專利名稱：利用所使用的液態(tài)氫作為冷源來干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的概念的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)，一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的方法，ー種應用以及ー種具有至少ー個燃料電池系統(tǒng)和用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)的飛機。
背景技術(shù)：
對于現(xiàn)代客機単獨地設計或者已經(jīng)使用燃料電池系統(tǒng)，以用于完成各種任務。除了產(chǎn)生電力之外還能夠執(zhí)行其他任務，例如借助于來自燃料電池系統(tǒng)的廢氣惰化燃料箱。通常，在使用濕潤的空氣惰化燃料箱時存在下述問題尤其是煤油的動カ燃料是吸濕性的，并且此外，在箱中能夠形成影響用于檢測箱的液位狀態(tài)的傳感器并且使所述傳感器不精確地工作的菌群，并且還能夠形成當飛機處于巡航時或者在底板處位于冰點之下的溫度時能夠?qū)е峦七M器噴油嘴和燃料過濾器的損壞的冰晶。
DE 10 2005 054 885 Al和US 2007/0111060 Al示出用于降低動カ燃料箱爆炸危險的安全系統(tǒng)，其中保護氣體產(chǎn)生設備包括具有燃料電池的燃料電池系統(tǒng)并且在燃料電池系統(tǒng)工作時提供由燃料電池產(chǎn)生的保護氣體。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知用于干燥空氣的不同的方法和系統(tǒng)。因此，例如可能的是，通過例如硅膠的吸濕性的介質(zhì)進行吸附。但是，吸濕性介質(zhì)的吸水能力是有限的，使得其必須進行更換或者進行再生。更換在飛機中尤其導致顯著的重量問題并且持續(xù)的排空和再填充導致提高的維護耗費。此外，通過相應的熱輸入進行再生是可能的，例如通過加熱的空氣。然而這使燃料電池系統(tǒng)的效率成問題，因為為了熱再生需要顯著的能量耗費。如果不應該進行熱再生，廢氣干燥僅對于受限的時長是可能的。通常，在這種方法中達到露點，即存在冷凝的并且蒸發(fā)的水的平衡狀態(tài)的溫度，所述溫度直至兩位數(shù)的負值的范圍內(nèi)。
用于干燥空氣的另ー種方法通過借助可選擇的薄膜利用局部壓カ差的水轉(zhuǎn)移來進行。為此，使用將待干燥的氣體與相當干燥的氣體分離的薄膜，其中由于局部壓カ差通過薄膜引起水的穿透。除了所述極其干燥的氣體還能夠提高在薄膜側(cè)上的靜壓力，在所述薄膜側(cè)上存在待干燥的氣體。該方法的干燥能力受限于可達到的局部壓カ差。僅在使用相當高的工作壓カ和因此必需的高的壓縮機功率的情況下達到薄膜壓カ空氣干燥器的尤其低的露點。
現(xiàn)有技術(shù)中的用于干燥氣體的另ー第三方法通過將氣體冷卻到露點之下來進行，為此基本上僅需要ー個熱交換器和一個冷源或者ー種冷卻介質(zhì)。冷卻之后和為了使液態(tài)水和氣態(tài)的剩余氣體的最終分離，通常使用水滴收集器。然而該原理要求相當高的冷卻功率，因為存在液態(tài)的產(chǎn)物水并且必須排出在相轉(zhuǎn)換中釋放的能量。為冷卻氣體所使用的冷能夠被部分地保持在隨后的回熱式熱交換器中。原則上，在此，可達到的露點通過冰點來限制，因為在熱交換器內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)冰在如今通常的構(gòu)造方式中能夠?qū)е職怏w通道的堵塞。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于冷卻燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)降低或者完全消除了之前所描述的缺點。
