特許 6974433 燃料電池装置を有するジェネレータユニット、この種のジェネレータユニットを有する車両、及びジェネレータ用の排気管装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6974433

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年12月1日

(54)【発明の名称】燃料電池装置を有するジェネレータユニット、この種のジェネレータユニットを有する車両、及びジェネレータ用の排気管装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211118BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20211118BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20211118BHJP

   B60L 50/72 20190101ALI20211118BHJP

   F16L 55/07 20060101ALI20211118BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20211118BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20211118BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 J

   H01M8/2475

   H01M8/00 Z

   B60L50/72

   F16L55/07 C

   !H01M8/12 101

   !H01M8/10 101

【請求項の数】22

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-505512(P2019-505512)

(86)(22)【出願日】2017年8月2日

(65)【公表番号】特表2019-526155(P2019-526155A)

(43)【公表日】2019年9月12日

(86)【国際出願番号】EP2017069540

(87)【国際公開番号】WO2018024775

(87)【国際公開日】20180208

【審査請求日】2020年7月29日

(31)【優先権主張番号】A50703/2016

(32)【優先日】2016年8月2日

(33)【優先権主張国】AT

(73)【特許権者】

【識別番号】513131176

【氏名又は名称】アーファオエル・リスト・ゲーエムベーハー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マキンソン ユリアン

(72)【発明者】

【氏名】ハルトヴィヒ ジークフリート

(72)【発明者】

【氏名】田中 大記

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０１７２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５６０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７９３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１０１４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１８４７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８９１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの開口部（１１２）を有するハウジング（１００）と、
前記ハウジング（１００）に配設された燃料電池装置と、
排気のために前記燃料電池装置に接続され、前記ハウジング（１００）の前記開口部（１１２）を通って延びている、少なくとも１つの排気管（２１０）を有する排気管装置（２００）と、
少なくとも前記排気管（２１０）の外壁部と前記開口部（１１２）の縁部との間における領域に延びており、前記排気管（２１０）から前記ハウジング（１００）への伝熱を減少させる絶縁体（２２０）と、
を備え、
前記少なくとも１つの排気管（２１０）は、前記ハウジングの外側に第１のフランジ（２３０）を有し、
前記絶縁体（２２０）の少なくとも１つの第２のセクション（２２４）は、少なくとも部分的に前記第１のフランジ（２３０）とハウジング壁部（１１０）との間に配設されている、ことを特徴とする、ジェネレータユニット（１）。

【請求項2】

前記絶縁体（２２０）の第１のセクション（２２２）は、少なくとも大部分において、円筒基本形状を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のジェネレータユニット。

【請求項3】

前記絶縁体（２２０）の前記第１のセクション（２２２）は、少なくとも大部分において、中空の円筒基本形状を有している、ことを特徴とする請求項２に記載のジェネレータユニット。

【請求項4】

前記絶縁体（２２０）の少なくとも１つの第２のセクション（２２４）は、少なくとも大部分において、円板状の基本形状を有し、前記第２のセクションを前記少なくとも１つの排気管（２１０）が通って延びている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のジェネレータユニット。

【請求項5】

前記絶縁体（２２０）の少なくとも１つの第２のセクション（２２４）は、少なくとも大部分において、円形のリセスを有し、前記第２のセクションを前記少なくとも１つの排気管（２１０）が通って延びている、ことを特徴とする請求項４に記載のジェネレータユニット。

【請求項6】

前記開口部（１１２）は、設置する際に前記排気管装置（２００）の部分を外側から前記開口部（１１２）に挿入することを可能にするように、前記ハウジング（１００）内の設置位置に配設された前記排気管装置（２００）の前記部分の断面よりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のジェネレータユニット。

【請求項7】

前記開口部（１１２）は、前記ハウジング（１００）内の設置位置に配設された前記排気管装置（２００）の前記部分の最大の断面よりも大きい、ことを特徴とする請求項６に記載のジェネレータユニット。

【請求項8】

少なくとも大部分において水密性及び／又は気密性である少なくとも１つのシール要素（２４０）は、前記絶縁体（２２０）と前記第１のフランジ（２３０）との間、及び／又は、前記ハウジング（１００）と前記絶縁体（２２０）との間に配設されている、ことを特徴とする請求項１に記載のジェネレータユニット。

【請求項9】

前記第１のフランジ（２３０）は、少なくとも１つの保持手段（２５０）により、前記ハウジング（１００）に保持されている、ことを特徴とする請求項１又は８に記載のジェネレータユニット。

