CN101297427A - 用于供给航空器的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有客舱的航空器的燃料电池系统包括燃料电池。燃料电池包括第一入口连接、第一出口连接、阴极侧和阳极侧，其中所述第一入口连接形成为阴极侧的入口连接，其中所述第一出口连接形成为阴极侧的出口连接。另外，燃料电池系统设计为在第一入口连接处施加具有与客运机器中的空气压力相对应的压力的气体。

Description

用于供给航空器的燃料电池系统
本申请要求2005年10月27日提交的德国专利申请No.10 2005051 583.5的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明提供用于供给航空器系统的燃料电池系统、用于航空器的供水系统和用于驱动航空器的燃料电池系统特别是也适于供水的燃料电池系统的方法。
发明背景
在当前的航空器技术中，用于在使用燃料电池的航空器上产生水的组件是已知的。使用这些组件，可以在航空器发动机中提供例如一个或更多个高温燃料电池的形式的部分或完全集成的水产生单元，使得航空器发动机的燃烧室完全或部分被高温燃料电池代替。
例如在DE 19821952中公开了航空器上的能量供给单元。该航空器包含燃料电池，其中，对于燃料电池的空气供给，使用航空器气候控制装置排出或排放的空气或航空器外部空气。在这方面，各燃料电池模块与空气供给单元的上游连接，该空气供给单元尤其包括用于压缩供给到燃料电池的空气以及用于将来自从燃料电池中排出的加热空气的能量再循环的压缩器压缩器/膨胀器单元、空气过滤器和消声器。
发明内容
可能需要提供用于供给航空器的高效燃料电池系统、用于航空器的供水系统、用于操作航空器中的燃料电池系统的高效方法和具有燃料电池系统的航空器。
这种需要可通过根据独立权利要求的特征的用于航空器的燃料电池系统、用于航空器的供水系统、用于操作航空器中的燃料电池系统的方法和通过具有燃料电池系统的航空器来满足。
在示例性实施方案中，用于具有客舱的航空器的燃料电池系统包括燃料电池。所述燃料电池包括第一入口连接、第一出口连接、阴极侧和阳极侧，其中第一入口连接形成为阴极侧的入口连接并且其中第一出口连接形成为阴极侧的出口连接。此外，燃料电池系统形成为使得在第一入口连接处可施加压力对应于客运机器(passenger machine)或客舱中的空气压力的气体。
在另一示例性实施方案中，提供一种用于操作航空器中的燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统包括燃料电池，其中所述燃料电池包括第一入口连接、第一出口连接、阴极侧和阳极侧，其中第一入口连接形成为阴极侧的入口连接并且其中第一出口连接形成为阴极侧的出口连接，该方法包括在燃料电池的出口连接处施加负压。此外，该方法包括在燃料电池的阴极侧通过负压抽吸气体。
在另一示例性实施方案中，一种用于航空器的供水系统包括根据本发明的一个示例性实施方案的燃料电池系统、燃料箱、转换器和热交换器，其中转换器配置为DC/DC/AC转换器，即配置为直流/直流/交流转换器，其中热交换器配置为使得可通过它导走燃料电池系统所产生的热，并且其中燃料箱配置为可通过它向燃料电池系统供给燃料。
可以认为本发明的基本思想是提供一种在没有用于为燃料电池系统供给空气的压缩器和/或吹风器的情况下操作的用于航空器的燃料电池系统。可以完全通过在燃料电池的出口连接处施加的负压将所需要的穿过燃料电池的气流吸入燃料电池的阴极侧。明显的特征可以是，为了产生阴极侧所需的气流，在燃料电池的出口连接处也就是燃料电池的排放侧施加负压。
通过本发明的燃料电池系统，可以提供一种可以以特别简单的方式构建的用于航空器的燃料电池系统。燃料电池系统的部件还可适于集成和/或承担航空器的其它功能和/或航空器的系统的功能。
可以认为本发明的第二基本思想是可以取消压缩器，这可导致重量减轻和辅助电功率减少或自身电需求减少，以及通过取消机电部件而提高燃料电池系统的可靠性。
该燃料电池系统可以提供的另一优点在于，通过施加的负压来增加阴极排放空气的水回收，其中在燃料电池内可以减少水的冷凝。因此，可以在较低温度下操作燃料电池。对于在该燃料电池系统的冷凝器上存在恒定温差的情况，由于在阴极排放空气中可存储更多的水，因此可以将冷凝器设计得更小。因此，该燃料电池系统还可适用于航空器中的供水系统。
