WO2009130142A1 - Energieversorgungsmodul mit brennstoffzellenstapel - Google Patents

Energieversorgungsmodul mit brennstoffzellenstapel Download PDF

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WO2009130142A1
WO2009130142A1 PCT/EP2009/054381 EP2009054381W WO2009130142A1 WO 2009130142 A1 WO2009130142 A1 WO 2009130142A1 EP 2009054381 W EP2009054381 W EP 2009054381W WO 2009130142 A1 WO2009130142 A1 WO 2009130142A1
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supply module
power supply
hydrogen
quick
gas
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PCT/EP2009/054381
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Inventor
Ulrich Kattner
Siegfried Limmer
Original Assignee
Futuree Fuel Cell Solutions Gmbh
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Publication date
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power supply module that can provide electric power from fuel cells, and to a power cabinet in which one or more power supply modules are installed.
  • Fuel cell stacks ie arrangements of several fuel cells of the same type to increase the voltage or the maximum current to be delivered, are not functioning alone as a power supply module. Fuel cells need more peripheral components and elements, so that the necessary supply media such as hydrogen and air, possibly also cooling water, can be made available to a sufficient extent, while often energy supply modules with fuel cells are additionally equipped with DC / DC converters, because the fuel cell stack a span large voltage swing depending on the current drawn.
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 Therefore, a mounting system is to be provided so that individual power supply modules are interchangeable, while the remaining power supply modules are still operable.
  • FIG. 5 shows both a
  • US 2003/0035985 Al different air duct concepts can be removed through a cabinet-like housing.
  • US 2003/0035985 Al focuses on the construction of a power cabinet with zinc-air batteries and only marginally touches the aspect of hydrogen-powered primary electrolyte membrane fuel cells.
  • fuel cell and fuel cell stack are used interchangeably in cases in which it is irrelevant whether a single or several cells are operated together.
  • a gas-powered power supply module interchangeably designed so that a cabinet with at least one corresponding power supply module is particularly simple and easy to build. For service and maintenance, an easy and fast assembly and disassembly of the power supply module in the cabinet is to be made possible.
  • the term cabinet means any kind of holder, frame or housing in which a power supply module according to the invention can be mounted or arranged.
  • the term front means the entire area of the power supply module, which can be reached by a person or an operator while in front of the front of the power supply module or a cabinet or a corresponding rack with his hands. It is particularly easy
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 replace a power supply module according to the invention, when the power transmission mechanism from the front, so the front side, is releasable.
  • the power supply module has at least one fuel cell stack with at least one fuel cell, preferably a fuel cell stack with polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM-Bz).
  • PEM-Bz polymer electrolyte membrane fuel cells
  • Polymer electrolyte membrane fuel cells which have a dry electrolyte can very effectively convert electrical energy from hydrogen and oxygen, which can be taken from the air, for example.
  • hydrogen can be introduced directly and directly or by a hydrogen carrier, for example in the form of a hydrocarbon compound.
  • the power module is designed to be mounted in a frame.
  • the frame or cabinet has a side where all interfaces such as hydrogen pipes with valves and couplings, ventilation ducts and electrical connectors run.
  • the side along which the hydrogen distribution pipe is routed is called the rear side.
  • To connect the power supply module to the hydrogen distribution line a gas quick coupling is provided.
  • the quick throttle can be released again.
  • To release a power transmission mechanism is provided.
  • the power transmission mechanism is to be triggered from a side other than the rear side, so to speak, from another side.
  • the power transmission mechanism with which the quick throttle coupling can be released may be, for example, an operating mechanism or a fixing means.
  • the fixing in this case fulfills a dual function, on the one hand with him the gas quick release is releasable and on the other it performs fixing function, in particular by the fuel cell module can be mounted in the frame so.
  • the actuation mechanism may include, for example, an engagement means such as a lever, knob, a specially designed tool, or a handle. Further, it may comprise a traction system or a sliding system, via which the gas quick coupling operated, in particular solved, can be.
  • an engagement means is provided.
  • a part of the engaging means is present offset from the front panel.
  • the engagement means is out of the front panel or is separated from the front panel.
  • the engagement means may be, for example, a release handle.
  • the engagement means may be, for example, a screw-in release handle. If a special screw thread is used for the screw connection, not every screw attachment can be used, so that only
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 Persons in possession of the correct means of engagement can trigger the actuating mechanism after screwing on a release handle. But once the operating mechanism has been made operable, it can be easily operated, inter alia, due to its arrangement. Thus, on the one hand, unauthorized triggering is avoided, while by authorized persons, the actuating mechanism can easily be triggered. At the same time, damage to the engaging means is prevented.
  • a screw-in release handle and a specially designed tool for example, a specially shaped Allen key or hexagon, a wrench or a hook, a lever, a tab, a knob, a slider or other handle provide.
  • a further alternative embodiment provides that the power transmission mechanism is a fixing means.
  • the front panel is thereby bolted directly to the mounting frame. By loosening the screws, the gas quick release is released.
  • the fixative has a dual function here: fixing the module and triggering the quick release gas coupling.
  • the gas quick coupling has a protruding, engaging in the other part part, which can be described as a male part.
  • the female part can be called a female part. It is favorable if the male part is mounted in the gas distribution pipe, while the female part of the gas quick coupling belongs to the energy supply module. He is part of the power supply module.
  • the connection from the operating mechanism to the quick-release gas coupling can be made possible by means of a pulling system.
  • the train system can be guided by rollers. By means of rollers, for example, a deflection can be made possible.
  • a train system and a translational mechanism may be provided.
  • sliding and / or rotating mechanisms are referred to as translational mechanisms.
  • the engagement means may be a self-retaining
  • the rotating mechanism In an engaged state, the rotating mechanism can remain in a self-holding or self-locking position. It can be, for example, a tab that the rotating mechanism can remain in a self-holding or self-locking position. It can be, for example, a tab that the rotating mechanism can remain in a self-holding or self-locking position. It can be, for example, a tab that the rotating mechanism can remain in a self-holding or self-locking position. It can be, for example, a tab that the
  • Turning mechanism triggers In the normally-off position, the rotation mechanism can exert a closing force on the high-speed hydrogen clutch. Should the closing force on the
  • Gas quick release be solved, for example by the operation, in particular pulling, pressing or turning, or moving the mechanism as a sleeve, so will from the self-locking
  • the uncoupled position is preferably free of force or with as little force as possible.
  • the pushing movement of the power supply module in the frame can be used simultaneously to overcome the necessary closing force, while for fast decoupling only a minimum release force is necessary, namely to trigger the rotary, pulling or sliding mechanism and to overcome the Einfahrrange of the male part of the gas quick coupling in the female part of the quick release gas coupling.
  • a spring can be used for power support.
  • the module has handles.
  • the engagement means may be part of these handles.
  • the Eingriffsmittei be arranged so low that the handles not disturbing, but protectively accompany the intervention neighbor or are arranged neighborly to this.
  • the smoothest possible front panel thus has only a few surveys, namely for the handles and for the engaging means on.
  • the removability of the engagement means can further reduce the likelihood of damage to the power module during transport.
  • the hydrogen-carrying side of the gas quick coupling is safe to close.
  • the gas quick coupling has a self-closing side.
  • the second side can also be self-closing.
  • the quick gas coupling has sealing rings. The easily diffusing gas, such as hydrogen, is safely held in the engaged high-speed gas coupling. If the gas quick coupling is an almost rotationally symmetrical component, in particular a tubular component, then the coupling and uncoupling process is particularly simple.
  • the pulling system can be equipped with a spring.
  • the spring can cause by their bias a preferred position of the tension system.
  • the preferred position is the closed holding position. Only when the spring force has been overcome, the train system and thus the throttle quick coupling can be changed or adjusted in a disconnected position.
  • actuation points can be present on the quick-release gas coupling. So that synchronous, simultaneous and coordinated can be done the engagement and disengagement of the gas quick coupling, the different points should be operated simultaneously.
  • a simultaneity can be made possible by a double rope system, a Y-Zugseilsystem or by a centrally-controlled pull rope as a release rope.
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 The energy supply module has in an advantageous embodiment only of such a size that not the complete cabinet is filled. Thus, an air duct remains between the cabinet inner wall and power supply module. If a lower, near-ground side is selected as the connection point, then escaping gases can easily be diluted, in particular in the case of rear ventilation, by means of an air stream present in the energy supply module.
  • One or more power modules may be mounted in a cabinet.
  • a cabinet is called due to its role as an energy source, as a power cabinet.
  • the cabinet can be used as a central battery system.
  • the mounting frame for at least one power supply module, preferably two or more power supply modules, is disposed in the cabinet so that the power supply module, when inserted and secured, leaves a certain distance.
  • the free space resulting from the clearance can be ventilated externally.
  • the free space can be referred to as deconcentration space.
  • the deconcentration space can thus be flowed through.
  • the flow through the deconcentration chamber can be further increased by overpressure or underpressure with additional air or by sucking off the air or a special inert gas in its effect.
  • the power supply module has a fuel cell stack.
  • the power supply module is housed in a housing with at least one front and one back.
  • the housing can be mounted in a frame.
  • the housing has a part of a coupling.
  • the part of the clutch is a quick throttle.
  • the fuel supply, which is in particular gaseous, is introduced via a coupling in the housing.
  • the housing thus comprises a part of the coupling.
  • the second part of the coupling, the counterpart, is located on the receiving device.
  • a part is on a back-plane, d. H. on the rear inner wall or on the rear inside of the power cabinet, and a part in the housing. It is particularly advantageous if the coupling is realized as a gas quick coupling.
  • a quick release gasket is a pipe fitting that can be brought into the coupled or uncoupled position by a few handles or steps.
  • the gas quick coupling is mounted in one embodiment on the back.
  • the quick throttle is releasable by a power transmission mechanism.
  • the power transmission mechanism transmits a movement of an operating mechanism.
  • the actuating mechanism is located on a side other than the quick throttle coupling.
  • the quick throttle is a quick release hydrogen.
  • the engagement means engages on both sides of a female side of the hydrogen quick coupling via a pulling system.
  • the engagement means manages to decouple the female side of the quick release hydrogen coupling by a pulling movement in the direction of the handle to the side of the quick coupling entering the female side.
  • the engagement means is a self-retaining mechanism.
  • the latching mechanism may assume a blocking position, such as a blocking position II, in a coupled condition.
  • the blocking position exerts a closing force on the hydrogen quick coupling.
  • the hydrogen quick coupling After release from the blocking position, the hydrogen quick coupling automatically falls into a decoupled position I.
  • the uncoupled position I is easier to capture.
  • the engagement means may be a self-retaining slider mechanism.
  • the blocking position, such as the blocking position II is advantageously a self-locking position. The release from the blocking position takes place through a sleeve.
  • the front panel has handles for carrying and inserting the power module into the frame. At least one handle is in alignment with the engagement means, such as a release handle, projecting out of the front panel.
  • the gas quick coupling when separated on the incoming side, drops a gate valve or blocking piston to close the hydrogen side into a pipeline.
  • the locking slide or the blocking piston is advantageously part of a valve.
  • the spring preload makes it possible to hold the tension system in a closed holding position, state II.
  • the train system changes only when force in a disconnected position, the state or the position I.
  • the train system is advantageously a cable system.