【請求項10】

前記第１のフランジ（２３０）は、少なくとも１つのボルトにより、前記ハウジング（１００）に保持されている、ことを特徴とする請求項９に記載のジェネレータユニット。

【請求項11】

前記少なくとも１つの保持手段（２５０）は、前記第１のフランジ（２３０）及びハウジング壁部（１１０）、前記絶縁体（２２０）及び／又は気密性である少なくとも１つのシール要素（２４０）を通って延びている、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のジェネレータユニット。

【請求項12】

前記少なくとも１つの保持手段（２５０）は、少なくとも大部分において、着脱可能な絶縁性のカバー又は破壊せずに取り外し可能な絶縁性のコーティングにより、前記第１のフランジ（２３０）及び／又は前記ハウジング（１００）から熱的に遮断されている、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のジェネレータユニット。

【請求項13】

第２のフランジ（２６０）をさらに備え、
前記第２のフランジは、前記排気管装置（２００）を、前記ハウジング（１００）内で終端する前記燃料電池装置の排気口（１２０）に接続するように配設されている、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のジェネレータユニット。

【請求項14】

前記第２のフランジが前記ハウジング（１００）の開口部（１１２）を通って案内されるように、前記第２のフランジが前記ハウジング（１００）の前記開口部（１１２）より小さい径を有するように、前記第２のフランジ（２６０）が形成されている、ことを特徴とする請求項１３に記載のジェネレータユニット。

【請求項15】

前記燃料電池装置は改質器を有する、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のジェネレータユニット。

【請求項16】

請求項１〜１５のいずれかに記載のジェネレータユニットを有する車両。

【請求項17】

前記車両が陸上用車両である、ことを特徴とする請求項１６に記載の車両。

【請求項18】

燃料の供給のための燃料貯蔵部をさらに含み、
前記燃料は、前記燃料電池装置の作動のための貯蔵用に供給される、ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の車両。

【請求項19】

前記燃料は、エタノール、バイオエタノール、及び／あるいは、エタノール又はバイオエタノールと混合された水からなる群から選択される、ことを特徴とする請求項１８に記載の車両。

【請求項20】

排気管装置（２００）、請求項１〜１２のいずれかに記載のジェネレータユニット（１）のための排気管装置（２００）であって、
上流側端部及び下流側端部を有する少なくとも１つの排気管（２１０）と、
前記排気管装置（２００）をハウジング（１００）に接続するように配設された第１のフランジ（２３０）と、
前記排気管装置（２００）を、前記ハウジング（１００）内で終端する、前記ジェネレータユニット（１）の前記燃料電池装置の排気口（１２０）に接続するように配設された第２のフランジ（２６０）と、
少なくとも前記排気管（２１０）の外壁部と前記開口部（１１２）の縁部との間における領域に延びており、前記排気管（２１０）から前記ハウジング（１００）への伝熱を減少させる絶縁体（２２０）と、
を備えることを特徴とする排気管装置。

【請求項21】

前記絶縁体（２２０）は、少なくとも１つのセクションにおける前記排気管（２１０）の外壁部の全周に沿って、かつ／又は少なくとも１つの領域における前記第１のフランジ（２３０）の側に沿って延びている、ことを特徴とする請求項２０に記載の排気管装置。

【請求項22】

前記第２のフランジ（２６０）は、前記第１のフランジ（２３０）よりも前記排気管（２１０）の前記上流側端部に近接して配設されている、ことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の排気管装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池装置を有するジェネレータユニット、この種のジェネレータユニットを有する車両、及び特にこの種のジェネレータのための排気管装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、理論上、１９世紀半ばから知られている。本発明における意味において、「燃料電池装置」は、連続的に供給される燃料及び酸化剤の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換するガルヴァーニ電池である。また、これは、いわゆる「低温燃焼」とも呼ばれている。

【0003】

燃料電池装置の動作は酸化還元反応に基づいており、還元及び酸化は物理的に分離され、特にアノードと電解質との間又は電解質とカソードとの間の界面で生じる。この酸化還元反応は、好ましくは、酸素と、燃料、特に水素又は一酸化炭素との反応である。カソード側では、過剰の酸素が存在するのが好ましい。他方、アノード側では酸素が不足する。これは、存在する酸素が、燃料、例えば水素と直ちに反応するためである。この濃度勾配のため、酸素はカソードからアノードへと拡散する。しかし、中間にある電解質は酸素イオンに対してのみ透過性であり、酸素分子に対しては透過性ではないため、酸素分子は、カソードと電解質との間の界面で２つの電子を受けとり、酸素イオンとなって障壁を貫通する。酸素イオンがアノードとの界面に到達すると、燃料ガスと触媒的に反応し、熱及び対応する燃焼生成物を放出して、２つの付加的な電子をアノードに引き渡す。これに対する要件は、アノードとカソードとの間の導電接続であり、この導電接続では、導電接続された異なるシステムを動作させるために使用され得る電流が生成される。

