formed as a layer and / or laminate body.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) ausgeschäumt und/oder als Vakuumpaneele ausgebildet ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) is filled with foam and / or designed as a vacuum panel.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) eine Abschirmschicht zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung aufweist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) has a shielding layer for shielding electromagnetic radiation.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte Mittel zur Erhöhung der Biegesteifigkeit aufweist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate has means for increasing the flexural rigidity.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rahmenkonstruktion aus Profilen (3), an denen die Isolierplatte (5) befestigt ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by a frame construction of profiles ( 3 ), on which the insulating plate ( 5 ) is attached.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (3) durch Strangpressen und/oder Extrudieren gefertigt sind.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the profiles ( 3 ) are produced by extrusion and / or extrusion.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Isolierplatte (5) und/oder in den Profilen (3) Kanäle (16) zum Transport von Fluiden und/oder zur Aufnahme von Versorgungssträngen angeordnet sind.Insulating housing ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the insulating ( 5 ) and / or in the profiles ( 3 ) Channels ( 16 ) are arranged for the transport of fluids and / or for receiving supply strands.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwand als eine Stackendplatte (6) eines Brennstoffzellenstapels ausgebildet ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an outer wall as a stack end plate ( 6 ) of a fuel cell stack is formed.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) mit den Profilen (3) und/oder die Stackendplatte (3) mit den Profilen und/oder mit der Isolierplatte (5) verklebt ist.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) with the profiles ( 3 ) and / or the stack end plate ( 3 ) with the profiles and / or with the insulating plate ( 5 ) is glued.

Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle Außenwände durch derartige Isolierplatten (5) und/oder Stackendplatten (6) auf einer Rahmenkonstruktion aus Profilen (3) gebildet sind.Insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that some or all outer walls are protected by such insulating plates ( 5 ) and / or stack end plates ( 6 ) on a frame construction of profiles ( 3 ) are formed.

Brennstoffzellensystem (21) mit dem Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (21) mindestens einen Brennstoffzellenstapel (22) mit einer anodenseitigen Endplatte (24) und mit einer kathodenseitigen Endplatte (25) aufweist, wobei die Isolierwirkung der den Brennstoffzellenstapel (22) isolierenden Außenwand (30) von der anodenseitigen Endplatte (24) zu der kathodenseitigen Endplatte (25) abnehmend ausgebildet ist.Fuel cell system ( 21 ) with the insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell system ( 21 ) at least one fuel cell stack ( 22 ) with an anode-side end plate ( 24 ) and with a cathode-side end plate ( 25 ), wherein the insulating effect of the fuel cell stack ( 22 ) insulating outer wall ( 30 ) from the anode-side end plate ( 24 ) to the cathode-side end plate ( 25 ) is designed to decrease.

Brennstoffzellensystem (21) mit dem Isoliergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (21) mindestens einen Befeuchter (26) zur Befeuchtung mindestens eines der Arbeitsgase bzw. deren Leitungen des Brennstoffzellensystems (21) und/oder einen Wasserabscheider (28) zur Entfeuchtung mindestens eines der Arbeitsgase bzw. deren Leitungen des Brennstoffzellensystems (21) und/oder eine Heizeinrichtung (27) zur Aufheizung eines oder des Brennstoffzellenstapels (22) aufweist, wobei die Isolierwirkung der die Komponenten isolierende Außenwand (30) so ausgebildet ist, dass dies bei dem Befeuchter (26) eine hohe Isolierwirkung und/oder bei dem Wasserabscheider (28) eine niedrige Isolierwirkung und/oder bei der Heizeinrichtung bei einem Start-Up aus dem kalten Zustand des Brennstoffzellensystems (21) eine hohe Isolierwirkung und/oder bei dem Betrieb des Brennstoffzellensystems eine niedrige Isolierwirkung aufweist.Fuel cell system ( 21 ) with the insulating housing ( 1 ) according to one of the preceding claims, preferably according to claim 16, characterized in that the fuel cell system ( 21 ) at least one humidifier ( 26 ) for moistening at least one of the working gases or their lines of the fuel cell system ( 21 ) and / or a water separator ( 28 ) for dehumidifying at least one of the working gases or their lines of the fuel cell system ( 21 ) and / or a heating device ( 27 ) for heating one or the fuel cell stack ( 22 ), wherein the insulating effect of the components insulating outer wall ( 30 ) is designed so that this at the humidifier ( 26 ) a high insulating effect and / or at the water separator ( 28 ) a low insulating effect and / or at the heater at a start-up from the cold state of the fuel cell system ( 21 ) has a high insulating effect and / or a low insulation effect during operation of the fuel cell system.

Brennstoffzellensystem (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatte (5) eine stellbare und/oder schaltbare Isolierwirkung aufweist.Fuel cell system ( 21 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating plate ( 5 ) has an adjustable and / or switchable insulating effect.