  • the female side of the quick release gasket is stationarily arranged near the ground in the region of the rear side of the energy supply module for an incoming side of the quick release gasket, so that the part of the quick disconnect gas inlet entering the energy supply module is a first connection component from the bottom.
  • the quick throttle is fixable via the power transmission mechanism.
  • the flow-through deconcentration chamber of the electricity cabinet is ventilated by external ventilation.
  • the flow-through deconcentration chamber surrounds the mounting frame.
  • At least part of the hydrogen quick coupling is disposed in an exhaust duct.
  • the exhaust air duct can be filled with additional air or an inert gas by overpressure or underpressure. The filling of the exhaust duct with the additional air or the inert gas serves to reduce the concentration of hydrogen in the hydrogen quick coupling.
  • the transmission mechanism can also rely on the housing of the power supply module.
  • the housing serves in one embodiment as a bearing for the mechanism.
  • the housing can also be part of the mechanism.
  • the housing is part of the transmission mechanism.
  • the housing is involved by the transmission mechanism in the power transmission.
  • the transfer mechanism is put into a functional state together with the housing.
  • the housing assists the transmission mechanism to apply the closing force to the quick disconnect clutch in the blocking position.
  • the gas such as the hydrogen
  • the tank can be arranged in the electricity cabinet.
  • the tank can be arranged in a correspondingly voluminous rear receiving space.
  • the rear storage room can form part of the electricity cabinet.
  • the rear storage room can communicate with air ducts.
  • Air ducts can be supply ducts.
  • Air ducts can be exhaust ducts.
  • the tanks can be arranged distributed inside the receiving space.
  • the tanks can each have a different capacity from each other.
  • the tanks may also at least partially have the same capacity. For example, if there is only one tank, the tank can fill the entire receiving space or at least a large part of the receiving space. By using at least one tank, the realization of mobile units succeeds.
  • Mobile energy supply systems with hydrogen tanks and electricity cabinets that can be flexibly equipped with energy supply modules are thus easy to implement.
  • the power transmission mechanism may have as an actuating mechanism an actuating means, for example in the form of a folding lever.
  • the actuating flap lever may be pivotally mounted on at least one side wall of the housing.
  • the folding lever can be locked by means of a locking means together with an engagement means in a specific pivot position.
  • the locking means is connected to the housing.
  • the locking means may be a ring or a hook.
  • the engagement means may be in two parts. A first part of the engagement means may be pivotally connected to the folding lever.
  • the first part of the engagement means may be a temple clamp.
  • the first part of the engagement means may also be a hook tensioner.
  • a second part of the engaging means may be connected to the rear receiving space.
  • the second part of the engagement means may consist of at least one attached to the rear receiving space, pivoting ring or such a hook.
  • Locking means, actuating means and engagement means are advantageously aligned along the closing force direction of the actuating mechanism.
  • the self-retaining mechanism In the locked pivot position of the actuating flap lever, the self-retaining mechanism is in its locking position. In the self-locking position, a closing force is exerted by means of force transmission from the locked actuating means via the housing to the quick-action gas coupling.
  • the locked pivot position of the folding lever is detachable.
  • the clamping mechanism may also consist of a handle pivotally mounted on the housing.
  • a first part of a two-part engagement means such as an annular tensioner or a hook tensioner, may be pivotally connected to the handle body of the handle at a distance from the pivot axis thereof.
  • the second part of the engagement means such as a hook or a ring, may be attached to a, in particular lateral, outer wall of the rear receiving space.
  • the actuating means such as the handle, together with the engagement means forms a quick release.
  • the handle can be locked by a locking means.
  • the locking means may be a ring attached to the housing or such hooks, etc.
  • the housing could comprise wedge means.
  • the wedge means could be inserted into the rear receiving space protruding.
  • the wedge means could comprise at least one interlocking means, such as a kind of barb.
  • the barb of a wedge means could form a positive connection in the blocking position with a correspondingly shaped recess on an inner wall of the rear receiving space.
  • the recess is advantageously an opening in a side wall of the rear receiving space.
  • the positive connection is solvable.
  • the positive connection could for example be solvable that the wedge means are arranged on flexible tabs of the housing.
  • the flexibility of the wedge pocket allows easy ejection of the positive locking means from the receiving openings.
  • the pushing out of a wedge pocket can be accomplished with an actuating mechanism from the front.
  • the wedge-pocket mechanism is self-holding and easily detachable.
  • the invention is characterized in that a gas quick coupling is partially fixedly arranged on the edge of the housing of the power supply unit.
  • the counterpart of the gas quick coupling is located in the extension of the supply pipe and opens in the engaged state in the gas quick coupling.
  • the cabinet can be equipped with fuses, switch modules and control modules to control or regulate information or currents.
  • the energy supply aspect is in the foreground in the case of a power cabinet. H. the supply of a consumer or consumer network with electrical energy or electricity.
  • forced ventilation a device or a room, such as an electrical device or a Dekonzentrationsraum, cooled by a separate device.
  • the separate device is sometimes referred to as a forced cooling fan or forced ventilation unit.
  • tool as engagement means a tool that is shaped so that it on the one hand from the operating side, ie the front of the power supply module or the power cabinet for an operator easily and safely manageable , in particular, is releasable while, on the other hand, it is conformed to the power transmission mechanism in its specific shape.
  • FIG. 1 shows a power supply module oblique view
  • FIG. 2 shows a power supply module from the opposite side to the view in FIG. 1 in FIG.
  • Figure 4 shows a power supply module with a Switzerlandseilsystem in (partial) sectional view
  • Figure 4 shows a power module of another embodiment in an oblique view
  • Figure 5 shows the power supply module of Figure 4 in (partial) sectional view of a frame
  • Figure 6 shows a power cabinet according to the invention
  • FIG Figure 7 shows another embodiment of the power module with three hydrogen tanks and an alternative power transmission mechanism
  • Figure 8 shows another embodiment of the power module with a hydrogen tank and another alternative power transmission mechanism.
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 In the figures, an actuating mechanism is shown as an embodiment of a power transmission mechanism. Another embodiment will be described below.
  • Figure 1 shows a power supply module 50 which is designed box-shaped.
  • the box-shaped power supply module 50 is provided with terminals and openings at least on one side to lead terminal components such as a hydrogen pipe 87 into the power supply module 50 in which the fuel cell is provided.
  • the box-shaped structure of the power supply module 50 ensures that the power supply module 50 has a back 71 and a front 73.
  • the power supply module 50 has such a size that the backside is difficult to reach.
  • the power supply module 50 is intended to be mounted in a cabinet that is to be operated as a power source cabinet such as a central battery cabinet. Further aggravating is added that the gas quick coupling or at least a portion of the gas quick coupling is disposed within the power supply module.
  • mounting holes 83 are arranged at different locations, by the fastening means, for. B. for a mounting frame, are push-through.
  • the mounting holes 83 on the front 73 are present.
  • elongated pages 75 are provided, which are compared to the width and height of the front panel 69 reset, designed to run more closely.
  • the elongate housing of the power supply module 50 has, in addition to numerous other pages 75, a side which is assigned to the area near the floor 77.
  • the hydrogen line 87 which can be configured as a central distribution line with stub lines (in the sense of a rail), is guided into the power supply module 50 on the rear side, ie the rear side 71, in the area near the ground.
  • various handles 79, 81 are mounted, with which the power supply module can be supported and moved.
  • a part of the actuating mechanism 59 Arranged on the front plate 69, or alternatively in the region of the front plate 69 (not shown), is a part of the actuating mechanism 59.
  • the actuating mechanism 59 is designed in several parts. At least part of the actuating mechanism 59 is offset.
  • a suitable, removable engagement means such as a handle 63, which is a release handle in the illustrated case, the decoupling of the power supply module 50 from the hydrogen line 87 can be effected.
  • the handle 63 can be separated from the remaining actuating mechanism 59, for. B. by unscrewing.
  • the power supply module 50 can be moved to its destination position.
  • the power supply module 50 can be pulled out of its operating position again.
  • FIG. 2 shows a power supply module 50 from a perspective deviating from the representation of FIG. 1.
  • the power supply module 50 has six sides 75, one side of which is covered by the front panel 69.
  • the front panel 69 has laterally penetrating mounting holes 83 for mounting the power module 50.
  • the power module 50 is preferably to be attached to the front 73.
  • the gas quick coupling 53 consists of a female part, the female side 55, and a male part, the male side 57th , together.
  • the arrangement of the female side 55 of the gas quick coupling in the rear side of the power supply module 50 is advantageousously, the arrangement of the female side 55 of the gas quick coupling in the rear side of the power supply module 50.
  • the male side 57 of the gas quick coupling 53 can be easily close inside.
  • the female side 55 of the gas quick coupling 53 may be equipped with a hydrogen lock for the decoupled state.
  • the sides 55, 57 of the hydrogen quick coupling also vice versa, namely the male side 57 on the back 71 of the power supply module 50, are placed.
  • FIG. 3 shows a power supply module 50 in a partially sectioned view from one side.
  • a gas quick coupling 53 via screw or crimp.
  • the power supply module 50 may further connection components 51 z. B. on its back.
  • a releasable handle 63 disposed below a handle 81 serving as a carrying handle may transmit its movement to the quick disconnect gas coupling 53 via an engaging means 61 such as a pulling system 65.
  • the pulling system 65 is a double cable pulling system, so that at least two points of the gas quick coupling 53, the movement in the gripping direction 67 from the handle 63 to the gas quick coupling 53 can be transmitted.
  • the handle 81 and the mounted release handle 63 are aligned with each other.
  • Figure 4 shows a different type of actuation mechanism 59 of a power supply module 50.
  • the actuation mechanism 59 is characterized by two positions I, II, one position of which is a released position I and the other position is a self-locking position II.
  • the slider 64 By a sliding movement, the slider 64 can be moved from the first position I to the second position II.
  • a spring or other biasing system By a spring or other biasing system can be one of the two positions I, II determined as a regular position.
  • the outward-facing engagement means 61 is in the vicinity of the mounting holes
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 83 disposed on a side of the end face of the power supply module 50. It is advantageous if the slider 64 is disposed in the vicinity of one of the two carrying handles 79, 81. If the slider 64 leaves enough space for the gripping around of the handle 63, then some protection emanates from the more stable handle 81 for the handle 63.
  • FIG. 5 shows a side view of a power supply module 50 in an embodiment according to FIG. 4 with a remote hydrogen line 87.
  • the hydrogen pipe may be guided in a cabinet 1 according to embodiment Figure 6 so that when the power supply module 50 to the mounting frame 3, the gas quick coupling 53 automatically and automatically reaches the closed position. Beyond the gas quick coupling 53, the hydrogen line 87 is continued within the power supply module 50.
  • the gripping direction 67 is rotated relative to the gripping directions described above, it extends perpendicularly to the extension direction of the energy supply module 50.
  • a grip 63 allows the movement in the gripping direction 67.
  • One of a plurality of grips 81 engages in the insertion of the energy supply module 50 attached to the power supply module 50.
  • the actuating mechanism or its front end extends beyond the front panel in the front region of the power supply module 50.
  • the handle 63 is a plug-in handle with a special shape, so that it can be inserted into the socket nut of the actuating mechanism.
  • a plurality of energy supply modules 50 according to the invention can be arranged next to or above one another in a power cabinet 1 according to FIG.