【0004】

自動車における燃料電池の使用は、２０年以上にわたって様々な自動車会社において研究の主題となっている。従来の燃料電池は、一般的に燃料電池用の燃料として気体状の水素を使用している。

【0005】

特にＡＰＵとしての用途には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が好ましく用いられる。ＳＯＦＣは、特に、運転温度が６５０℃〜１、０００℃である高温の燃料電池である。一実施例では、この種の燃料電池の電解質は、酸素イオンを伝導しかつ同時に電子に対して絶縁効果を有する固体セラミック材料を含む。酸素イオン伝導性電解質は、好ましくは、最小のエネルギーを用いて酸素イオンを輸送することができるように薄膜として提供される。この電解質は高温で良好に機能する。電解質と反対側のカソードの外側は空気に囲まれており、アノードの外側は燃料ガスに囲まれている。未使用の空気及び未使用の燃料ガス並びに燃焼生成物は、好ましくは吸引除去される。

【0006】

高い動作温度及びこれに対応する高い排気温度によって、排気ガスがその内部を通って燃料電池装置から排出される排気管が加熱される。金属、特に鋼又はアルミニウムの良好な熱伝導性により、この排気管と接触する構成要素もまた加熱される。排気管と燃料電池装置を取り囲むハウジングとの間の伝熱を低減するため、排気管用の通路の開口部の径を排気管の径よりも大きくすることが一般的である。その結果、ハウジング壁部と排気管との間にギャップが形成され、これにより伝熱が少なくとも部分的に低減される。

【0007】

ＷＯ２０１６／０３０２１１Ａ１により、２つのエンドプレートと、互いに対向して位置する２つの側壁と、横方向の接続壁と、少なくとも１つの媒体交換要素と、を備える燃料電池スタック用のハウジングが公知である。２つのエンドプレートは、燃料電池スタックの両端部に配設されている。互いに対向して位置する２つの側壁は、エンドプレートを互いに接続する。横方向の接続壁は、互いに対向して位置する２つの側壁を互いに接続する。少なくとも１つの媒体交換要素は、媒体接続を含む。２つのエンドプレートは、それぞれ断熱支持構造として設計されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、燃料電池装置を有する改善されたジェネレータユニットを提供することである。特に、本発明の目的は、良好な断熱特性を有し、好ましくは、ジェネレータユニットのハウジングの加熱を減少、特に好ましくは防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的は、請求項１に係るジェネレータユニット、請求項１３に係る車両、及び請求項１５に係る排気管装置により実現する。以下に記載する有利な実施例の特徴は、明示的に排除しない限り、所望に応じて互いに組み合わせることができる。特に、本発明の第１の態様に関して説明する特徴及び利点は、本発明の他の態様及びその有利な実施例に適用され、またその逆も同様である。

【0010】

本発明の第１の態様は、ジェネレータユニットに関し、ジェネレータユニットは、少なくとも１つの開口部を有するハウジングと、ハウジングに配設された燃料電池装置と、気体を供給するように燃料電池装置に接続され、ハウジングの開口部を通って延びている、少なくとも１つの排気管を有する排気管装置と、少なくとも排気管の外壁部と開口部の縁部との間における領域に延びており、特に、排気管からハウジングへの伝熱を減少、特に、少なくとも大部分において防止する絶縁体と、を備える。

【0011】

本発明によるジェネレータユニットの好ましい用途は、駆動システム、例えばオルタネータが接続された内燃機関などの駆動システムのスイッチが切られたときに、特に車載システムに電力を供給する補助動力装置（ＡＰＵ）として、個人の自動車及び／又はトラックなどの陸上用車両に使用することである。

【0012】

本発明によるジェネレータユニットの他の好ましい用途は、一次駆動の構成要素としての、個人の自動車及び／又はトラックなどの陸上用車両における使用である。生成された電気エネルギーは、少なくとも部分的には車両を駆動するために使用される。

【0013】

本発明における意味において、「ジェネレータユニット」は、特に、電気エネルギーを提供する装置を指す。本発明の意味において、ジェネレータユニットは、特にＡＰＵである。ＡＰＵは、一次駆動装置のスイッチが切られると車両に電気エネルギーを供給する。