特別地，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于冷卻燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在同時地最小化額外的重量時借助盡可能少的能量實現(xiàn)廢氣的盡可能有效的干燥，而沒有顯著地提高燃料電池系統(tǒng)或者其周邊設備的復雜性。
該目的通過根據(jù)獨立權(quán)利要求I所述的用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)來實現(xiàn)。有利的改進形式能夠從從屬權(quán)利要求中得出。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有至少ー個第一熱交換器、至少ー個第二熱交換器、共同的廢氣入口和共同的廢氣出口、共同的冷卻介質(zhì)入口和共同的冷卻介質(zhì)出口、共同的排氣ロ、具有多個閥的閥裝置和至少ー個用于排出冷凝物的冷凝物導出器。閥裝置設置用于使第一熱交換器或者使第二熱交換器在結(jié)冰階段工作并且相應的另ー熱交換器在再生階段工作。在結(jié)冰階段，流入到共同的廢氣入ロ中的并且通過共同的廢氣出口流出的廢氣的至少一部分和流入到共同的冷卻介質(zhì)入ロ中的并且從共同的冷卻介質(zhì)出口中流出的冷卻介質(zhì)流過相應的熱交換器，以用于使存在于廢氣中的水蒸氣結(jié)冰。在所涉及的熱交換器的再生階段中，廢氣的至少一部分從共同的廢氣入ロ穿過所涉及的熱交換器流到共同的排氣ロ，并且在此，所形成的冰冷凝物融化并且通過冷凝物導出器排出。
燃料電池系統(tǒng)的工作通常通過輸送燃料和足夠量的含氧的空氣來進行。能夠考慮的是，用于燃料電池的燃料尤其在巡航期間，可能地但也在底板上具有相當?shù)偷臏囟?，所述溫度能夠足夠使位于廢氣中的水蒸氣在熱交換器中結(jié)冰。在沒有對完整性提出要求的情況下，該燃料能夠例如為傳統(tǒng)的燃油，所述燃油用于使飛機的推進器工作并且所述燃油在到達轉(zhuǎn)換器之前相應地能夠流過第一或第二熱交換器。另ー方面還可能的是，使用純氫，所述純氫必須以低溫的狀態(tài)存放在飛機的機艙處并且相應地具有極其低的溫度。
在使用用于冷卻廢氣的傳統(tǒng)的熱交換器時，尤其在冷卻介質(zhì)的低溫度水平時能夠在熱交換器之內(nèi)出現(xiàn)結(jié)冰物，所述結(jié)冰物易于阻塞在熱交換器內(nèi)的管道。由此，從一定的結(jié)冰度起熱交換器不再正常地工作。但是然而，當這兩個熱交換器交替地，即輪換地工作吋，還能夠通過兩個分離的熱交換器的集成以有利的方式來利用水蒸汽的結(jié)冰。為此前提在于，燃料電池廢氣的質(zhì)量流被分開。如果第一熱交換器例如借助冷卻介質(zhì)來加載，使得穿流的廢氣由于水蒸汽的結(jié)冰而干燥，那么緩慢地借助冰來填充第一熱交換器。為了防止由于結(jié)冰使得熱交換器不再能工作，可中斷冷卻介質(zhì)的輸送并且減少對在到第一熱交換器處的廢氣的輸送，以便接下來借助冷卻介質(zhì)和更大量的廢氣加載第二熱交換器。在這種切換之后，第一熱交換器不再處于結(jié)冰階段，而是處于再生階段。在再生階段中，熱交換器能夠逐漸地通過燃料電池廢氣的部分流的熱的質(zhì)量流來加熱，使得積聚的冰能夠緩慢地融化并且
全文摘要
一種用于干燥燃料電池系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)(2)具有交替地被廢氣加載的兩個熱交換器(4、6)，所述熱交換器通過冷卻介質(zhì)使來自廢氣的水蒸氣結(jié)冰并且積聚。為此設置具有多個閥(160-169)的閥裝置，以使兩個熱交換器(4、6)之一在結(jié)冰階段工作并且使相應的另一熱交換器在再生階段工作，在所述再生階段中，所積聚的冰被融化并且被排出。該系統(tǒng)尤其適合于應用在飛機中，以用于干燥用于箱惰化的、燃料電池系統(tǒng)的氧氣耗盡的廢氣。
文檔編號H01M8/04GK102714326SQ201080049921
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者克勞斯·霍夫亞, 約翰內(nèi)斯·勞克納 申請人:空中客車德國運營有限責任公司