用于飞行器的燃料电池系统技术方案

一种为与压力无关的运行所设置的燃料电池系统(2)，其中设有至少一个具有开放式阴极的燃料电池，所述燃料电池系统将第一流体室(18)连接到流入截面并且将第二流体室(32)连接到流出截面(14)。在所述流体室(18，32)中能够调节超压，所述超压适配于所述至少一个燃料电池的运行。

Fuel cell system for aircraft

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的燃料电池系统
本专利技术涉及一种用于飞行器的燃料电池系统以及一种配备有这种燃料电池系统的飞行器。
技术介绍
燃料电池在飞行器中的使用是已知的。存在各种将燃料电池集成到飞行器中的方案。PEM燃料电池的使用特别是与以下条件相结合，这些条件尤其涉及遵守一定的边界条件。例如，所供应的反应物应尽可能不超过约40℃至50℃的温度。还应能够实现维持膜湿度。此外，使用具有经空气冷却的(所谓开放式的)阴极的燃料电池堆是非常有利的。然而，由于结构类型，运行被限制在低于约4000m的高度。如果在飞行器中使用这种燃料电池并且该燃料电池位于机身的非加压区域中，则仅可能在近地面的高度上运行。DE102005010399A1展示了一种用于为飞行器供应能量的燃料电池系统，该燃料电池系统具有燃料电池、氢气罐和氧气罐，其中氢气罐和氧气罐被连接到燃料电池以用于供给该燃料电池。尤其，燃料电池系统被布置成用于布置在飞行器的压力通风的并且有空调的区域中。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种燃料电池系统，其中可以利用开放式阴极的优点，但仍然能够实现在非加压区域中的集成并且可以在整个飞行高度上运行。该目的通过具有独立权利要求1所述特征的燃料电池系统来实现。有利的实施方式和改进方案可以自从属权利要求和以下说明书中得知。提出一种用于飞行器的燃料电池系统，所述燃料电池系统具有：燃料电池单元，所述燃料电池单元具有阳极入口和开放式阴极，所述开放式阴极具有流入截面和流出截面；第一流体室，所述第一流体室具有第一空腔、第一连接开口和至少一个第一流体接口；第二流体室，所述第二流体室具有第二空腔、第二连接开口和至少一个第二流体接口；与所述第一流体接口联接的、用于提供加压空气的装置；与所述第二流体接口联接的空气出口；以及第一压力调节装置，其中所述第一连接开口与所述流入截面连接，从而使得所述流入截面仅与所述第一空腔处于直接连接，其中所述第二连接开口与所述流出截面连接，从而使得所述流出截面仅与所述第二空腔处于直接连接，并且其中所述第一压力调节装置被设计成通过影响来自所述第二流体室的空气的排出流来调节所述第二空腔中的超压，从而使得预先确定的、用于所述燃料电池单元的运行所需的空气流从所述第一流体室经过所述燃料电池单元的开放式阴极流动至所述第二流体室。优选地，燃料电池单元是封闭式组件，该封闭式组件可以包含一个或多个燃料电池。燃料电池单元例如可能被实施为燃料电池堆的形式，其中布置多个燃料电池并且共同地被供给反应物。燃料电池单元具有例如阳极入口，经过该阳极入口可以从外部源将燃料(优选氢气)供应给燃料电池单元。进一步可能的是，还使用多个燃料电池堆。根据本专利技术，燃料电池单元具有开放式阴极，该开放式阴极具有流入截面和流出截面。由此可以通过简单的手段将空气引导至阴极。空气穿过流入截面流入开放式阴极中、穿过开放式阴极在朝向流出截面的方向上流动并且在该流出截面处再次流出。由此一方面将空气中的氧气作为氧化剂供应给阴极。另一方面，阴极中存在的热量被空气流吸收并且至少部分地被引导离开阴极。因此，开放式阴极使氧气供应以及冷却变得容易。额外地，还可以藉由连续的空气流将所产生的水从阴极中排出。根据本专利技术的燃料电池系统的特别之处在于第一流体室，该第一流体室具有第一空腔、第一连接开口和至少一个第一流体接口。第一流体室应理解为一种类型的容器，该容器的体积由第一空腔限定。空腔藉由第一连接开口向外打开。第一连接开口可以在第一流体室的边界面的大体上的面区域上延伸。这还可以通过所涉及边界面的基本缺失来实现。第一连接开口适配于燃料电池单元的流入截面，从而使得第一连接开口可以齐平地与燃料电池单元的流入截面连接。优选地，第一流体室以如下方式实施，使得该第一流体室可以齐平地安装到燃料电池单元上，从而使得流入截面与第一连接开口可以彼此对流体密封地连接。通过这种连接，从第一连接开口排出的空气仅可以进入流入截面。