【0014】

本発明における意味において、「ハウジング」とは、特に、付加的な構成要素を配置することができるキャビティを有する装置を指し、この装置は、外部、特に気体及び／又は液体及び／又は固体の環境的な影響に対する遮蔽体かつ／又は構造的なユニットを形成するように組み合わされる。本発明のハウジングは、特に好ましくは、金属材料、特にシート状の金属材料、特に鋼又はアルミニウム合金から形成され、一次成形及び／又は再成形及び／又は機械加工により製造される。

【0015】

本発明における意味において、「燃料電池装置」は、特に、低温燃焼の結果、連続的に供給された燃料を化学反応によって電気エネルギーに変換する装置を指す。上記の定義には、特に、アルカリ形燃料電池（ＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）、ギ酸燃料電池であって、特に、実施例に応じて、白金及び／又はパラジウム及び／又はルテニウムの触媒を有するギ酸燃料電池、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、直接炭素（ダイレクトカーボン）形燃料電池（ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）、及びマグネシウム空気燃料電池（ＭＡＦＣ）が含まれる。

【0016】

好ましい実施例によれば、アノードには、燃料、特にバイオエタノール及び／又はエタノールと混合された水が供給される。

【0017】

したがって、燃料電池装置は、単一の燃料電池、又は、特に燃料電池スタックの形態をなす複数の燃料電池の複合体である。

【0018】

本発明における意味において、「排気管」とは、特に、少なくとも大部分において、細長い中空体を指しており、排気管の長さは、通常、少なくとも大部分において、径の断面よりも大きい。排気管は、特に、少なくとも大部分は、金属、特に鋼、アルミニウムなどの硬質材料から製造される。また、一般的な用語の使用とは異なり、本発明における意味において、排気管は、少なくとも大部分において、ゴム又は金属織物などの可撓性材料から形成されるホース状の管体を指す。剛性及び可撓性のパイプ又はホースの組み合わせもまた排気管の定義に含まれる。

【0019】

本発明における意味において、「絶縁体」とは、特に、非常に低い導電率及び／又は熱伝導率、特に、≧１０^６オームメートル（Ω・ｍ）の比抵抗を有する材料から形成された絶縁体を指す。一実施例によれば、絶縁体は、本発明における意味において、高い機械抵抗を有する絶縁体である。一実施例によれば、絶縁体は、酸化アルミニウム、セラミック、ステアタイト、磁器、ガラス、ガラス繊維強化プラスチック及びエポキシ樹脂を含む群からの材料を含む。熱絶縁体（断熱材）の例としては、真空断熱ボード、エアロゲル、発泡ガラス、粒状ガラスフォーム、ミネラルウール、ポリウレタン、グラファイトを含む発泡ポリスチレン、押出ポリスチレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン（ポリエチレンフォーム）、ウール、コルク、ヨシ（葦）製パネル、セルロース、麻繊維絶縁マット、木質繊維（ウッドファイバー）断熱パネル、わら俵、真珠岩（パーライト）又はウッドウール製軽量建築パネルが含まれる。

【0020】

特に、本発明は、ジェネレータユニットの排気管をハウジングから熱的に分断する手法に基づいている。絶縁体によるハウジングに対する排気管の本発明に係る絶縁により、排気管からハウジングへの伝熱は、少なくとも大部分において減少し、特に防止される。その結果、周囲に対するハウジングの温度上昇が僅かなものとなり、特に、少なくとも大部分において上昇しない。これは、ハウジングの付加的な断熱を省くことができるため有利である。このため、整備士は、例えば、健康上の危険、特に火傷などの危険を冒すことなく、ジェネレータユニット又はその近傍で、修理又は検査等の作業を行うことができる。

【0021】

有利な実施例によれば、燃料電池装置は、ハウジングによって、少なくとも大部分において気密に閉じられている。これは、気体及び／又は液体及び／又は固体の環境的な影響に対する耐性が向上するため、特に有利である。また、これは、起こり得る気体（例えば水素）の燃料電池装置からの漏出が非制御の状況下で回避されるが、適用可能な場合は、必要に応じて適切な対策及び／又は保護手段を開始するための対応する手段によって検出できるため有利である。

【0022】

他の有利な実施例によれば、絶縁体の第１のセクションは、少なくとも大部分において、円筒形、特に、中空の円筒基本形状を有している。好ましい実施例によれば、絶縁体の第１のセクションは、少なくとも大部分において完全に、特に完全に排気管の少なくとも１つの断面において排気管を囲んでいる。

【0023】

他の有利な実施例によれば、絶縁体の第１のセクションは、開口部の縁部と排気セクションとの間に配設されている。このようにして、ハウジングの開口部を通る通路の領域において、好ましくは絶縁体によって排気管が完全に包み込まれるため特に有利である。