  • the power cabinet 1 offers due to its standardized thrust rail 5, which is part of the mounting frame 3, exchangeable space for various power modules 50, z. As well as secondary batteries, rectifiers, inverters, control modules or circuit breakers. If a power supply module 50 is at its destination, fasteners 85 may be pushed through the front panel and mounting frame mounting holes 83 to connect the power supply module 50 to the cabinet. For this purpose, the power supply module 50 can first be fixed in the cabinet via the power transmission mechanism.
  • the electrical cabinet 1 may moreover cabinet doors 9 and aperture 11, 13, so that a total of a complete compact unit is formed.
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 Befest TrentsmitteLn 85 is removal of a part of the engaging means 61, a removal of a power supply module 50 on the handles 79, 81 difficult to accomplish.
  • the air ducts in the cabinet can also be arranged differently than described above.
  • the two openings on the top of the cabinet serve the supply and exhaust air.
  • the opening provided with reference numeral 7 can accommodate the electrical and control lines in the alternative embodiment.
  • a further alternative embodiment of a power transmission means can be described with reference to the figures.
  • the fastening means 85 such as. As screws serve.
  • the power supply modules 50 are attached to the mounting frame 3. They thus have fixing function.
  • the alternative embodiment now provides that by loosening the fastening means 85, the rear-mounted hydrogen quick coupling is released.
  • the illustrated invention makes it possible to design a cabinet with fuel cell-based power supply modules with back supply, in particular hydrogen supply, which is easy to operate to the front and at the same time reliable.
  • FIG. 7 shows a power supply module 50 with three tanks 89 inserted into a power cabinet (not shown) and fastened therein.
  • the power supply module 50 is held at a rear receiving space 91 by means of an alternative power transmission mechanism.
  • the housing of the power supply module 50 is part of the transmission mechanism.
  • the housing is involved by the transmission mechanism in the power transmission.
  • the transfer mechanism is put into a functional state together with the housing.
  • the housing supports the transmission mechanism to exert the closing force on the gas quick coupling 53 in the illustrated blocking position II.
  • the hydrogen is directed from the tanks 89 into the power supply module 50 with the gas quick coupling 53 engaged.
  • the tanks 89 are arranged in the electricity cabinet.
  • the tanks 89 are arranged in a correspondingly voluminous rear receiving space 91. Rear
  • Receiving space 91 forms part of the power cabinet.
  • the rear receiving space 91 can with
  • Air ducts communicate. Air ducts are supply ducts or exhaust ducts. There are several small tanks 89 available. The tanks are arranged distributed in the interior of the receiving space 91. The tanks 89 all have the same capacity. By using the tanks 89 of the
  • Electricity cabinet or the power supply module 50 are used as a mobile unit.
  • FIG. 7 thus provides, as does the further embodiment of FIG. 8 described below
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 easily realizable mobile energy supply system with hydrogen tanks and flexible with energy supply modules can be equipped power cabinet.
  • the power cabinet is scalable for the respective application.
  • smaller cabinet-type units can also be realized than for stand-alone solutions.
  • the electrical cabinets can be so small that a human or a load animal or a load robot can transport the electrical cabinet without additional motor, such as combustion or electromotive aids.
  • the units can even be so small that they fit in a jacket pocket, for example for the power supply of mobile phones or portable satellite navigation systems.
  • For mobile cabinets to be transported by truck correspondingly larger or larger units can be realized.
  • the power transmission mechanism is formed in the embodiment shown in Figure 7 as an actuating mechanism having an actuating means.
  • the actuating means 59 is here a folding lever 59.
  • the actuating folding lever 59 is pivotally mounted on two opposite side walls of the housing.
  • the folding lever 59 can be locked by means of a locking means 92 together with the engagement means 61 in a specific pivot position.
  • the locking means 92 is connected to the housing.
  • the locking means 92 is here a ring.
  • the engagement means 61 is formed in two parts.
  • a first part 93 of the engaging means 61 is pivotally connected to the folding lever 59.
  • the first part 93 of the engagement means 61 is an ironing clamp.
  • the first part 93 of the engagement means 61 could also be a hook tensioner.
  • a second part 95 of the engaging means 61 may be connected to the rear receiving space 91.
  • the second part 95 of the engaging means 61 is a hook attached to the rear receiving space 91.
  • the locking means 92, the actuating means 59 and the engagement means 61 are aligned along the closing force direction of the actuating mechanism.
  • pivoted position of the actuating lever 59 is the self-holding mechanism in its blocking position II.
  • self-locking position II is applied by means of power transmission from the locked actuating means 59 via the housing on the gas quick coupling 53 a closing force.
  • the locked pivot position of the folding lever 59 is releasable.
  • FIG. 8 two alternative, mutually mirrored clamping mechanisms can be seen.
  • a tensioning mechanism is located on each side wall of the power supply module 50.
  • the tensioning mechanism shown in Figure 8 above is shown in an unlocked state.
  • the second clamping mechanism is shown in the locked state on the opposite side wall.
  • the tensioning mechanism in FIG. 8 comprises a handle 59 pivotably attached to the housing.
  • the handle body of the handle 59 is spaced from the pivot axis of the handle 59
  • FCS 09015 WO 14.04.2009 Handle 59 a first part 93 of a two-part engagement means 61 pivotally connected.
  • the engagement means 61 here comprises a ring tensioner.
  • the second part 95 of the engaging means 61 is a hook 95.
  • the hook 95 is fixed to a lateral outer wall of the rear accommodating space 91.
  • the operating handle means 59 together with the engaging means 61 together form a quick release.
  • the handle 59 can be locked by a locking means 92.
  • the locking means 92 is a ring attached to the housing.
  • fasteners such as screw or pin

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungsmodul., ein Energieversorgungssystem und einen Stromschrank. Das Energieversorgungsmodul mit Brennstoffzellenstapel, insbesondere aus Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen, die auf Basis eines Gases wie Wasserstoff eine elektrische Energieumsetzung durchführen, ist in einem Gehäuse angeordnet, das in einem Rahmen montierbar ist. Eine rückseitige Gasschnellkupplung ist durch einen Kraftübertragungsmechanismus, der sich an einer anderen Seite als die Gasschnellkupplung befindet, lösbar. Der Stromschrank weist zumindest ein erfindungsgemäßes Energieversorgungsmodul auf. Der Stromschrank weist einen Montagerahmen auf, der von Seitenwänden des Stromschrankes beabstandet ist. In den Montagerahmen ist wenigstens ein Energieversorgungsmodul einschiebbar und befestigbar. Vorzugsweise umschließt ein durchströmbarer Dekonzentrationsraum den Montagerahmen. Der Dekonzentrationsraum ist fremdbelüftet.

Description

ENERGIEVERSORGUNGSMODUL MIT BRENNSTOFFZELLENSTAPEL
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungsmodul., das elektrische Energie aus Brennstoffzellen zur Verfügung stellen kann, und auf einen Stromschrank, in dem eines oder mehrere Energieversorgungsmodule eingebaut sind.
Stand der Technik
Brennstoffzellenstapel, also Anordnungen von mehreren Brennstoffzellen gleichen Typs zur Steigerung der Spannung oder des maximal abzugebenden Stromes, sind alleinstehend als Energieversorgungsmodul nicht funktionstüchtig. Brennstoffzellen brauchen weitere Peripheriebauteile und -elemente, damit die notwendigen Versorgungsmedien wie Wasserstoff und Luft, ggf. auch Kühlwasser, in ausreichendem Maße zur Verfügung gestellt werden können, während häufig Energieversorgungsmodule mit Brennstoffzellen zusätzlich mit DC/DC-Wandlern ausgestattet werden, weil die Brennstoffzellenstapel einen großen Spannungshub in Abhängigkeit des gezogenen Stromes überspannen. Daher ist es üblich, wie zum Beispiel in der DE 199 64 497 Al (Anmelderin: Siemens AG; Anmeldetag: 10.03.1999) oder der DE 10 2006 049 031 (Anmelderin: FutureE Fuel Cell Solutions GmbH; Anmeldetag: 13.10.2006) jeweils ausführlich beschrieben, ein Gehäuse um die einzelnen, der Brennstoffzelle zugerechneten Peripheriebauteile zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel aufzubauen. Je nach Gestaltung des Energieversorgungsmoduls sind unterschiedliche Schnittstellen vorzusehen. Weil PEM-Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellen mit in einer Matrix fixiertem Elektrolyten) besonders gerne mit Wasserstoff betrieben werden, wobei alternativ auch andersartige Kohlenwasserstoffgase für Brennstoffzellenstapel verwendbar sind, ist irgendwo eine Wasserstoffquelle oder sonstige Reaktandenquelle wie zum Beispiel eine Methanquelle vorzusehen. Der Umgang mit Wasserstoff erzeugt Schwierigkeiten, sodass dieser bei einigen Betrachtungen, wie zum Beispiel in der DE 199 64 497 Al schlichtweg ausgeblendet wird.
Trotz alledem laufen insbesondere bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen viele Bestrebungen dahin, einen Rahmen, einen Schrank oder ein Rack, wie zum Beispiel in der DE 10 2006 010 714 B4 (Patentinhaberin: Rittal GmbH & Co. KG; Anmeldetag: 08.03.2006) beschrieben, zu verwenden, in dem mehrere Energieversorgungsmodule montierbar sind, um bei Ausfall eines Energieversorgungsmoduls den als Stromschrank zu bezeichnenden, elektrische Energie abgebenden Schrank bzw. Montierrahmen weiterhin als unterbrechungsfreie Stromversorgung einsetzen zu können. Die an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gestellten Anforderungen, insbesondere in Bezug auf die Mindestbetriebszeit, lassen sich teilweise nicht durch übliche Energieversorgungsmodule mit Brennstoffzellen garantieren.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Daher ist ein Montagesystem so zu schaffen, dass einzelne Energieversorgungsmodule austauschbar sind, während die übrigen EnergieversorgungsmoduLe weiterhin betreibbar sind.
Eine kritische Stelle zur Realisierung solcher wunschgemäßer Systeme ist die Gasanbindung. Insbesondere bei Wasserstoff wird eine Freigabe für Energieliefereinheiten wie Schränke, Rahmen, Racks und Kisten durch einschlägige technische Überwachungsvereine nur dann ausgesprochen, wenn der
Austauschvorgang möglichst gefährdungsfrei und risikoarm durchführbar ist. Gleichzeitig soll der
Austauschvorgang möglichst zügig durchführbar sein. Zwar sind schon zahlreiche
Schnellkupplungssysteme bekannt, manche betrachten aber nur die sichere Herstellbarkeit der Verbindung in möglichst kurzer Zeit, während einige andere Schnellkupplungssysteme auch die
Lösbarkeit erörtern. Aus den unzähligen Schnellkupplungssystemen, die erhältlich sind und auch beschrieben werden, seien beispielhaft die folgenden Beschreibungen erwähnt:
DE 698 06 482 T2 (Patentinhaberin: ITT Manufacturing Enterprises Inc.; Prioritätstag: 23.04.1997), DE 10 2005 034 181 B3 (Patentinhaberin: Poloplast GmbH & Co. KG; Anmeldetag: 21.07.2005),
DE 10 2006 030 428 Al (Anmelderin: TI Group Automotive Systems, LLC; Prioritätstag: 30.06.2005) und DE 60 2004 00 434 T2 (Patentinhaberin: COMAP; Prioritätstag 02.10.2003).
