一种燃料电池系统，具有用于干燥气体的设备，所述设备具有：带有至少一个第一面的至少一个冷却体和至少一个去除装置。所述冷却体设计成用于与热沉热连接，并且与扫过的气体形成接触。所述去除装置相对于所述第一面可移动地支承，并且设计成用于去除在所述第一面上冻结的水。由此实现气体的干燥，其中，在较长的时间段能够在恒定的干燥效果的同时实现持续的干燥。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有用于干燥燃料电池系统的废气的设备的燃料电池系统、一种用于干燥燃料电池系统的废气的方法和一种具有至少一个这样的燃料电池系统的飞机。
技术介绍
对于现代客机，有时设计或者已经使用燃料电池系统来完成多种多样的任务。除了产生电力，也能够完成其它任务，例如通过引入燃料电池系统的废气来惰化燃料箱。由于燃料电池的工作方式，废气在通常情况下具有水蒸气成分。一般来说，在使用湿的气体来惰化燃料箱时产生下述问题动力燃料、特别是煤油是吸湿的。此外，存在还能够在油箱中形成菌群的风险，用于检测油箱的液位的传感器可能受到影响，使得检测不精确。此外，在燃料箱或燃料本身内能够形成冰晶，当飞机在巡航时或者在地面上温度低于冰点时，所述冰晶能够导致推进器喷油嘴和燃油滤清器的损坏。相应地存在将干燥的气体导入燃料箱中以便能够实现燃料箱的惰化的需求。DE102005054885A1和US2007/0111060A1示出一种用于降低燃料箱的爆炸危险的安全系统，其中，保护气体产生装置包括具有燃料电池的燃料电池系统，并且提供在燃料电池系统工作时由燃料电池产生的保护气体。在现有技术中，已知用于干燥气体、特别是空气的不同的方法和系统。因此，例如可能的是，通过吸湿介质，例如硅胶，来执行吸收。但是，吸湿介质的吸水能力是有限的，从而使得在使用后必须替换或再生。特别是在飞机中，替换导致明显的重量问题，并且持续不断地排空和再填充导致提高的维护耗费。此外，通过相应的热量输入，例如通过加热的空气可实现再生。但是，这提出燃料电池系统的效率的问题，因为需要显著的能量耗费用于热再生。如果不应执行再生，那么由于已提及的饱和，废气干燥仅在限定的时长中是可能的。一般来说，在这样的方法中达到露点，也就是产生冷凝的和蒸发的水的平衡状态的温度，所述温度直至达到两位的负数范围中。用于干燥空气的另一方法通过借助于可选的薄膜在利用分压差的情况下传输水来实现。为此，使用将待干燥的气体与已干燥的气体分开的薄膜，其中，由于分压差导致水穿过薄膜。代替已干燥的气体，也能够提高在待干燥的气体所在的薄膜侧上的静压力。所述方法通过可实现的分压差限定其干燥性能。薄膜式压缩空气干燥器的特别低的露点仅在使用很高的工作压力和因此必要的高压缩性能的情况下达到。从现有技术中已知的用于干燥气体的另一第三方法通过将气体冷却至低于露点而实现，为此，基本上仅需要换热器和热沉或冷却介质。紧接在冷却之后，并且用于液态的水和气态的剩余气体的最后分离，能够使用水滴收集器或类似物。但是，所述原理要求很高的冷却性能，因为存在液态的产物水，并且必须排出在相变时释放的能量。用于冷却所述气体的冷能够部分在随后的再生的换热器中回收。在这种情况下，可达到的露点基本上通过冰点限定，因为在目前常用的结构方式中，在换热器内出现的结冰能够导致气体管道的阻塞。
技术实现思路
相应地，可视为本专利技术的目的是，提出一种用于冷却燃料电池系统的废气的系统，所述系统减少或完全消除前面列举的缺点。特别地，可视为本专利技术的目的是，提出一种用于干燥燃料电池系统的废气的系统，所述系统能够以尽可能低的能量实现废气的尽可能有效的干燥，而在最小化附加的重量的同时不明显提高燃料电池系统的复杂度或增加燃料电池系统的外围设备。 所述目的能够通过根据独立权利要求I所述的具有用于干燥燃料电池系统的废气的设备的燃料电池系统来实现。在从属权利要求中可获得有利的改进方案。根据本专利技术的第一方面，用于干燥废气的设备具有带有至少一个第一面的至少一个冷却体以及至少一个去除装置。冷却体设计成用于与热沉热连接，并且与扫过第一面的气体实现接触。这具体意味着，任意成型的冷却体能够以任意形式与热沉连接来进行冷却。在此，与热沉的连接能够以完全不同的形式实现。因此例如能够设有冷却循环，所述冷却循环引导作为热沉的冷却介质通过冷却体，从而使得热量由冷却体传递给冷却介质。同时，冷却体也能够设计成用于与作为热沉的帕尔贴(Peltier)元件或类似物进行机械连接，从而能够通过与帕尔贴元件的冷侧接触来实现从冷却体到帕尔贴元件的热输出，并且因此能够实现冷却。此外，也可能的是，来自任意的源的作为热沉的冷流体以任意形式与冷却体进行连接，从而通过流体的低温实现冷却体的冷却。在这种情况下，例如能够考虑在巡航阶段中来自飞机的周围环境的特别冷的外界空气，所述外界空气能够直接使用或通过呈蒙皮散热器形式的换热器来使用。