【0024】

他の有利な実施例によれば、絶縁体の第１のセクションは、少なくとも大部分において、空気、液体及び／又は固体に対して不透過性である、排気管とハウジングとの接続を形成する。これは、燃料電池装置を、少なくとも大部分において、気体及び／又は液体及び／又は固体の環境的な影響から保護するため、かつ／あるいは、排気管をハウジングの内側から外側に延びる自由な支持方法で保持する必要がないように排気管の付加的な支持体を提供するために特に有利である。

【0025】

他の有利な実施例によれば、絶縁体の第２のセクションは、少なくとも大部分において、円板状の基本形状、特に円形のリセス（溝部）を有し、当該リセスを前記少なくとも１つの排気管が通って延びている。これは、フランジとハウジング壁部との間に所望の絶縁効果をもたらすために、排気管がフランジによってハウジングに保持されている実施例において特に有利である。

【0026】

本発明における意味において、「フランジ」とは、接続要素、特にボルト及びナットを使用して管、機械部品又はハウジングを接続及び閉鎖するための、特に非破壊的に取り外し可能な接続要素である。

【0027】

本発明の他の有利な実施例によれば、排気管は、排気管をハウジング、特に壁部、特にハウジングの外壁部に固定するように、配設、特にセットされた第１のフランジを有する。

【0028】

他の有利な実施例によれば、絶縁体の第２のセクションは、ハウジング壁部とハウジング壁部に面しているフランジの側との間の領域に配設されている。これは、排気管からの伝熱が減少、特に、少なくとも大部分において防止されるため、特に有利である。

【0029】

他の有利な実施例によれば、絶縁体は、少なくとも大部分において、円筒形、特に中空の円筒基本形状を有している少なくとも１つの第１のセクションと、少なくとも大部分において、円板状の基本形状、特に円形のリセスを有する第２のセクションと、を有し、前記リセスを排気管が通って延びている。好ましい実施例によれば、したがって、絶縁体は、特に大部分が回転対称のＬ字形の断面を有する。これは、このようにして、排気管の熱放射、特にハウジングの開口部を通って延びる排気管のセクションの熱放射が少なくとも１つのハウジング壁に放射されるため、特に有利である。この熱放射は、少なくとも部分的に、特に少なくとも大部分において完全に、特に完全に絶縁体によって吸収又は反射され、絶縁体によって覆われているハウジング壁部の領域は、少なくとも大部分において、特定の限界温度、特に５０℃を超えて加熱されない。

【0030】

他の有利な実施例によれば、ハウジングの開口部は、特に、設置する際に排気管装置の部分を外側から開口部に挿入することを可能にするように、ハウジング内の設置位置に配設された排気管装置の部分の特に最大の断面よりも大きい。これは、特に排気管装置を一体的に外側から開口部に挿入することによって、排気管装置を燃料電池装置及び／又はハウジングに容易に設置することができるため、特に有利である。

【0031】

他の有利な実施例によれば、少なくとも１つの排気管は、特にハウジングの外側に第１のフランジを有し、絶縁体、特に絶縁体の第２のセクションは、少なくとも部分的に、特に、少なくとも大部分において完全に、特に完全に第１のフランジとハウジング壁部との間に配設されている。これは、２つのセクションの前述の利点を単一の設計に組み合わせて、示した双方の伝熱経路を減らすこと、特に少なくとも大部分において経路を防止するため特に有利である。

【0032】

他の有利な実施例によれば、少なくとも大部分において、水密性及び／又は気密性のシール要素が、絶縁体と第１のフランジとの間及び／又はハウジングと絶縁体との間に配設されている。これは、このようにして、水のしぶきなどの外的な影響に対するハウジングの内部空間のシールが配設され、特に向上するため特に有利である。このようにして、付加的な適用場所又は設置場所、及び／又は、設置場所における環境条件について制限の拡張が許容されるように、ジェネレータユニットの仕様が変更され得る。さらに、ジェネレータユニットの耐性、特に液体の環境的な影響に対する耐性が向上する。

【0033】

他の有利な実施例によれば、第１のフランジは、少なくとも１つの保持手段、特にボルトによりハウジングに保持される。これは、このようにして排気管とハウジングとの間の機械的接続が強化されるため特に有利である。特に、この取り付けにより、ハウジングに対する排気管の付加的な自由度を制限すること、特に排除することが可能となる。有利な実施例によれば、排気管は、特に取り外し可能に、第１のフランジを介してハウジングに保持、特に固定されている。