第一流体室与燃料电池单元之间的过渡部优选地被密封，以便阻止空气从连接部位处逸出。借助第一流体接口可以执行第一流体室与用于提供加压空气的装置之间的流体连接。由此，在第一流体室的第一空腔中可以产生超压，该超压导致空气流入到流入截面中、穿过开放式阴极并且流动至第二流体室。第二流体室与此类似地构造并且因此具有第二空腔、第二连接开口和至少一个第二流体接口。第二连接开口被适配成用于与流出截面连接，从而使得开放式阴极在其流出端部仅与第二空腔处于流体连接。优选地，流出截面与第二流体室之间的过渡部可以被密封，从而使得还可以在此处防止空气逸出。第一流体室和第二流体室可能分别被实施为独立的壳体。然而还可能的是，使用一个单独的壳体，在该单独的壳体中两个流体室彼此分隔开。该壳体还可以包围燃料电池单元。在每个实施方式中应特别注意的是，流体室相对于各另外的流体室以及相对于燃料电池单元被密封并且仅实现上文提到的空气流。从第一流体室流动到第二流体室中的空气部分地经由第二流体接口离开第二流体室。该空气例如减少其氧气含量并且经过流动路径被开放式阴极容易地加热。通过第一压力调节装置来影响来自第二流体室的空气的排出流。因此，通过将加压空气连续地引入第一流体室的第一空腔中，可以通过空气的排出流直接地调节第二流体室和第一流体室中的超压。因此，由此得到的位于燃料电池单元中的压力水平可以适配于确保燃料电池单元的最优运行。由此，燃料电池单元与其直接的周围环境无关地运行并且可能尤其以如下方式运行，使得该燃料电池单元大体上处于如在地面运行时的压力水平。总之通过上文展示的结构得出如下燃料电池系统，该燃料电池系统可以与飞行器中改变的周围环境条件无关地运行。这既允许布置在飞行器的非加压区域中，还允许使用具有开放式阴极的燃料电池。由此可以显著简化燃料电池的结构及其运行，并且所得到的燃料电池系统的重量是小的。优选地，所述第一压力调节装置被配置成用于根据所述燃料电池系统的周围环境压力来改变所述第二空腔中的超压。超压在此处例如可以被调节到预先确定的水平，该水平能够实现燃料电池单元的正常运行，然而并不一定与地面处的压力相对应。随着周围环境压力的降低，第二流体室中的压力可能降低例如直至达最小值，从而使得由于超压所致的针对燃料电池系统的机械负载尽可能小。可设想的是，将第二流体室中的绝对压力调节为至少600mbar。进一步可设想的是，设置超过周围环境压力至少100mbar的压力。优选地，所述燃料电池系统进一步具有第二压力调节装置，其中所述阳极入口与用于提供氢气的装置联接，其中所述第二压力调节装置与所述阳极入口和所述用于提供氢气的装置处于操作性连接，并且其中所述第二压力调节装置被配置成用于根据所述第一流体室中的压力来影响所述阳极入口处的燃料压力。当来自第二流体室中的排出流被影响并且尤其被节流以便提高此处的压力时，第一流体室中的压力升高。为了促进燃料电池系统的正常运行，在阳极处应存在适合的燃料压力。如果可能，该燃料压力应大约与第一流体室中的压力相对应。因此，可以使用第二压力调节装置以实现该燃料压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行器的燃料电池系统(2)，所述燃料电池系统具有：/n-燃料电池单元(4)，所述燃料电池单元具有阳极入口(8)和开放式阴极(16)，所述开放式阴极具有流入截面(12)和流出截面(14)，/n-第一流体室(18)，所述第一流体室具有第一空腔(22)、第一连接开口(20)和至少一个第一流体接口(23)，/n-第二流体室(32)，所述第二流体室具有第二空腔(34)、第二连接开口(21)和至少一个第二流体接口(36)，/n-与所述第一流体接口(23)联接的、用于提供加压空气的装置(24)，/n-与所述第二流体接口(36)联接的空气出口，以及/n-第一压力调节装置(38)，/n其中所述第一连接开口(20)与所述流入截面(12)连接，从而使得所述流入截面(12)仅与所述第一空腔(22)处于直接连接，/n其中所述第二连接开口(21)与所述流出截面(14)连接，从而使得所述流出截面(14)仅与所述第二空腔(34)处于直接连接，/n其中所述第一压力调节装置(38)被设计成通过影响来自所述第二流体室(32)的空气的排出流来调节所述第二空腔(34)中的超压，从而使得预先确定的、用于所述燃料电池单元(4)的运行所需的空气流从所述第一流体室(18)经过所述燃料电池单元(4)的开放式阴极流动至所述第二流体室(32)。/n...