In den grafischen Wiedergaben der US 2004/0043274 Al (Figuren 1 bis 3) ist ein kompletter Energieversorgungsschrank gezeigt, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel in den Figuren 4 und 5, ein zweites Ausführungsbeispiel in Figur 6 und ein drittes Ausführungsbeispiel in den Figuren 7 und 8 dargelegt ist. Bezüglich der Wasserstoffanbindungen auf den Rückseiten zeigt Figur 5 sowohl eine
Versorgungsleitung 91 als auch eine Wasserstoffrückführungsleitung 93. In Figur 6 gibt es nur einen
„fuel coupler" 214. Ähnlich ist die Darstellung in Figur 8 mit dem Brennstoffverbinder 315. Der Figurenbeschreibung ist in Absatz 26 auf Seite 3 zu entnehmen, dass 91 ein „hydrogen feed coupler" sein kann. Aus Absatz 37 lässt sich der Modulrahmen 71 und die Montierbarkeit der einzelnen
Brennstoffzellenstapel 110, 201 und 301 in dem Rahmen entnehmen. Die US 2004/0043274 Al offenbart somit nirgendwo eine Schnellkupplungslösung. Es ist in der US 2004/0043274 Al nachteiligerweise keine näher beschriebene Lösung angegeben, wie die Wasserstoffleitungen weitergeführt sind.
Der US 2003/0035985 Al sind unterschiedliche Luftführungskonzepte durch ein schrankartiges Gehäuse entnehmbar. Die US 2003/0035985 Al rückt den Aufbau eines Stromschranks mit Zink-Luft-Batterien in den Vordergrund und streift den Aspekt der wasserstoffbetriebenen Primärelektrolytmembranbrennstoffzellen nur am Rande. Bezüglich der
Wasserstoffversorgungsleitungsanbindung sind nachteiligerweise keine detaillierten Ausführungen direkt aus dem Dokument ableitbar.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 In der EP 1 675 200 A2 wird in Absatz 39 die Wasserstoffversorgung angesprochen. Die mechanische Verbindung nach Absatz 24 wird exemplarisch durch eine Swagelok-SchneUkupplung in Absatz 23 zur Ausführung gestellt. In Figur 2 sind rahmenartige Einfassungen 1 und 3 gezeichnet, die als einzelne Module bezeichnet sind. Über die gewählte Befestigungstechnik zwischen den einzelnen Modulen 1 und 3 lässt sich nachteiligerweise wenig entnehmen.
Die zuvor aufgeführten Schnellkupplungssysteme werden in Bezug auf ihre Dichtungs-, Kupplungs- und Anordnungsbeschreibung durch ihre Benennungen vollinhaltlich in vorliegende Beschreibung inkorporiert.
Im Rahmen dieser Offenbarung werden die Begriffe Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel in den Fällen synonym gebraucht, in denen es unbeachtlich ist, ob eine einzelne oder mehrere Zellen zusammengefasst betrieben werden.
Aufgabenstellung
Es ist eine Anbindungsmöglichkeit vorzuschlagen, die ein gasbetriebenes Energieversorgungsmodul in austauschbarer weise so gestaltet, dass besonders einfach und leicht ein Schrank mit wenigstens einem entsprechenden Energieversorgungsmodul aufbaubar ist. Für Service und Wartung soll eine leichte und schnelle Montage und Demontage des Energieversorgungsmoduls im Schrank ermöglicht werden. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung wird mit dem Begriff Schrank jede Artvon Halterung, Rahmen oder Gehäuse bezeichnet, in dem ein erfindungsgemäßes Energieversorgungsmodul montierbar oder anordenbar ist.
Erfindungsbeschreibung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Energieversorgungsmodul nach Anspruch 1 und durch einen Stromschrank nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Leichte Bedienbarkeit von der Vorderseite fördert die Akzeptanz für unterbrechungsfreie Stromversorgungen, die mit Brennstoffzellenmodulen realisiert sind. Dabei ist mit dem Begriff Vorderseite der gesamte Bereich des Energieversorgungsmoduls gemeint, der von einer Person oder einem Bediener bei einem Aufenthalt vor der Frontseite des Energieversorgungsmoduls oder eines Schranks oder eines entsprechenden Racks mit den Händen erreichbar ist. Besonders einfach lässt sich
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FCS 09015 WO 14.04.2009 ein erfindungsgemäßes Energieversorgungsmodul austauschen, wenn der Kraftübertragungsmechanismus von der Vorderseite, also der Frontseite, ausLösbar ist.
Das Energieversorgungsmodul hat wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einen Brennstoffzellenstapel mit Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen (PEM-Bz).
Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen, die einen trockenen Elektrolyten haben, können sehr effektiv aus Wasserstoff und Sauerstoff, der zum Beispiel der Luft zu entnehmen ist, elektrische Energie umsetzen. Hierzu kann Wasserstoff direkt und unmittelbar oder durch einen Wasserstoffträger, zum Beispiel in Form einer Kohlenstoffwasserstoffverbindung eingeleitet werden. Das Energieversorgungsmodul ist so gestaltet, dass es in einem Rahmen montiert werden kann. Der Rahmen bzw. der Schrank hat eine Seite, an der sämtliche Schnittstellen wie Wasserstoffrohre mit Ventilen und Kupplungen, Lüftungsschächte und elektrische Stecker verlaufen. Die Seite, auf der das Wasserstoffverteilrohr entlang geführt ist, wird als rückwärtige Seite bezeichnet. Zur Anbindung des Energieversorgungsmoduls an die Wasserstoffverteilleitung ist eine Gasschnellkupplung vorgesehen. Die Gasschnellkupplung kann wieder gelöst werden. Zum Lösen ist ein Kraftübertragungsmechanismus vorgesehen. Der Kraftübertragungsmechanismus ist von einer anderen Seite als der rückwärtigen Seite auszulösen, sozusagen andersseitig.
Der Kraftübertragungsmechanismus, mit dem die Gasschnellkupplung gelöst werden kann, kann beispielsweise ein Betätigungsmechanismus oder ein Fixiermittel sein. Das Fixiermittel erfüllt in diesem Fall eine Doppelfunktion, zum einen ist mit ihm die Gasschnellkupplung lösbar und zum anderen erfüllt es Fixierfunktion, insbesondere indem das Brennstoffzellenmodul in dem Rahmen damit befestigt werden kann. Der Betätigungsmechanismus kann zum Beispiel ein Eingriffsmittel wie einen Hebel, Knopf, ein speziell gestaltetes Werkzeug oder einen Griff umfassen. Weiter kann er ein Zugsystem oder ein Schiebesystem umfassen, über welches die Gasschnellkupplung betätigt, insbesondere gelöst, werden kann.
Zum Auslösen des Kraftübertragungsmechanismus, insbesondere des Betätigungsmechanismus, ist ein Eingriffsmittel vorgesehen. Ein Teil des Eingriffsmittels ist aus der Frontplatte abgesetzt vorhanden. Das Eingriffsmittel steht aus der Frontplatte heraus bzw. ist von der Frontplatte abgetrennt. Das Eingriffsmittel kann zum Beispiel ein Lösegriff sein. Zur Sicherheit und zur Vermeidung von unbeabsichtigten Entkupplungen ist das Eingriffsmittel so gestaltet, dass nur unter erhöhtem Aufwand, somit bewusst, das Eingriffsmittel bedienbar gemacht werden kann. Das Eingriffsmittel kann zum Beispiel ein einschraubbarer Lösegriff sein. Wird für die Schraubverbindung ein besonderes Schraubgewinde verwendet, so lässt sich nicht jeder Schraubaufsatz verwenden, sodass ausschließlich
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Personen, die im Besitz des richtigen Eingriffsmittels sind, den Betätigungsmechanismus nach Anschrauben eines Lösegriffes auslösen können. Sobald aber der Betätigungsmechanismus bedienbar gemacht worden ist, lässt er sich unter anderem aufgrund seiner Anordnung leicht betätigen. So ist auf der einen Seite ein unautorisiertes Auslösen vermieden, während durch autorisierte Personen der Betätigungsmechanismus leicht ausgelöst werden kann. Gleichzeitig wird einer Beschädigung des Eingriffsmittels vorgebeugt.
Alternativ lässt sich anstelle eines einschraubbaren Lösegriffs auch ein speziell gestaltetes Werkzeug, zum Beispiel ein besonders geformter Inbus oder Innensechskant, ein Schraubenschlüssel oder ein Haken, ein Hebel, eine Lasche, ein Knopf, ein Schieber oder ein sonstiger Griff vorsehen.
Eine weitere alternative Ausführungsform sieht vor, dass der Kraftübertragungsmechanismus ein Fixiermittel ist. Die Frontplatte wird hierdurch direkt an dem Montagerahmen angeschraubt. Durch Lösen der Schrauben wird die Gasschnellkupplung gelöst. Das Fixiermittel hat hier also Doppelfunktion: Fixieren des Moduls und Auslösen der Gasschnellkupplung.
Von der Seite, wo das Eingriffsmittel angeordnet ist, bis zu der Seite, wo die Gasschnellkupplung angeordnet ist, ist ein Übertragungsmechanismus innerhalb oder an dem Energieversorgungsmodul vorzusehen, der direkt oder indirekt auf die Gasschnellkupplung wirkt. Die Gasschnellkupplung hat einen hervortretenden, in den anderen Teil eingreifenden Teil, der als männlicher Teil zu bezeichnen ist. Der aufnehmende Teil kann als weiblicher Teil bezeichnet werden. Günstig ist es, wenn der männliche Teil in dem Gasverteilrohr angebracht ist, während der weibliche Teil der Gasschnellkupplung zum Energieversorgungsmodul gehört. Er ist Teil des Energieversorgungsmoduls. Die Verbindung vom Betätigungsmechanismus zur Gasschnellkupplung kann über ein Zugsystem ermöglicht werden. Das Zugsystem kann rollengeführt sein. Mittels Rollen kann zum Beispiel eine Umlenkung ermöglicht werden. Wird das Eingriffsmittel betätigt, so wird auf wenigstens einen Teil, weiblich oder männlich, der Gasschnellkupplung eingegriffen, um das Energieversorgungsmodul abzutrennen.
Ergänzend oder alternativ kann anstelle eines Zugsystems auch ein translatorischer Mechanismus vorgesehen sein. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung werden Schiebe- und/oder Drehmechanismen als translatorische Mechanismen bezeichnet. Das Eingriffsmittel kann ein selbsthaltender
Drehmechanismus sein. In einem eingekuppelten Zustand kann der Drehmechanismus in einer selbst haltenden oder selbst sperrenden Stellung verharren. Es kann zum Beispiel eine Lasche sein, die den
Drehmechanismus auslöst. In der selbstsperrenden Stellung kann der Drehmechanismus eine Schließkraft auf die Wasserstoffschnellkupplung ausüben. Soll die Schließkraft auf die
Gasschnellkupplung gelöst werden, zum Beispiel durch die Betätigung, insbesondere Ziehen, Drücken oder Drehen, oder das Verschieben des Mechanismus wie eine Hülse, so wird aus der selbstsperrenden
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Stellung herausgefahren und die Gasschnellkupplung gelangt in eine entkuppelte Stellung. Die entkuppelte Stellung ist vorzugsweise kraftfrei bzw. mit möglichst wenig Kraft zu erreichen. Durch diesen Ablauf kann zum Beispiel die Schubbewegung des Energieversorgungsmoduls in den Rahmen gleichzeitig zur Überwindung der notwendigen Schließkraft benutzt werden, während für das schnelle Entkuppeln nur eine minimale Lösekraft notwendig ist, nämlich zum Auslösen des Dreh-, Zieh- oder Schiebemechanismus und zur Überwindung der Einfahrstrecke des männlichen Teils der Gasschnellkupplung in den weiblichen Teil der Gasschnellkupplung. Zur Kraftunterstützung kann eine Feder verwendet werden .
Damit das Energieversorgungsmodul leicht montiert werden kann und darüber hinaus leicht transportiert werden kann, weist das Modul Griffe auf. Das Eingriffsmittel kann Teil dieser Griffe sein. Alternativ kann das Eingriffsmittei so günstig angeordnet werden, dass die Griffe nicht störend, sondern schützend das Eingriffsmittel nachbarschaftlich begleiten bzw. nachbarschaftlich zu diesem angeordnet sind. Die möglichst glatte Frontplatte weist somit nur wenige Erhebungen, nämlich für die Griffe und für das Eingriffsmittel, auf. Durch die Entfernbarkeit des Eingriffsmittels kann während eines Transportes die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung an dem Energieversorgungsmodul weiter gesenkt werden.
Soll die Gasschnellkupplung in ihre zwei Teile zerfallen bzw. voneinander getrennt werden, ist die wasserstoffführende Seite der Gasschnellkupplung sicher zu verschließen. Hierzu hat die Gasschnellkupplung eine selbsttätig sich verschließende Seite. Die zweite Seite kann ebenfalls selbsttätig verschließend sein. Besonders günstig und vorteilhaft sind Sperrschieber oder sperrende Kolben als Verschlußelemente. Weiterhin weist die Gasschnellkupplung Dichtungsringe auf. Das leicht diffundierende Gas wie Wasserstoff wird so sicher in der eingekuppelten Gasschnellkupplung gehalten. Ist die Gasschnellkupplung ein nahezu rotationssymmetrisches Bauteil, insbesondere ein rohrförmiges Bauteil, so gestaltet sich der Ankuppel- und Abkuppelvorgang besonders einfach.
Das Zugsystem kann mit einer Feder ausgestattet sein. Die Feder kann durch ihre Vorspannung eine Vorzugsposition des Zugsystems hervorrufen. Vorzugsweise ist die Vorzugsposition die geschlossene Haltestellung. Erst wenn die Federkraft überwunden worden ist, lässt sich das Zugsystem und damit die Gasschnellkupplung in eine Trennstellung verändern bzw. verstellen.
Um möglichst einfach aus- und einzukuppeln, können mehrere Betätigungsstellen an der Gasschnellkupplung vorhanden sein. Damit synchron, gleichzeitig und koordiniert das Ein- und Auskuppeln der Gasschnellkupplung erfolgen kann, sollten die verschiedenen Stellen gleichzeitig betätigt werden. Eine Gleichzeitigkeit lässt sich durch ein Doppelseilsystem, ein Y-Zugseilsystem oder durch ein zentralgeführtes Zugseil als Löseseil ermöglichen.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Das Energieversorgungsmodul hat in einer vorteilhaften Ausgestaltung nur eine solche Größe, dass nicht der komplette Schrank ausgefüllt ist. Somit bleibt ein Luftführungsschacht zwischen Schrankinnenwand und Energieversorgungsmodul übrig. Wird als Anbindungsstelle eine untere, bodennahe Seite gewählt, so können austretende Gase leicht, insbesondere bei einer Hinterlüftung, durch einen im Energieversorgungsmodul vorhandenen Luftstrom verdünnt werden.
Eine oder mehrere Energieversorgungsmodule können in einem Schrank montiert sein. Ein solcher Schrank wird aufgrund seiner Aufgabe als Energiequelle, auch als Stromschrank bezeichnet. Der Schrank lässt sich als Zentralbatterieanlage einsetzen. Der Montagerahmen für wenigstens ein Energieversorgungsmodul, vorzugsweise zwei oder mehr Energieversorgungsmodule, ist so in dem Schrank angeordnet, dass das Energieversorgungsmodul, wenn es eingeschoben und befestigtist, einen gewissen Abstand freilässt. Der durch den Abstand sich ergebende Freiraum kann fremdbelüftet werden. Der Freiraum kann als Dekonzentrationsraum bezeichnet werden. Der Dekonzentrationsraum ist somit durchströmbar.
Die Durchströmung des Dekonzentrationsraums lässt sich durch Überdruck oder Unterdruck mit zusätzlicher Luft oder durch Absaugen der Luft oder eines speziellen inerten Gases in seiner Wirkung weiter steigern. So wird die Gefahr des Wasserstoffes aus der Wasserstoffschnellkupplung, sollte sie einmal undicht sein, weiter verringert.
Das Energieversorgungsmodul weist einen Brennstoffzellenstapel auf. Das Energieversorgungsmodul ist in einem Gehäuse mit wenigstens einer Vorderseite und einer Rückseite untergebracht. Das Gehäuse ist in einem Rahmen montierbar. Das Gehäuse hat einen Teil einer Kupplung. Der Teil der Kupplung ist eine Gasschnellkupplung. Die Brennmittelversorgung, die insbesondere gasförmig ist, wird über eine Kupplung in das Gehäuse eingeleitet. Das Gehäuse umfasst somit einen Teil der Kupplung. Der zweite Teil der Kupplung, das Gegenstück, befindet sich an der Aufnahmevorrichtung. Im Falle eines Stromschranks befindet sich ein Teil an einem back-plane, d. h. an der hinteren Innenwand bzw. an der hinteren Innenseite des Stromschrankes, und ein Teil in dem Gehäuse. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kupplung als Gasschnellkupplung realisiert ist. Eine Gasschnellkupplung ist ein Rohrverbindungsstück, das durch wenige Griffe oder Schritte in die gekuppelte oder entkuppelte Stellung gebracht werden kann. Die Gasschnellkupplung ist in einer Ausgestaltung auf der Rückseite angebracht. Die Gasschnellkupplung ist durch einen Kraftübertragungsmechanismus lösbar. Der Kraftübertragungsmechanismus überträgt eine Bewegung eines Betätigungsmechanismus. Der Betätigungsmechanismus befindet sich an einer anderen Seite als die Gasschnellkupplung.
Die Gasschnellkupplung ist eine Wasserstoffschnellkupplung. Das Eingriffsmittel greift über ein Zugsystem beidseitig an einer weiblichen Seite der Wasserstoffschnellkupplung an. Durch den Angriff
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FCS 09015 WO 14.04.2009 des Eingriffsmittels gelingt es, die weibliche Seite der Wasserstoffschnellkupplung durch eine Zugbewegung in Richtung auf den Griff zu von der in die weibliche Seite eintretenden Seite der Schnellkupplung abzukoppeln. Das Eingriffsmittel ist ein selbsthaltender Mechanismus. Der selbsthaltende Mechanismus kann in einem eingekuppelten Zustand eine sperrende Stellung, wie eine sperrende Stellung II, einnehmen. Die sperrende Stellung übt eine Schließkraft auf die Wasserstoffschnellkupplung aus. Nach Lösen aus der sperrenden Stellung fällt die Wasserstoffschnellkupplung selbständig in eine entkuppelte Stellung I. Die entkuppelte Stellung I ist erleichtert einnehmbar. Das Eingriffsmittel kann ein selbsthaltender Schiebermechanismus sein. Die sperrende Stellung, wie die sperrende Stellung II, ist vorteilhafterweise eine selbstsperrende Stellung. Das Lösen aus der sperrenden Stellung erfolgt durch eine Hülse. Die Frontplatte weist Griffe zum Tragen und Einschieben des Energieversorgungsmoduls in den Rahmen auf. Wenigstens ein Griff ist fluchtend mit dem Eingriffsmittel, wie zum Beispiel Lösegriff, aus der Frontplatte herausragend angeordnet. Die Gasschnellkupplung lässt bei Trennung auf der eintretenden Seite einen Sperrschieber oder sperrenden Kolben zum Verschluss der Wasserstoffseite in eine Rohrleitung fallen. Der Sperrschieber oder der sperrende Kolben ist vorteilhafterweise Teil eines Ventils. Durch die Federvorspannung gelingt es, das Zugsystem in einer geschlossenen Haltestellung, den Zustand II, zu halten. Das Zugsystem wechselt erst bei Kraftaufwand in eine Trennstellung, den Zustand bzw. die Stellung I. Das Zugsystem ist vorteilhafterweise ein Seilzugsystem. Die weibliche Seite der Gasschnellkupplung ist für eine eintretende Seite der Gasschnellkupplung ortsfest so bodennah im Bereich der rückwärtigen Seite des Energieversorgungsmoduls angeordnet, dass der in das Energieversorgungsmodul eintretende Teil der Gasschnellkupplung vom Boden her gesehen eine erste Anschlusskomponente ist. Die Gasschnellkupplung ist über den Kraftübertragungsmechanismus fixierbar. Der durchströmbare Dekonzentrationsraum des Stromschrankes ist fremdbelüftet. Der durchströmbare Dekonzentrationsraum umschließt den Montagerahmen. Wenigstens ein Teil der Wasserstoffschnellkupplung ist in einem Abluftkanal angeordnet. Der Abluftkanal ist durch Überdruck oder Unterdruck mit zusätzlicher Luft oder einem inerten Gas befüllbar. Die Befüllung des Abluftkanals mit der zusätzlichen Luft oder dem inerten Gas dient dazu, um den Wasserstoff der Wasserstoffschnellkupplung konzentrationsmäßig zu verringern.
In weiteren alternativen Ausgestaltungen kann der Übertragungsmechanismus auch auf das Gehäuse des Energieversorgungsmoduls zurückgreifen. Das Gehäuse dient in einer Ausgestaltung als Lager für den Mechanismus. Das Gehäuse kann aber auch Teil des Mechanismus sein. So bietet es sich an, mittels Keile, Spannkeile, Spannhebel, Spannschrauben oder Verspannungsmechanismen so eine Kraft auf das Gehäuse aufzuwenden, dass die Kraft des Gehäuses wiederum auf den Betätigungsmechanismus der Gasschnellkupplung über Übertragungsmittel übertragen wird.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Das Gehäuse ist Teil des Übertragungsmechanismus. Das Gehäuse wird durch den Übertragungsmechanismus in die Kraftübertragung miteinbezogen. Der Übertragungsmechanismus wird zusammen mit dem Gehäuse in einen funktionsfähigen Zustand versetzt. Das Gehäuse unterstützt den Übertragungsmechanismus, in der sperrenden Stellung die Schließkraft auf die Gasschnellkupplung auszuüben.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Gas, wie der Wasserstoff, aus zumindest einem Tank in das Energieversorgungsmodul bei eingekuppelter Gasschnellkupplung geleitet werden. Der Tank kann im Stromschrank angeordnet sein. Der Tank kann in einem entsprechend voluminösen hinteren Aufnahmeraum angeordnet sein. Der hintere Aufnahmeraum kann einen Teil des Stromschrankes bilden. Der hintere Aufnahmeraum kann mit Luftschächten kommunizieren. Luftschächte können Zuluftschächte sein. Luftschächte können Abluftschächte sein. Es können mehrere kleine Tanks vorhanden sein. Die Tanks können im Inneren des Aufnahmeraums verteilt angeordnet sein. Die Tanks können jeweils ein voneinander unterschiedliches Fassungsvermögen aufweisen. Die Tanks können auch zumindest teilweise das gleiche Fassungsvermögen aufweisen. Wenn nur ein Tank vorhanden ist, kann der Tank beispielsweise den gesamten Aufnahmeraum oder doch einen Großteil des Aufnahmeraums ausfüllen. Durch die Nutzung von zumindest einem Tank gelingt die Realisierung von mobilen Einheiten. Mobile Energieversorgungssysteme mit Wasserstoff-Tanks und flexibel mit Energieversorgungsmodulen bestückbaren Stromschränken werden auf diese Weise einfach realisierbar.