【0034】

他の有利な実施例によれば、少なくとも１つの保持手段は、第１のフランジ及びハウジング壁部、特に絶縁体及び／又は少なくとも１つのシール要素を通って延びている。これは、ジョイント保持手段を用いてこのようにフランジとハウジング壁部との間を接続するために特に有利であり、その間に配置された構成要素、絶縁体及びシール要素も固定される。これは設置の簡略化に関して特に有利である。このようにして、好ましい実施例によれば、断熱又は流体絶縁の意図した機能に対する不利益を抑制する、絶縁体及び少なくとも１つのシール要素のリセスを小さくすることができるため有利である。

【0035】

他の有利な実施例によれば、少なくとも１つの保持手段は、少なくとも大部分において、特に着脱可能な絶縁性のカバー又は破壊せずに取り外し可能な絶縁性のコーティングにより、第１のフランジ及び／又はハウジングから熱的に遮断されている。これは、このようにして、保持手段を介して排気管からハウジングに生じ得る伝熱経路を減少、特に防止することができるため特に有利である。

【0036】

他の有利な実施例によれば、少なくとも１つの保持手段は、少なくとも１つの絶縁ワッシャを有する。

【0037】

他の有利な実施例によれば、ジェネレータユニットは、排気管装置をハウジング内で終端する燃料電池装置の排気口に接続するように配設、特にセットされている第２のフランジを有する。第２のフランジを設けることにより、排気管又は燃料電池装置を互いに独立してジェネレータユニットから取り外すことが可能になり、これにより、特に耐摩耗性の排気管に対する修理作業が容易になる。

【0038】

ジェネレータユニットの他の有利な実施例によれば、第２のフランジがハウジング開口部を通って案内されるように、特に第２のフランジがハウジング開口部より小さい径を有するように、第２のフランジが形成されている。これにより、修理作業が特に容易になる。

【0039】

他の有利な実施例によれば、燃料電池装置は、燃料電池装置にその組成に適合した燃料を供給するように、特に、配設され、特にセットされた改質器を有する。

【0040】

本発明における意味において、「改質器」は装置であって、特に、燃料出発材料、特に天然ガス及び／又はエタノール、特にバイオエタノール、及び／又はエタノール、特にバイオエタノールと混合された水が内部に供給され、特に熱を加えることによって、燃料、特に水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含むガス混合物に変換する装置である。これは、燃料電池を作動させるのに必要な燃料、特にガス混合物を最初から上記の形態で貯蔵しておく必要がなく、より安定した形態及び／又はより高いエネルギー密度を有する形態で貯蔵することができ、燃料への変換は、燃料電池内での反応の直前に（特に少なくとも大部分において直ちに）のみ行われるため特に有利である。

【0041】

本発明の付加的な態様は、前述した型式のジェネレータユニットを有する車両、特に陸上用車両に関する。これは、本発明によるジェネレータユニットの利点、特に、高いエネルギー効率を、特に道路での輸送などの日常の使用のために提供することができ、これにより、汚染物質の排出低減に寄与することができるため特に有利である。

【0042】

他の有利な実施例によれば、車両は、燃料、特にエタノール、特にバイオエタノール、及び／又はエタノール、特にバイオエタノールと混合された水の供給のための燃料貯蔵部をさらに含み、燃料は、少なくとも部分的に、特に、少なくとも大部分において、特に完全に、燃料電池装置の作動のための貯蔵（リザーブ）用に供給される。

【0043】

本発明における意味において、「バイオエタノール」とは、少なくとも大部分において、バイオマス又は廃棄物の生分解性部分から生成されるエタノールを意味している。この同義語は、「農業用エタノール」である。

【0044】

本発明の他の態様は、排気管装置、特に前述した排気装置のジェネレータユニットに関している。排気管装置は、上流側端部及び下流側端部を有する少なくとも１つの排気管と、排気管装置をハウジング、特にジェネレータユニットのハウジングに接続するように配設、特にセットされた第１のフランジと、排気管装置を、特に、ハウジング内で終端する、排気口、特にジェネレータユニットの燃料電池装置に接続するように配設、特にセットされた第２のフランジと、少なくとも排気管の外壁部とハウジング開口部の縁部との間における領域に延びており、特に、排気管からハウジングへの伝熱を減少、少なくとも大部分において防止する絶縁体と、を備える。これは、第１のフランジ及び第２のフランジを有する二段階構造により、排気管装置が燃料電池装置の排気口と燃料電池装置のハウジングとの双方に固定され、これにより、第１のフランジを介した接続部の機械的負荷が軽減されるため特に有利である。これにより、第２のフランジを機械的安定性が低く、特により小さく及び／又はより薄く設計することができ、重量及びコストを節約することができるとともに、一実施例によれば、付加的に又は代替的に、ハウジング内の限られた設置スペース内で排気管装置を排気口に接続するために必要な設置スペースを確保することができる。