同样地，作为热沉考虑使用来自低温罐的液态氢，所述液态氢用作燃料电池的燃料。为了驱动燃料电池总归需要的是，将氢从其液态形式转化成气态形式，从而使得热输入能够是有利的。这样的冷却体的优点在于，扫过冷却体的第一面的气体的水的部分或水蒸气的部分被冻结，并且积聚在第一面上。在冷却体低于冰点的足够冷的温度并且第一面用待干燥的气体充分加载的情况下，气体的充分干燥是可能的。已提及的去除装置可相对于冷却体的第一面移动地支承，并且设计成用于再次去除冻结在第一面上的水。从而使得冰不会过度积聚。本专利技术的这个方面不局限于特定类型的去除装置，而是在此也考虑每种可设想的去除装置。这能够实现机械的去除元件，所述去除元件借助刮元件、刮棱边或类似物与第一面接合，并且将冰从第一面机械地去除。在现有技术中已知的设备的特有的缺点能够通过包括在根据本专利技术的燃料电池系统中的用于干燥的设备来克服。应用机械去除装置的特别的优点在于，不发生饱和效应。此外，不将允许去除冰或允许干燥气体的特殊物质输送给设备。此外，基于紧凑的结构形式。在一个有利的改进方案中，去除装置具有棱边，所述棱边设计成用于将冰从冷却体的第一面刮掉。因此，所述棱边优选可构成为，使得所述棱边的形状与第一面的形状相符。如果第一面例如是平坦的、直的平面，那么能够使用平坦的和笔直的棱边将冰从第一面刮掉。因此，在第一面上积累的冰量总是有限的。因此，用于使气体的水蒸气结冰的持续的充分散热是可能的。根据一个同样有利的改进方案，冷却体是空心体，其中，第一面是冷却体的内面。因此，特别是简化了气体的输入和通过，因为冷却体实际上能够通过其空心形状形成空气管道。通过冷却体与热沉的热连接，冰在冷却体的内面上积聚，并且能够持续地、逐渐地或者交替地被刮掉。同样有利的是，冷却体具体实现为至少局部为空心圆柱形的体，因为，所述变形方案能够特别容易地制成，并且因此能够将用于制造设备的费用降低到低水平。在使用空心体时，特别是在至少局部为空心圆柱形的构造时，在一个有利的改进 方案中提出，使用螺旋形去除装置，其外螺旋棱边与冷却体的内面接触。螺旋形去除装置优选可转动地支承在轴线上，所述轴线相应于冷却体的延伸轴线。通过所述同中心的、对称的构造允许在整个内面上进行均匀的刮除。通过持续地转动例如能够具有螺旋形刮棱边的所述螺旋形去除装置，在冷却体的内面上持续地刮掉冰，从而在冰积聚在冷却体的内面上之后，根据去除装置的螺旋线的螺距和数量将冰直接去除。特别有利的是，冷却体由另一冷却体包围，所述另一冷却体在其内侧上形成与冷却体的间隙。用于引起冷却体冷却的冷却介质能够通过这样的间隙进入。流入的冷却介质或类似物质的温度应具有比(TC低很多的温度。在这种情况下，本专利技术不局限于确定类型的冷却介质，而是可使用一系列不同的冷却介质。既可考虑液态的冷却介质，也可考虑气态的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.29 DE 102009051212.8;2009.10.29 US 61/256,1.燃料电池系统，具有用于干燥所述燃料电池系统的废气的设备(11、50)，所述设备具有 -带有至少ー个第一面(6、14)的至少ー个冷却体(2、12);和 -至少ー个去除装置(8、16)， 其中，所述冷却体(2、12)设计成用于与热沉热连接，并且与待干燥的扫过的气体形成接触， 其中，所述去除装置(8、16)相对于所述第一面(6、14)能移动地支承，并且所述去除装置设计成用于去除在所述第一面(6、14)上冻结的水。2.如权利要求I所述的燃料电池系统，其中，所述去除装置(8、16)具有用于刮掉所述第一面(6、14)的冰的棱边(10、20)。3.如权利要求I或2所述的燃料电池系统，还具有与所述去除装置(8、16)耦联的驱动装置(31)。4.如上述权利要求之一所述的燃料电池系统，其中，所述冷却体(2、12)是空心体，其中，所述第一面(6、14)是所述冷却体(2、12)的内面。5.如权利要求I至3之一所述的燃料电池系统，其中，所述冷却体(2、12)至少部分地构成为空心圆柱体,其中,所述第一面(6、14)是所述冷却体(2、12)的内部的侧面。6.如权利要求4或5所述的燃料电池系统，其中，所述去除装置(8、16)具有螺旋形状，并且所述去除装置在其外部的螺旋棱边(20)中的ー个上与所述冷却体(14)的内面接触，并且在相对于所述冷却体(14)固定的轴线(18)处能转动地支承。7.如权利要求4至6...
【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·默克，约翰内斯·劳克纳，拉尔夫亨宁·施托尔特，
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：
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