【技术特征摘要】
20180814 DE 102018119758.61.一种用于飞行器的燃料电池系统(2)，所述燃料电池系统具有：
-燃料电池单元(4)，所述燃料电池单元具有阳极入口(8)和开放式阴极(16)，所述开放式阴极具有流入截面(12)和流出截面(14)，
-第一流体室(18)，所述第一流体室具有第一空腔(22)、第一连接开口(20)和至少一个第一流体接口(23)，
-第二流体室(32)，所述第二流体室具有第二空腔(34)、第二连接开口(21)和至少一个第二流体接口(36)，
-与所述第一流体接口(23)联接的、用于提供加压空气的装置(24)，
-与所述第二流体接口(36)联接的空气出口，以及
-第一压力调节装置(38)，
其中所述第一连接开口(20)与所述流入截面(12)连接，从而使得所述流入截面(12)仅与所述第一空腔(22)处于直接连接，
其中所述第二连接开口(21)与所述流出截面(14)连接，从而使得所述流出截面(14)仅与所述第二空腔(34)处于直接连接，
其中所述第一压力调节装置(38)被设计成通过影响来自所述第二流体室(32)的空气的排出流来调节所述第二空腔(34)中的超压，从而使得预先确定的、用于所述燃料电池单元(4)的运行所需的空气流从所述第一流体室(18)经过所述燃料电池单元(4)的开放式阴极流动至所述第二流体室(32)。


2.根据权利要求1所述的燃料电池系统(2)，
其中所述第一压力调节装置(38)被配置成用于根据所述燃料电池系统(2)的周围环境压力来改变所述第二空腔(34)中的超压。


3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统(2)，
所述燃料电池系统进一步具有第二压力调节装置(44)，
其中所述阳极入口(8)与用于提供氢气的装置联接，
其中所述第二压力调节装置(44)与所述阳极入口(8)和所述用于提供氢气的装置处于操作性连接，并且
其中所述第二压力调节装置(44)被配置成用于根据所述第一流体室(18)中的压力来影响所述阳极入口(8)处的燃料压力。


4.根据以上权利要求之一所述的燃料电池系统(2)，
其中所述用于提供加压空气的装置(24)具有压缩机(28)，所述压缩机与所述第一流...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·霍夫亚，克里斯蒂安·沃尔夫，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE