BRPI0708020A2 - combinação de sistema gerador de calor com sistema de célula de combustìvel - Google Patents
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Abstract
COMBINAçãO DE SISTEMA GERADOR DE CALOR COM SISTEMA DE CELULA DE COMBUSTìVEL. A invenção refere-se a um sistema que utiliza os potenciais sinérgicos de diferentes sistemas, como, por exemplo, de um sistema de célula de combustível e de um sistema hidráulico de aeronave, através do acoplamento deles por meio de um sistema de circuito de resfriamento comum (4).
Description
"COMBINAÇÃO DE SISTEMA GERADOR DE CALOR COMSISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL"
Referência a Pedidos Correlatos
Este pedido reivindica o beneficio da data de depósito do pedido de patente alemão No. 10 2006 007 026.7,depositado a 15 de fevereiro de 2006, e do pedido de patenteprovisório norte-americano No. 60/773 789, depositado a 15de fevereiro de 2006, cujas revelações são por este aqui in-corporadas à guisa de referência.
Campo da Invenção
A invenção refere-se a um sistema que combina umsistema gerador de calor com um sistema de célula de combus-tível, em particular, que combina um sistema hidráulico deaeronave com um sistema de célula de combustível.
Técnica Anterior
Na tecnologia de aeronave atual, há o sistema hi-dráulico para acionar, inter alia, o sistema de controle devôo. Este sistema hidráulico é dividido em três circuitosdiferentes (circuito verde, circuito amarelo, circuito a-zul). Sob cargas elevadas nestes circuitos, pode ser atingi-da a temperatura permissível máxima do fluido hidráulico(Skydrol, por exemplo) de 90°, o que provoca tensão elevadanos componentes individuais (bombas, condutos e vedações).Isto reduz a segurança destes componentes.
Uma célula de combustível é um reator eletroquími-co, que produz energia elétrica e energia térmica a partirdo hidrogênio e do oxigênio dos gases de reação. A energiaelétrica é conduzida da célula como corrente contínua, porexemplo, e, por conseguinte, condicionada para uso adicio-nal. A energia térmica, que é produzida, tem que ser removi-da através de um circuito de resfriamento, de modo que a cé-lula de combustível não fique superaquecida durante o fun-cionamento e não seja danificada.
Sumário da Invenção
É um objetivo da invenção fazer uso dos potenciaissinérgicos dos dois sistemas diferentes mencionados acima.
Uma solução para o objetivo pode ser derivada dareivindicação de patente 1. Modalidades vantajosas da inven-ção podem ser derivadas das reivindicações dependentes.
O sistema de acordo com a invenção inclui um sis-tema de célula de combustível e um sistema gerador de calor,ambos conectados através de um sistema de circuito de res-friamento comum.
O sistema gerador de calor tem pelo menos um tro-cador de calor, que pode efetuar transferência de calor en-tre o sistema gerador de calor e o sistema de circuito deresfriamento.
Um refrigerante pode circular no sistema de cir-cuito de resfriamento, absorvendo calor do sistema geradorde calor e mantendo a célula de combustível a uma temperatu-ra operacional predeterminada, que aperfeiçoa e acelera aspropriedades de partida da célula de combustível.
O sistema de circuito de resfriamento pode incluiruma bomba, que pode fazer circular o refrigerante no circui-to de resfriamento de uma maneira pulsante ou contínua.De acordo com outra modalidade da invenção, o sis-tema de circuito de resfriamento inclui um reservatório, quepode compensar os diferenciais de volume do refrigerante de-vidos a temperaturas de refrigerante diferentes e pode arma-zenar temporariamente vazamentos no sistema de circuito deresfriamento.
De acordo com outra modalidade da invenção, o sis-tema de circuito de refrigerante inclui um refrigerador, queresfria o refrigerante até uma temperatura predeterminadaantes que ele seja distribuído para o sistema de célula decombustível.
De acordo com outra modalidade da invenção, o re-frigerador é um refrigerador de líquido/ar com um ventilador.
De acordo com outra modalidade da invenção, o ca-lor do refrigerante é transferido para o ambiente por meiodo refrigerado e por meio de uma válvula de escoamento. Ocalor é assim transferido para o ambiente através de um flu-xo de ar produzido por um diferencial de pressão. O fluxo dear resfria assim o refrigerador.
De acordo com outra modalidade do sistema, o sis-tema gerador de calor inclui um sistema hidráulico e/ou umsistema de mecânico.
De acordo com outra modalidade da invenção, o sis-tema de circuito de resfriamento é pelo menos parte de umsistema de circuito de resfriamento da célula de combustível.De acordo com outra modalidade da invenção, o sis-tema hidráulico e o sistema de célula de combustível têm ja-nelas operacionais diferentes. Quando o sistema de acordocom a invenção é utilizado em uma aeronave, por exemplo, osistema hidráulico pode estar ativo durante uma operação devôo normal e pode estar sendo resfriado, enquanto o sistemade célula de combustível pode ser mantido à temperatura ope-racional, o que pode encurtar seu processo de partida. Emuma situação de emergência, o sistema de célula de combustí-vel pode estar ativo e estar sendo resfriado, enquanto osistema hidráulico pode não ser resfriado ou pode ser apenasparcialmente resfriado. Alternativamente, o sistema hidráu-lico e o sistema de célula de combustível podem ter tambémjanelas operacionais idênticas ou superpostas.
Em seguida, uma modalidade da invenção é descritacom referência à Figura 1.
A Figura 1 mostra um sistema 1 de acordo com umamodalidade preferida da invenção.
O sistema 1 inclui um sistema hidráulico 2 e umsistema de célula de combustível 3. O sistema hidráulico 2 eo sistema de célula de combustível 3 são acoplados por meiode um sistema de circuito de resfriamento 4.
O sistema hidráulico 2 de acordo com a modalidadepreferida inclui um trocador de calor 5, conectado a um cir-cuito hidráulico azul de uma aeronave (não mostrada) pormeio de um fluxo de avanço 5a e um fluxo inverso 5b.
Conforme mostrado na Figura 1, o sistema hidráuli-co 2 inclui também um trocador de calor 6, conectado a umfluxo de avanço 6a e um fluxo inverso 6b de um circuito hi-dráulico verde de uma aeronave (não mostrada).
O sistema hidráulico 2 inclui também um trocadorde calor 7, conectado a um fluxo de avanço 7a e um fluxo in-verso 7b de um circuito hidráulico amarelo de uma aeronave(não mostrada).
De acordo com a modalidade preferida, o sistemahidráulico 2 inclui também um trocador de calor 8, conectadoa um fluxo de avanço 8a e um fluxo inverso 8b de um sistemade resfriamento do sistema eletrônico e de energia de umaaeronave (não mostrada).
Os trocadores de calor 5, 6, 7 e 8 são afastadosespacialmente, de modo que, no caso de uma ruptura do rotorou um estouro de pneu, nem todos os três sistemas possam serdanificados e assim falhar.
Uma bomba 9 faz circular um refrigerante de manei-ra permanente ou de uma maneira pulsante no circuito de res-friamento 4, no qual o refrigerante flui através dos troca-dores de calor 5, 6, 7 e 8 específicos.
Os trocadores de calor 5, 6, 7 e 8 são localizadosa jusante da bomba 9 de acordo com a modalidade preferida dainvenção.
Conforme mostrado pelas setas da Figura 1, o re-frigerante flui para fora do sistema de circuito de resfria-mento 4 para dentro dos trocadores de calor 5, 6, 7 e 8, ede volta para o circuito de resfriamento 4, por meio de umconduto 10, até uma válvula de três vias 11.Assim que a aeronave estiver em movimento, o calorestá sendo gerado no sistema hidráulico 2, sendo transferidopara o refrigerante por meio dos trocadores de calor 5, 6, 7e 8. O refrigerante aquecido é transferido para a válvula detrês vias 11 por meio do conduto 10. Pelo controle apropria-do da válvula de três vias 11, o refrigerante aquecido podeser conduzido ou diretamente até o sistema de célula de com-bustível 3 por meio de um conduto de desvio 12, ou por meiode um refrigerador de líquido-ar 13, disposto em paralelo aoconduto de desvio 12. O refrigerante aquecido que sai do re-frigerador 13 pode ser então misturado com o refrigerantequente fornecido pelo conduto de desvio 12, de modo a sedistribuir o refrigerante ao sistema de célula de combustí-vel 12 a uma temperatura predeterminada.
O calor gerado pelos três circuitos hidráulicos epelo sistema de resfriamento do sistema eletrônico e de e-nergia é transferido, de acordo com a modalidade preferida,por meio do refrigerador de líquido-ar 13, que inclui umventilador 14, de acordo com a modalidade preferida, e pormeio de uma válvula de escoamento 15, para o ambiente 16. Ofluxo de ar que passa através da válvula de escoamento 15passa previamente pelo refrigerador de líquido-ar 13 e assimtira vantagem do diferencial de pressão entre a cabine deuma aeronave (não mostrada) e o ambiente 16. Devido a esteefeito sinérgico, o ventilador 14, que aplica um fluxo dear, só é necessário em caso de emergência.
Conforme mostrado na Figura 1, de acordo com umamodalidade preferida, o revestimento externo 17 de uma aero-nave é disposto entre a válvula de escoamento 15 e o refri-gerador de liquido/ar 13.
Embora a invenção tenha sido descrita anteriormen-te com referência a uma modalidade preferida, deve ficar en-tendido que podem ser feitas variações e modificações semque se abandone o alcance da invenção. Por exemplo, menos oumais circuitos hidráulicos podem ser incluídos no sistemahidráulico. Além disto, vários sistemas hidráulicos e célu-las de combustível podem ser conectados da maneira menciona-da acima, de modo a se tirar vantagem dos efeitos sinérgicosde ambos os sistemas.
Em vez do sistema hidráulico, pode ser também uti-lizado outro sistema gerador de calor, que é acoplado aosistema de célula de combustível da maneira descrita acima.
A invenção foi descrita acima com referência a umaaeronave. O princípio de acordo com a invenção pode ser tam-bém utilizado em outras áreas nas quais sistemas hidráulicose sistemas de célula de combustível estejam sendo utiliza-dos .
Números de referência
1 Sistema
2 Sistema gerador de calor, sistema hidráulico
3 Sistema de célula de combustível
4 Sistema de circuito de resfriamento
5 Trocador de calor
5a Fluxo de avanço, circuito hidráulico azul
5b Fluxo de retorno, circuito hidráulico verde
6 Trocador de calor6a Fluxo de avanço, circuito hidráulico verde
6b Fluxo de retorno, circuito hidráulico verde
7 Trocador de calor
7a Fluxo de avanço, circuito hidráulicoamarelo
7b Fluxo de retorno, circuito hidráulicoamarelo
8 Trocador de calor
8a Fluxo de avanço, sistema de resfriamento dosistema eletrônico e de energia
8b Fluxo de retorno, sistema de resfriamentodo sistema eletrônico e de energia
9 Bomba 10 Conduto 11 Válvula de três vias 12 Conduto de desvio 13 Refrigerador 14 Ventilador 15 Válvula de escoamento 16 Ambiente 17 Revestimento externo da aeronave 18 Reservatório
Claims (15)
1. Sistema CARACTERIZADO por compreender um siste-ma de célula de combustível (3) e um sistema gerador de ca-lor (2) , que são acoplados um ao outro através de um sistemade circuito de resfriamento comum (4).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema gerador de calor(2) tem pelo menos um trocador de calor (5, 6, 7, 8), queefetua uma transferência de calor entre o sistema gerador decalor (2) e o sistema de circuito de resfriamento (4).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADO pelo fato de que, no sistema de circuito deresfriamento (4), circula um refrigerante, que absorve calordo sistema gerador de calor (2) e mantém o sistema de célulade combustível (3) a uma temperatura operacional predetermi-nada.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de circuito de res-friamento (4) inclui uma bomba (9), que faz circular o re-frigerante no sistema de circuito de resfriamento (4) de ma-neira pulsante ou contínua.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3 ou 4,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de circuito de res-friamento (4) inclui um reservatório (18), que compensa asdiferenças volumétricas devidas às temperaturas de refrige-rante variadas e armazena temporariamente os vazamentos nosistema de circuito de resfriamento (4).
6. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesde 3 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de cir-cuito de resfriamento (4) inclui um refrigerador (13, queresfria o refrigerante até uma temperatura predeterminada,antes que ele seja distribuído para o sistema de célula decombustível (3).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que o refrigerador (13) é um re-frigerador de líquido/ar com um ventilador (14).
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7,CARACTERIZADO pelo fato de que o calor do refrigerante étransferido para o ambiente (16) por meio do refrigerador(13) de uma válvula de escoamento (15).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o calor é transferido para oambiente (16) por um fluxo de ar produzido por um diferenci-al de pressão.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxo de ar resfria o re-frigerador (13).
11. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema gera-dor de calor inclui um sistema hidráulico (2) e/ou um cir-cuito de resfriamento do sistema eletrônico e mecânico.
12. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema decircuito de resfriamento (4) funciona como uma fonte de ca-lor, elevando ο sistema gerador de calor (2) até ura níveltérmico mais elevado.
13. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema decircuito de resfriamento (4) é pelo menos parte de um cir-cuito de resfriamento do sistema de célula de combustível(3).
14. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema gera-dor de calor (2) é pelo menos parte do sistema hidráulico deuma aeronave.
15. Sistema, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema hi-dráulico (2) e o sistema de célula de combustível (3) têmjanelas operacionais diferentes.
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