【0045】

排気管装置の他の有利な実施例によれば、第２のフランジは、第１のフランジよりも排気管の上流側端部に近接して配設されている。

【0046】

排気管装置の他の有利な実施例によれば、絶縁体は、少なくとも１つのセクションにおける排気管の外壁部の全周に沿って、かつ／又は少なくとも１つの領域における第１のフランジの側に沿って延びている。これに基づく対応する利点及び実施例については、繰り返しを避けるために上記実施例を参照するものとする。

【0047】

本発明のさらなる特徴、利点及び用途は、図面を参照した以下の種々の例示的な実施例の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】本発明の一実施例に係る排気管装置を有するジェネレータユニットの少なくとも部分的な概略図。

【図1a】本発明の一実施例に係る、設置状態にある排気管装置の少なくとも部分的に概略的に示す三次元部分断面図。

【図2】本発明の一実施例に係る、設置状態にある排気管装置の少なくとも部分的な概略部分断面図。

【図3a】本発明の一実施例に係る排気管装置の少なくとも部分的な概略三次元図。

【図3b】保持手段を有する、図３ａに示した排気管装置を示す他の図。

【図4】本発明の一実施例に係る、保持手段を有する排気管装置の少なくとも部分的な概略三次元図。

【図5】本発明の一実施例に係る、絶縁体及び複数のシール要素の少なくとも部分的な概略図。

【図6a】図５に示した絶縁体の詳細図。

【図6b】図５に示したシール要素の詳細図。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１は、本発明の一実施例に係る排気管装置２００を有するジェネレータユニット１の少なくとも部分的な概略図を示している。燃料電池装置（図示せず）は、ハウジング１００内に配設されている。後者は、気体を供給するように排気管装置２００に接続されている。排気管装置は、少なくとも１つの排気管２１０、図１では２つの排気管２１０を有している。排気管２１０は、ハウジング１００、特にハウジング壁部１１０の開口部１１２を通って延びている。

【0050】

図１ａは、ハウジング１００に設置された排気管装置２００を示す拡大した部分三次元断面図である。図１ａの実施例によれば、燃料電池装置の排気口１２０は、ハウジング壁部１１０の領域におけるハウジング１００内で、特に、ハウジング壁部１１０における開口部１１２と整列した状態で終端している。図１ａの実施例によれば、排気口１２０は、排気口フランジ、特にジョイント排気口フランジにおいて終端している。排気管装置２００は、付加的な保持手段２５２によってこの排気口フランジに取り付けられている。好ましい実施例によれば、排気口フランジと第２のフランジ２６０との間に他のシール要素２４２が配設されている。シール要素は、少なくともその大部分が水密性かつ／又は気密性である。

【0051】

開口部１１２は、開口部を通過する排気管２１０よりも寸法が大きい。このため、第２のフランジ２６０を有する排気管装置を外側から開口部１１２を通して、ジェネレータユニット１のハウジング１００内に挿入して、取り付けることができる。排気管装置２００は、第１のフランジ２３０を介して、ハウジング１００、特に、ハウジング壁部１１０に対して、取り外し可能に接続される。図１ａの実施例によれば、上記の接続は、ボルトなどの複数の保持手段２５０によって行われる。保持手段２５０は、第１のフランジ２３０を通って延び、ハウジング壁部１１０に係合するか、あるいは、第１のフランジ２３０及びハウジング壁部１１０を通って延び、特にナットによってハウジングの内側に固定される。

【0052】

絶縁体２２０及び２つのシール要素２４０は、第１のフランジ２３０とハウジング壁部１１０との間に設けられている。シール要素２４０は、一方で、ハウジング壁部１１０と絶縁体２２０との間に配置され、かつ絶縁体２２０と第１のフランジ２３０との間に配置されている。絶縁体２２０は、第１のセクション２２２及び第２のセクション２２４を有する。第１のセクション２２２は、少なくとも大部分において、円筒形、特に、中空の円筒形の基本形状を有している。第２のセクション２２４は、少なくとも大部分において、円板状の基本形状を有しており、特に円形のリセス（溝部）を有している。このリセスを排気管２１０が通って延びている。絶縁体２２０のセクション２２２，２２４の双方は一体として、少なくとも大部分においてＬ字形の断面形状を形成している。