In einer Ausgestaltung kann der Kraftübertragungsmechanismus als Betätigungsmechanismus ein Betätigungsmittel, beispielsweise in Form eines Klapphebels aufweisen. Der Betätigungsklapphebel kann an zumindest einer Seitenwand des Gehäuses schwenkbar befestigt sein. Der Klapphebel kann mittels eines Arretiermittels zusammen mit einem Eingriffsmittel in einer bestimmten Schwenkstellung arretiert werden. Das Arretiermittel ist mit dem Gehäuse verbunden. Das Arretiermittel kann ein Ring oder ein Haken sein. Das Eingriffsmittel kann zweiteilig sein. Ein erster Teil des Eingriffsmittels kann mit dem Klapphebel schwenkbar verbunden sein. Der erste Teil des Eingriffsmittels kann ein Bügelspanner sein. Der erste Teil des Eingriffsmittels kann auch ein Hakenspanner sein. Ein zweiter Teil des Eingriffsmittels kann mit dem hinteren Aufnahmeraum verbunden sein. Der zweite Teil des Eingriffsmittels kann aus zumindest einem an dem hinteren Aufnahmeraum befestigten, schwenkbaren Ring oder einem solchen Haken bestehen. Arretiermittel, Betätigungsmittel und Eingriffsmittel sind vorteilhafterweise entlang der Schließkraftrichtung des Betätigungsmechanismus fluchtend ausgerichtet. In der arretierten Schwenkstellung des Betätigungsklapphebels befindet sich der selbsthaltende Mechanismus in seiner sperrenden Stellung. In der selbstsperrenden Stellung wird vermittels Kraftübertragung vom arretierten Betätigungsmittel über das Gehäuse auf die Gasschnellkupplung eine Schließkraft ausgeübt. Die arretierte Schwenkstellung des Klapphebels ist lösbar.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Alternativ kann der Spannmechanismus auch aus einem schwenkbar am Gehäuse befestigten Griff bestehen. Mit dem Griffkörper des Griffs kann in einer Beabstandung zu dessen Schwenkachse ein erster Teil eines zweiteiligen Eingriffsmittels, wie ein Ringspanner oder ein Hakenspanner, schwenkbar verbunden sein. Der zweite Teil des Eingriffsmittels, wie ein Haken oder ein Ring, kann an einer, insbesondere seitlichen, Außenwand des hinteren Aufnahmeraums befestigt sein. Das Betätigungsmittel, wie der Griff, bildet mit dem Eingriffsmittel zusammen einen Schnellspanner. Der Griff kann durch ein Arretiermittel arretierbar sein. Das Arretiermittel kann ein am Gehäuse befestigter Ring oder solcher Haken etc. sein.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte das Gehäuse Keilmittel aufweisen. Die Keilmittel könnten in den hinteren Aufnahmeraum hineinragend einschiebbar sein. Die Keilmittel könnten zumindest ein Formschlussmittel, wie eine Art Widerhaken, aufweisen. Der Widerhaken eines Keilmittels könnte in der sperrenden Stellung mit einer entsprechend geformten Ausnehmung an einer Innenwand des hinteren Aufnahmeraumes einen Formschluss ausbilden. Die Ausnehmung ist vorteilhafterweise eine Öffnung in einer Seitenwand des hinteren Aufnahmeraumes. Der Formschluss ist lösbar. Der Formschluss könnte beispielsweise dadurch lösbar sein, dass die Keilmittel auf flexiblen Laschen des Gehäuses angeordnet sind. Die Flexibilität der Keillasche erlaubt das einfache Herausdrücken der Formschlussmittel aus den Aufnahmeöffnungen. Das Herausdrücken einer Keillasche kann mit einem Betätigungsmechanismus von der Vorderseite aus bewerkstelligt werden. Der Keillaschen-Mechanismus ist selbsthaltend und einfach lösbar.
In einer weiteren Betrachtungsweise zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass eine Gasschnellkupplung teilweise am Rand des Gehäuses der Energieversorgungseinheit ortsfest angeordnet ist. Das Gegenstück der Gasschnellkupplung befindet sich in der Verlängerung des Versorgungsrohrs und mündet im eingekuppelten Zustand in die Gasschnellkupplung. Durch die Anordnung eines Eingriffsmittels an einer leichter zugänglichen Seite als die Seite, an der die Gasschnellkupplung angeordnet ist, lässt sich das Energieversorgungsmodul in einem Schrank montieren und bei Bedarf austauschen. Die Menge des unkontrolliert ausströmenden Gases bei dem Abkuppeln der Energieversorgungseinheit von dem Stromschrank wird dadurch reduziert, dass das Eingriffsmittel leichtgängig ist.
Der Stromschrank kann ähnlich wie ein Schaltschrank mit Sicherungen, Schaltmodulen und Steuerungsmodulen ausgestattet sein, damit Informationen oder Ströme gesteuert und geregelt werden können. Im Unterschied zu einem Schaltschrank ist bei einem Stromschrank jedoch der Energieversorgungsaspekt im Vordergrund, d. h. die Versorgung eines Verbrauchers oder Verbrauchernetzes mit elektrischer Energie bzw. elektrischem Strom.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Unter fremdbelüftet, insbesondere im Zusammenhang mit dem Dekonzentrationsraum, wird eine Belüftung durch eine Fremdbelüftung verstanden. Durch eine Fremdbelüftung wird ein Gerät oder ein Raum, wie ein elektrisches Gerät oder ein Dekonzentrationsraum, von einer separaten Vorrichtung gekühlt. Die separate Vorrichtung wird manchmal als Fremdlüfter oder Fremdbelüftungsaggregat bezeichnet.
Unter dem Begriff „speziell geformt" ist im Zusammenhang mit einem Werkzeug als Eingriffsmittel ein Werkzeug zu verstehen, das so geformt ist, dass es einerseits von der Bedienseite, d. h. von der Vorderseite, des Energieversorgungsmoduls bzw. des Stromschrankes für einen Bediener leicht und sicher handhabbar, insbesondere lösbar, ist, während es andererseits auf den Kraftübertragungsmechanismus bzw. Betätigungsmechanismus in seiner spezifischen Ausformung formmäßig angepasstist.
Kurze Figurenbeschreibung
Die Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobei
Figur 1 ein Energieversorgungsmodulin Schrägansicht zeigt,
Figur 2 ein Energieversorgungsmodul von der entgegengesetzten Seite zu der Ansicht in Figur 1 in
Schrägansicht zeigt,
Figur 3 ein Energieversorgungsmodul mit einem Zugseilsystem in (teilweiser) Schnittansicht zeigt, Figur 4 ein Energieversorgungsmodulin einer weiteren Ausführungsform in Schrägansicht zeigt, Figur 5 das Energieversorgungsmodul aus Figur 4 in (teilweiser) Schnittansicht an einem Rahmen zeigt, Figur 6 einen erfindungsgemäßen Stromschrank zeigt, Figur 7 eine weitere Ausführungsform des Energieversorgungsmoduls mit drei Wasserstofftanks und einem alternativen Kraftübertragungsmechanismus zeigt und Figur 8 eine weitere Ausführungsform des Energieversorgungsmoduls mit einem Wasserstofftank und einem weiteren alternativen Kraftübertragungsmechanismus zeigt.
Figurenbeschreibung
Ähnliche Gegenstände und Teile sind zur Förderung des Verständnisses mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden, obwohl zwischen diesen geringfügige Abweichungen von Ausführungsbeispiel zu Ausführungsbeispiel gegeben sein können.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 In den Figuren ist als ein Ausführungsbeispiel eines Kraftübertragungsmechanismus ein Betätigungsmechanismus dargestellt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird im Anschluss beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Energieversorgungsmodul 50, das kastenförmig gestaltet ist. Das kastenförmige Energieversorgungsmodul 50 ist zumindest an einer Seite mit Anschlüssen und Öffnungen versehen, damit Anschlusskomponenten, wie eine Wasserstoffleitung 87 in das Energieversorgungsmodul 50, in dem die Brennstoffzelle vorhanden ist, hineinführt. Die kastenförmige Struktur des Energieversorgungsmoduls 50 sorgt dafür, dass das Energieversorgungsmodul 50 eine Rückseite 71 und eine Vorderseite 73 hat. Das Energieversorgungsmodul 50 hat eine solche Größe, dass die Rückseite nur umständlich zu erreichen ist. Erschwerend tritt hinzu, dass das Energieversorgungsmodul 50 dazu bestimmt ist, in einem Schrank, der als Energiequellenschrank wie zum Beispiel ein Zentralbatterieschrank zu betreiben ist, montiert zu werden. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass die Gasschnellkupplung oder zumindest ein Teil der Gasschnellkupplung innerhalb des Energieversorgungsmoduls angeordnet ist. Zur leichteren Montage können, wie in Figur 1 dargestellt, Befestigungslöcher 83 an verschiedenen Stellen angeordnet werden, durch die Befestigungsmittel, z. B. für einen Montagerahmen, durchsteckbar sind. Zur besonders leichten Montage sind die Befestigungslöcher 83 auf der Vorderseite 73, genauer an den Rändern der Frontplatte 69, vorhanden. Neben der größer gestalteten Frontplatte 69 sind längliche Seiten 75 vorgesehen, die gegenüber der Breite und Höhe der Frontplatte 69 zurückgesetzt, enger verlaufend gestaltet sind. Das längliche Gehäuse des Energieversorgungsmoduls 50 hat neben zahlreichen weiteren Seiten 75 eine Seite, die dem bodennahen Bereich 77 zugerechnet wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Wasserstoffleitung 87, die als zentrale Verteilleitung mit Stich Leitungen gestaltet sein kann (im Sinne eines Rail), auf der rückwärtigen Seite, also der Rückseite 71, im bodennahen Bereich 77 in das Energieversorgungsmodul 50 hineingeführt ist. Auf der Frontplatte 69 sind verschiedene Griffe 79, 81 angebracht, mit denen das Energieversorgungsmodul getragen und bewegt werden kann. Auf der Frontplatte 69, oder alternativ im Bereich der Frontplatte 69 (nicht dargestellt), angeordnet, befindet sich ein Teil des Betätigungsmechanismus 59. Der Betätigungsmechanismus 59 ist mehrteilig gestaltet. Zumindest ein Teil des Betätigungsmechanismus 59 ist abgesetzt. Mit einem geeigneten, abnehmbaren Eingriffsmittel, wie einem Griff 63, der im dargestellten Fall ein Lösegriff ist, kann die Abkopplung des Energieversorgungsmoduls 50 von der Wasserstoffleitung 87 bewirkt werden. Zur Vermeidung unautorisierter Entnahme einzelner Energieversorgungsmodule 50 aus einem Aufbewahrungsgegenstand, wie einem Schrank, lässt sich der Griff 63 von dem restlichen Betätigungsmechanismus 59 trennen, z. B. durch ein Losschrauben. Durch Einschieben an den Griffen 79, 81 kann das Energieversorgungsmodul 50 in seine Bestimmungsposition verbracht werden. Durch ein Ziehen an dem an den Griff 69 angeschlossenen Zugsystem lässt sich das Energieversorgungsmodul 50 wieder aus seiner Betriebsposition herausziehen. Weitere herausstehende Bauteile und Elemente als
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FCS 09015 WO 14.04.2009 die Griffe 63, 79, 81 sind in der Frontplatte 69 nicht vorhanden. Natürlich können Anzeigen und Indikationslampen vorhanden sein.
Figur 2 zeigt ein Energieversorgungsmodul 50 von einer zur Darstellung der Figur 1 gewählten Seite abweichenden Perspektive. Das Energieversorgungsmodul 50 hat sechs Seiten 75, von denen eine Seite durch die Frontplatte 69 abgedeckt ist. Die Frontplatte 69 hat seitlich durchgreifende Befestigungslöcher 83 für die Montage des Energieversorgungsmoduls 50. Das Energieversorgungsmodul 50 ist vorzugsweise an der Vorderseite 73 zu befestigen. Wie zu sehen ist, gelangt in die Rückseite 71 des Energieversorgungsmoduls 50 die Wasserstoffleitung 87 in Form einer Stichleitung über die mehrteilige Gasschnellkupplung 53. Die Gasschnellkupplung 53 setzt sich aus einem weiblichen Teil, der weiblichen Seite 55, und einem männlichen Teil, der männlichen Seite 57, zusammen. Vorteilhaft ist die Anordnung der weiblichen Seite 55 der Gasschnellkupplung in der rückwärtigen Seite des Energieversorgungsmoduls 50. Bei einem Lösen des Energieversorgungsmoduls 50 von der Wasserstoffleitung 87 lässt sich die männliche Seite 57 der Gasschnellkupplung 53 leichter innwandig verschließen. Alternativ kann auch die weibliche Seite 55 der Gasschnellkupplung 53 mit einer Wasserstoffsperre für den entkoppelten Zustand ausgestattet sein. In einer weiteren nicht dargestellten Ausgestaltung können die Seiten 55, 57 der Wasserstoffschnellkupplung auch andersherum, nämlich die männliche Seite 57 auf der Rückseite 71 des Energieversorgungsmoduls 50, platziert werden.
Figur 3 zeigt ein Energieversorgungsmodul 50 in teilweise geschnittener Ansicht von einer Seite. An der Wasserstoffleitung 87, die außerhalb des Energieversorgungsmoduls 50 verläuft, ist als Anschlusskomponente 51 eine Gasschnellkupplung 53 über Schraub- oder Quetschverbindungen angebracht. Das Energieversorgungsmodul 50 kann weitere Anschlusskomponenten 51 z. B. an seiner Rückseite aufweisen. Ein lösbarer Griff 63, der unterhalb eines Griffs 81 der als Tragegriff dient, angeordnet ist, kann seine Bewegung über ein Eingriffsmittel 61, wie ein Zugsystem 65, auf die Gasschnellkupplung 53 übertragen. Das Zugsystem 65 ist ein Doppelseilzugsystem, damit an wenigstens zwei Stellen der Gasschnellkupplung 53 die Bewegung in die Griffrichtung 67 aus dem Griff 63 auf die Gasschnellkupplung 53 übertragen werden kann. Der Griff 81 und der montierte Lösegriff 63 fluchten zueinander.
Figur 4 zeigt einen andersgearteten Betätigungsmechanismus 59 eines Energieversorgungsmoduls 50. Der Betätigungsmechanismus 59 zeichnet sich durch zwei Stellungen I, II aus, von denen eine Stellung eine gelöste Stellung I ist und die andere Stellung eine selbstsperrende Stellung II ist. Durch eine Schiebbewegung lässt sich der Schieber 64 aus der ersten Stellung I in die zweite Stellung II bewegen. Durch ein Feder- oder sonstiges Vorspannsystem lässt sich eine der beiden Stellungen I, II als reguläre Stellung bestimmen. Das nach außen weisende Eingriffsmittel 61 ist in der Nähe der Befestigungslöcher
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FCS 09015 WO 14.04.2009 83 auf einer Seite der Stirnfläche des EnergieversorgungsmoduLs 50 angeordnet. Vorteilhaft ist es, wenn der Schieber 64 in der Nähe eines der beiden Tragegriffe 79, 81 angeordnet ist. Lässt der Schieber 64 ausreichend Platz für das Umgreifen des Griffes 63, so geht ein gewisser Schutz von dem stabileren Tragegriff 81 für den Griff 63 aus.
In Figur 5 ist ein Energieversorgungsmodul 50 in seitlicher Ansicht in Ausgestaltung nach Figur 4 mit abgesetzter Wasserstoffleitung 87 dargestellt. Alternativ kann die Wasserstoffleitung in einem Schrank 1 nach Ausgestaltung Figur 6 so geführt sein, dass bei Anlage des Energieversorgungsmoduls 50 an dem Montagerahmen 3 die Gasschnellkupplung 53 selbsttätig und automatisch in die geschlossene Stellung gelangt. Jenseits der Gasschnellkupplung 53 ist die Wasserstoffleitung 87 innerhalb des Energieversorgungsmoduls 50 weitergeführt. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist die Griffrichtung 67 gegenüber den zuvor dargestellten Griffrichtungen gedreht, sie erstreckt sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Energieversorgungsmoduls 50. Ein Griff 63 gewährt die Bewegung in die Griffrichtung 67. Zum Einschieben des Energieversorgungsmoduls 50 ist einer von mehreren Griffen 81 an dem Energieversorgungsmodul 50 befestigt. Wie in der Figur 5 zu sehen ist, erstreckt sich der Betätigungsmechanismus bzw. sein vorderes Ende über die Frontplatte hinaus im vorderen Bereich des Energieversorgungsmoduls 50. Der Griff 63 ist ein Steckgriff mit besonderer Form, sodass er in die Steckmutter des Betätigungsmechanismus eingeführt werden kann.
Mehrere erfindungsgemäße Energieversorgungsmodule 50 können in einem Stromschrank 1 nach Figur 6 nebeneinander oder übereinander angeordnet werden. Der Stromschrank 1 bietet aufgrund seiner standardisierten Schubschiene 5, die Teil des Montagerahmens 3 ist, austauschbar Platz für verschiedene Energieversorgungsmodule 50, z. B. auch Sekundärbatterien, Gleichrichter, Wechselrichter, Steuerungsmodule oder Sicherungsautomaten. Ist ein Energieversorgungsmodul 50 an seinem Bestimmungsort, so können Befestigungsmittel 85 durch die Befestigungslöcher 83 der Frontplatte und des Montagerahmens durchgeschoben werden, damit das Energieversorgungsmodul 50 mit dem Schrank verbunden ist. Hierzu kann das Energieversorgungsmodul 50 zunächst über den Kraftübertragungsmechanismus im Schrank fixiert werden. Der Stromschrank 1 kann darüber hinaus Schranktüren 9 und Blenden 11, 13 aufweisen, damit insgesamt eine abgeschlossene kompakte Einheit entsteht. Neben den Energieversorgungsmodulen 50 können auch andersartige Module, wie Zentralmodule 19 oder Steuereinrichtungen, in den Schrank 1 eingeschoben werden. Im bodennahen Bereich des Schranks 15 lassen sich Zuluftschächte anordnen. Im bodenfernen Bereich 17 des Schranks 1 lassen sich Abluftschächte eines Abluftkanals 7 anordnen. Durch die diversen Wände, Blenden 11, 13 und Abdeckungen, wie Schranktüren 9, lässt sich eine modular aufbaubare und austauschbare kompakte Energieversorgungseinheit in einem Stromschrank 1 mit zahlreichen Energieversorgungsmodulen 50 schaffen, wobei durch Entfernen einzelner Teile der Eingriffsmittel 61 ein Manipulieren selbst bei geöffneter Schranktür 9 nur schwerlich möglich ist. Selbst ohne ausreichendes Einbringen von
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FCS 09015 WO 14.04.2009 BefestigungsmitteLn 85 ist bei Entnahme eines Teils des Eingriffsmittels 61 ein Herausziehen eines Energieversorgungsmoduls 50 an den Griffen 79, 81 erschwert zu bewerkstelligen .
Es können die Luftkanäle in dem Schrank auch anders angeordnet werden als oben beschreiben. So können beispielsweise die beiden Öffnungen auf der Oberseite des Schrankes der Zu- und Abluft dienen. Die mit Bezugszeichen 7 versehene Öffnung kann in der alternativen Ausgestaltung die elektrischen und Steuerleitungen aufnehmen.
Eine weitere alternative Ausgestaltung eines Kraftübertragungsmittels kann anhand der Figuren beschrieben werden. Als Kraftübertragungsmittel können die Befestigungsmittel 85, wie z. B. Schrauben, dienen. Mit den Befestigungsmitteln werden die Energieversorgungsmodule 50 am Montagrahmen 3 befestigt. Sie haben somit Fixierfunktion. Die alternative Ausgestaltung sieht nun vor, dass durch Lösen der Befestigungsmittel 85 die rückseitig angeordnete Wasserstoffschnellkupplung gelöst wird.
Die dargestellte Erfindung erlaubt es, einen Schrank mit Energieversorgungsmodulen auf Brennstoffzellenbasis mit rückwärtiger Versorgung, insbesondere Wasserstoffversorgung, zu entwerfen, der zur Frontseite hin leicht bedienbar und gleichzeitig betriebssicher ist.
Figur 7 zeigt ein in einen Stromschrank (nicht dargestellt) eingeschobenes und darin befestigtes Energieversorgungsmodul 50 mit drei Tanks 89. Das Energieversorgungsmodul 50 ist mittels eines alternativen Kraftübertragungsmechanismus an einem hinteren Aufnahmeraum 91 gehalten. Dabei ist das Gehäuse des Energieversorgungsmoduls 50 Teil des Übertragungsmechanismus. Das Gehäuse wird durch den Übertragungsmechanismus in die Kraftübertragung miteinbezogen. Der Übertragungsmechanismus wird zusammen mit dem Gehäuse in einen funktionsfähigen Zustand versetzt. Das Gehäuse unterstützt den Übertragungsmechanismus, in der dargestellten sperrenden Stellung II die Schließkraft auf die Gasschnellkupplung 53 auszuüben.