【0053】

図２は、本発明の一実施例に係る、設置状態にある排気管装置の少なくとも部分的な概略部分断面図を示している。図２に示す排気管装置２００の実施例は、少なくとも大部分が、図１又は図１ａの実施例に対応している。図１又は図１ａの実施例は、特に明記しない限り又は明確な方法で当業者に明らかでない限り、図２にも当てはまる。繰り返しを避けるために、図２を参照しながら補足説明だけを続ける。図２に示したフローＳの方向は、排気ガス体積流の好ましい移動方向を示している。また、図示したフローＳは、例えば、排気管の上流側端部及び下側流端部に対する流れ指向データの基準としても役立つ。

【0054】

図２に示すように、ハウジング壁部１１０における開口部１１２は、排気管２１０の径よりも大きい。図２の実施例によれば、設置のために排気管装置２００が外部から開口部１１２を通ってハウジング１００へと挿入されることを保証するように、開口部１１２の大きさは、少なくとも大部分において、第２のフランジ２６０の幾何学的寸法に基づいている。本発明の一実施例、特に図２の実施例によれば、絶縁体２２０の第１のセクション２２２は、少なくとも大部分において、排気管装置２００の軸方向及び／又はフローＳの方向と平行に延びている。図２の実施例によれば、第１のセクション２２２は、少なくとも大部分において、開口部１１２の縁部に当接している。図２の実施例によれば、絶縁体２２０の第１のセクション２２２は、少なくとも大部分において、排気管２１０から環状に離間している。本発明の他の実施例（図示せず）によれば、第１のセクション２２２は、１つの領域において、少なくとも大部分が排気管２１０に当接している。絶縁体２２０の他の実施例（図示せず）によれば、絶縁体２２０の第１のセクション２２２は、少なくとも大部分が完全に開口部１１２と排気管２１０との間の空間内を延びている。換言すると、絶縁体は、特に少なくとも大部分において完全に、開口部１１２及び排気管２１０に当接している。

【0055】

図３ａは、本発明の実施例に係る排気管装置２００の少なくとも部分的な概略三次元図を示している。図３ｂは、保持手段を有する、図３ａに示した排気管装置２００の他の図を示している。

【0056】

上記実施例に加えて、図３ａ，３ｂは、第２のフランジ２６０が双方の排気管２１０のためのジョイント接続をもたらすことを示している。他のシール要素２４２は、少なくとも大部分において、第２のフランジ２６０の外形状に対応しており、第２のフランジ２６０は、保持手段２５２及び排気ガス体積流のための対応するリセスを有している。排気ガス体積流は、排気口から排気管２１０へと流れる。シール要素２４０の幾何学的形状は、少なくとも大部分において、第１のフランジ２３０の外形状に対応している。第１のフランジ２３０は、絶縁体２２０の第１のセクション２２２及び保持手段２５０のための対応するリセスを有している。

【0057】

図４は、排気管装置２００、特に、排気管２１０、第１のフランジ２３０及び第２のフランジ２６０の詳細図を示している。好ましい実施例、特に図４の実施例によれば、排気管２１０、第１のフランジ２３０及び第２のフランジ２６０は、一体もの（ワンピース）として設計されている。また、これは、構成要素２１０，２３０，２６０からなる対応するアセンブリを、特に半製品の形態で提供することを意味し、個々の構成要素は、後に、すなわち、一次成形製造手順の過程ではない、特に、溶接、はんだ付け、糊付け（接着）、締め付け、ボルト締め、リベット締めなどにより、組み立てられる。概して、図面において、明瞭にすることを目的として、いくつかの保持手段には単に例として参照符号を付しているが、これは参照していない保持手段との違いを示唆するものではない。

【0058】

図５，６ａ，６ｂは、本発明の少なくとも一つの実施例に係る、アセンブリと共に説明する排気管装置の構成要素を個別に示している。

【0059】

例示的な実施例ついて説明したが、種々の変形が可能であることを留意されたい。さらに、例示的な実施例は単なる例に過ぎず、決して保護の範囲、用途又は設計を限定するものではないことに留意されたい。代わりに、前述の説明は、少なくとも１つの例示的な実施例を実施するための指針を当業者に与えるものであり、特に説明した構成要素の機能及び配置に関して、特許請求の範囲及びこれらの均等な特徴の組み合わせから生じる保護の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ ジェネレータユニット
１００ ハウジング
１１０ ハウジング壁部
１１２ ハウジング壁部１１０の開口部
１２０ 排気口
２００ 排気管装置
２１０ 排気管
２２０ 絶縁体
２２２ 絶縁体２２０の第１のセクション
２２４ 絶縁体２２０の第２のセクション
２３０ 第１のフランジ
２４０ シール要素
２４２ （他の）シール要素
２５０ 保持手段
２５２ （他の）保持手段
２６０ 第２のフランジ
Ｓ フローの方向

【図1】

【図1a】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】