Der Wasserstoff wird aus den Tanks 89 in das Energieversorgungsmodul 50 bei eingekuppelter Gasschnellkupplung 53 geleitet. Die Tanks 89 sind im Stromschrank angeordnet. Die Tanks 89 sind in einem entsprechend voluminösen hinteren Aufnahmeraum 91 angeordnet. Der hintere
Aufnahmeraum 91 bildet einen Teil des Stromschrankes. Der hintere Aufnahmeraum 91 kann mit
Luftschächten kommunizieren. Luftschächte sind Zuluftschächte bzw. Abluftschächte. Es sind mehrere kleine Tanks 89 vorhanden. Die Tanks sind im Inneren des Aufnahmeraums 91 verteilt angeordnet. Die Tanks 89 weisen alle das gleiche Fassungsvermögen auf. Durch die Nutzung der Tanks 89 kann der
Stromschrank bzw. das Energieversorgungsmodul 50 als mobile Einheit genutzt werden. Das System in
Figur 7 stellt somit, wie auch die nachfolgend beschriebene weitere Ausführungsform gemäß Figur 8, ein
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FCS 09015 WO 14.04.2009 einfach realisierbares mobiles Energieversorgungssystem mit Wasserstoff-Tanks und flexibel mit Energieversorgungsmodulen bestückbaren Stromschrank dar. Der Stromschrank ist für die jeweilige Anwendung skalierbar. Für mobile Anwendungen können auch kleinere schrankartige Einheiten realisiert werden als für Standlösungen. Bei den mobilen Anwendungen ist weiterhin zwischen tragbaren, d. h. sehr kleinen, Einheiten und sonstigen bewegbaren, wie mittels Kraftfahrzeug bzw. Flugzeug zu transportierenden, Einheiten zu unterscheiden. Für tragbare Anwendungen können die Stromschränke so klein dimensioniert sein, dass ein Mensch oder ein Lastentier oder Lastenroboter den Stromschrank ohne zusätzliche motorische, wie beispielsweise verbrennungs- oder elektromotorische Hilfen, transportieren kann. Die Einheiten können sogar so klein sein, dass sie in eine Jackentasche passen, beispielsweise zur Energieversorgung von Mobiltelefonen oder tragbaren Satellitennavigationssystemen. Für mobile mit Lastkraftwagen zu transportierende Schränke können entsprechend größere bzw. große Einheiten realisiert werden.
Der Kraftübertragungsmechanismus ist in der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform als Betätigungsmechanismus ausgebildet, der ein Betätigungsmittel aufweist. Das Betätigungsmittel 59 ist hier ein Klapphebel 59. Der Betätigungsklapphebel 59 ist an zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses schwenkbar befestigt. Der Klapphebel 59 kann mittels eines Arretiermittels 92 zusammen mit dem Eingriffsmittel 61 in einer bestimmten Schwenkstellung arretiert werden. Das Arretiermittel 92 ist mit dem Gehäuse verbunden. Das Arretiermittel 92 ist hier ein Ring. Das Eingriffsmittel 61 ist zweiteilig ausgebildet. Ein erster Teil 93 des Eingriffsmittels 61 ist mit dem Klapphebel 59 schwenkbar verbunden. Der erste Teil 93 des Eingriffsmittels 61 ist ein Bügelspanner. Der erste Teil 93 des Eingriffsmittels 61 könnte auch ein Hakenspanner sein. Ein zweiter Teil 95 des Eingriffsmittels 61 kann mit dem hinteren Aufnahmeraum 91 verbunden sein. Der zweite Teil 95 des Eingriffsmittels 61 ist ein an dem hinteren Aufnahmeraum 91 befestigter Haken. Das Arretiermittel 92, das Betätigungsmittel 59 und das Eingriffsmittel 61 sind entlang der Schließkraftrichtung des Betätigungsmechanismus fluchtend ausgerichtet. In der in Figur 7 dargestellten arretierten Schwenkstellung des Betätigungsklapphebels 59 befindet sich der selbsthaltende Mechanismus in seiner sperrenden Stellung II. In der selbstsperrenden Stellung II wird vermittels Kraftübertragung vom arretierten Betätigungsmittel 59 über das Gehäuse auf die Gasschnellkupplung 53 eine Schließkraft ausgeübt. Die arretierte Schwenkstellung des Klapphebels 59 ist lösbar.
In Figur 8 sind zwei alternative, zueinander spiegelbildlich dargestellte Spannmechanismen zu sehen. Ein Spannmechanismus befindet sich jeweils an einer Seitenwand des Energieversorgungsmoduls 50. Der in Figur 8 oben dargestellte Spannmechanismus ist in einem entarretierten Zustand dargestellt. Demgegenüber ist an der gegenüberliegenden Seitenwand der zweite Spannmechanismus im arretierten Zustand dargestellt. Der Spannmechanismus in Figur 8 umfasst einen schwenkbar am Gehäuse befestigten Griff 59. Mit dem Griffkörper des Griffs 59 ist in einer Beabstandung zur Schwenkachse des
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Griffs 59 ein erster Teil 93 eines zweiteiligen Eingriffsmittels 61 schwenkbar verbunden. Das Eingriffsmittel 61 umfasst hier einen Ringspanner. Der zweite Teil 95 des Eingriffsmittels 61 ist ein Haken 95. Der Haken 95 ist an einer seitlichen Außenwand des hinteren Aufnahmeraums 91 befestigt. Das Betätigungsgriffmittel 59 bildet mit dem Eingriffsmittel 61 zusammen einen Schnellspanner. Der Griff 59 ist durch ein Arretiermittel 92 arretierbar. Das Arretiermittel 92 ist ein am Gehäuse befestigter Ring.
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FCS 09015 WO 14.04.2009 Bezugszeichenliste
Bezugszeichen Bedeutung
1 Schrank, insbesondere Stromschrank
3 Montagerahmen
5 Schubschiene
7 Abluftkanal
9 Schranktür
11 erste Blende
13 zweite Blende
15 bodennaher Bereich des Schranks, insbesondere mit Zuluftschächten
17 bodenferner Bereich des Schranks, insbesondere mit Abluftschächten
19 Zentralmodul
50 Energieversorgungsmodul
51 Anschlusskomponente
53 Gasschnellkupplung
55 weibliche Seite der Gasschnellkupplung
57 männliche Seite der Gasschnellkupplung
59 Betätigungsmechanismus
61 Eingriffsmittel
63 Griff, insbesondere Lösegriff
64 Schieber
65 Zugsystem
67 Griffrichtung
69 Frontplatte
71 Rückseite
73 Vorderseite
75 Seite
77 bodennaher Bereich, insbesondere des Energieversorgungsmoduls
79 erster Griff, insbesondere Tragegriff
81 zweiter Griff, insbesondere Tragegriff
83 Befestigungsloch, insbesondere Schraubenloch
85 Befestigungsmittel, wie Schraube oder Stift
87 Wasserstoffleitung
89 Tank, insbesondere Wasserstofftank
91 hinterer Aufnahmeraum
92 Arretiermittel
93 erster Teil des Eingriffsmittels
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FCS 09015 WO 14.04.2009 95 zweiter Teil des Eingriffsmittels
I gelöste Stellung
II selbstsperrende Stellung
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Claims

Patentansprüche
1. Energieversorgungsmodul (50) mit Brennstoffzellenstapel, insbesondere aus Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen, die auf Basis eines Gases wie Wasserstoff eine elektrische Energieumsetzung durchführen, in einem Gehäuse, das in einem Rahmen (3) montierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine rückseitige Gasschnellkupplung (53) durch einen Kraftübertragungsmechanismus, der sich an einer anderen Seite als die Gasschnellkupplung (53) befindet, lösbar ist.
2. Energieversorgungsmodul (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasschnellkupplung (53) eine Wasserstoffschnellkupplung ist, und vorzugsweise der Kraftübertragungsmechanismus ein von einer Frontplatte (69) abgesetztes Eingriffsmittel (61), insbesondere einen einschraubbaren Lösegriff (63), umfasst.
3. Energieversorgungsmodul (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (61) ein speziell gestaltetes Werkzeug, ein Hebel, eine Lasche, ein Knopf, ein Schieber (64) oder ein Griff (63) ist.
4. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (61) über ein Zugsystem (65) beidseitig zum Beispiel über wenigstens eine Rolle geführt an einer weiblichen Seite der Wasserstoffschnellkupplung (55) angreift, um durch eine
Zugbewegung in Richtung auf den Griff (63) zu die weibliche Seite der Wasserstoffschnellkupplung (55) von der in die weibliche Seite eintretenden Seite der Schnellkupplung (57) abzukoppeln.
5. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (61) ein selbsthaltender Mechanismus wie ein Dreh- oder Schiebermechanismus ist, der in einem eingekuppelten Zustand eine sperrende Stellung (II), insbesondere eine selbstsperrende Stellung, einnehmen kann, die eine Schließkraft auf die Wasserstoffschnellkupplung (53) ausübt, während nach Lösen, z. B. durch eine Hülse, aus der sperrenden Stellung die Wasserstoffschnellkupplung (53) selbständig in eine entkuppelte Stellung
(I) fällt, die erleichtert einnehmbar ist.
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6. Energieversorgungsmodul (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontplatte (69) Griffe (79, 81) zum Tragen und Einschieben des Energieversorgungsmoduls (50) in den Rahmen (3) aufweist, von denen wenigstens ein Griff fluchtend mit dem Eingriffsmittel (61) wie zum Beispiel Lösegriff (63) aus der Frontplatte (69) herausragend angeordnet ist.
7. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasschnellkupplung (53) eine selbsttätig sich verschließende, mit mehreren Dichtungsringen versehene, rotationssymmetrische, rohrförmige Schnellkupplung (53) ist, die insbesondere bei
Trennung auf der eintretenden Seite (57) einen Sperrschieber oder sperrenden Kolben, der vorzugsweise Teil eines Ventils ist, zum Verschluss der Wasserstoffseite in eine Rohrleitung fallen lässt.
8. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugsystem (65) federvorgespannt ist, um das Zugsystem (65) in einer geschlossenen
Haltestellung (II) zu halten, und dass erst bei Kraftaufwand das Zugsystem (65) in eine
Trennstellung (I) wechselt.
9. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugsystem (65) ein Seilzugsystem ist, das vorzugsweise als Doppelseilsystem oder als aus einem zentralgeführten Zugseil mit wenigstens zwei oderY-Zugseilsystemen gestalteten Löseseilen gebildet ist.
10. Energieversorgungsmodul (50) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weibliche Seite der Gasschnellkupplung (55) für eine eintretende Seite der Gasschnellkupplung (57) ortsfest so bodennah (77) im Bereich der rückwärtigen Seite des Energieversorgungsmoduls
(50) angeordnetist, dass der in das Energieversorgungsmodul (50) eintretende Teil der Gasschnellkupplung (53) vom Boden her gesehen eine erste Anschlusskomponente ist.
11. Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasschnellkupplung (53) über den Kraftübertragungsmechanismus fixierbar ist.
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12. Stromschrank (1) mit einem Energieversorgungsmodul. (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromschrank einen von Seitenwänden (75) des Stromschrankes (1) beabstandeten Montagerahmen (3) aufweist, in den wenigstens ein Energieversorgungsmodul (50) einschiebbar und befestigbar ist, wobei vorzugsweise ein durchströmbarer Dekonzentrationsraum, der fremdbelüftetist, den Montagerahmen (3) umschließt.
13. Stromschrank (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Wasserstoffschnellkupplung (53) in einem Abluftkanal (7) angeordnet ist, der durch Überdruck oder Unterdruck mit zusätzlicher Luft oder einem inerten Gas befüllbar ist, um vorzugsweise den Wasserstoff der Wasserstoffschnellkupplung (53) konzentrationsmäßig zu verringern.
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PCT/EP2009/054381 2008-04-21 2009-04-14 Energieversorgungsmodul mit brennstoffzellenstapel WO2009130142A1 (de)

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