根据本发明的燃料电池系统可满足对于空中旅行时基于燃料电池的水产生系统存在的规范中的至少一个。本发明的燃料电池系统可特别适于满足将在后面说明的基本规范，并可与用于汽车应用的水产生系统的现有技术极为不同。例如，这些规范可在于耐久性，即水产生系统必须在航空器上的环境条件下可靠地工作而不劣化，和/或在于耐寒性，即水产生系统必须在航空器停泊在寒冷地域的情况下耐受这些寒冷影响。其它的规范可在于冷启动能力和/或重量减轻，所谓冷启动能力即系统必须能够在长寿命期内在霜冻条件下短时间内启动，也就是系统必须以恒定的功率运行预定的最少小时数，所谓重量减轻就是将系统重量减小到最小值，该最小值对于达到功能性是必需的并用于维持强度或稳定性规范。另外，可能存在如下其它规范：例如，维护的需要，即维护费用应保持尽可能地少；良好的可接近性，即在系统内应可容易地接近用于维护的维护舱口(入口)或开口；和/或纯度，即应选择介质流和材料，使得从燃料电池系统获得的水对应于适当的饮用水规定。
在相关的权利要求和从属权利要求中提供本发明的其它目的、实施方案和优点。
以下将更详细地说明燃料电池系统的示例性实施方案。与燃料电池系统相关联说明的示例性实施方案还适用于航空器的供水系统、用于操作燃料电池系统的方法、具有燃料电池系统的航空器和燃料电池系统在航空器中的用途。
在燃料电池系统的另一示例性实施方案中，燃料电池系统包括多个燃料电池。
在燃料电池系统的另一示例性实施方案中，燃料电池形成为聚合物电解质膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、和/或磷酸燃料电池。特别地，当形成多个燃料电池时，可以采用不同的设计来形成单个燃料电池。因此，可以在燃料电池系统内出现燃料电池的混合形式或任意组合。例如，一些燃料电池可形成为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)，另一些燃料电池可形成为直接甲醇燃料电池(DMFC)、和/或形成为磷酸燃料电池(PAFC)。
换言之，这些燃料电池或燃料电池系统可适于产生电能和用于产生饮用水，作为替代方案，这些燃料电池或燃料电池系统可在一个或多个电池组中包含PEMFC、DMFC或PAFC或这些技术的任意组合作为称为电池组的基本单元。燃料电池系统的电池组可在阳极侧包含用于供给燃料的管线。根据所使用的燃料电池的类型和/或所使用的组合，该燃料可包含氢气、含氢气的重整气和/或甲醇或由氢气、含氢气的重整气和/或甲醇组成。另外，燃料电池组可配置在具有分别用于空气(氧气)和水的供给管线和排放管线的阴极侧。
燃料电池系统可配备有空气过滤器，该空气过滤器在燃料电池系统中安置为使其过滤燃料电池的阴极侧的入口空气。因此，可以保证燃料电池系统提供纯净水质并保持免受会污染和/或堵塞燃料电池元件的灰尘和/或污粒的影响。优选使用保持显著的空气含量的低差压空气过滤器(differential pressure-poor air filter)。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括出口端子(outlet terminal)，其中，出口端子配置为使得它可与燃料电池的第一出口连接相连并与航空器的周围环境相连。
设置可与航空器的周围环境相连的出口端子可以是实现用于燃料电池的负压或真空的特别有效的方式，通过该负压或真空，诸如空气和/或氧气的气体可被吸入到燃料电池的阴极侧。这一点特别可适用于航空器飞行时的情况，由此提供舱内压力和外部压力之间的差压。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括负压系统，其中负压系统或真空系统可与燃料电池的第一出口连接相连。
设置负压系统或真空系统可以是为燃料电池提供负压的特别有效的方式，通过该负压，诸如空气和/或氧气的气体可被吸入到燃料电池的阴极侧。可以使用所谓的真空系统作为这种类型的负压系统，例如，该真空系统还可以在航空器中用于处理来自机舱的废水。这种负压系统对于在航空器位于地面或近地面水平时产生负压而言可以是特别有利的。尽管如此，仍可以在航空器的舱压和真空系统之间产生差压或压差。与真正的真空不同，压差可能仅为约500hPa。真空系统通常可如前所述在航空器中用于处理来自WC的排泄物。在近地水平或地面上，可通过真空系统的废物罐处的所谓真空发生器产生真空系统和舱压之间的差压。
根据另一示例性实施方案，燃料电池系统还包括三通阀，其中三通阀可连接在燃料电池的第一出口连接、负压系统和出口端子之间。
通过在所述部件之间使用三通阀，可以根据航空器是否处于地面、近地面或处于巡航高度而以简单的方式进行有效的切换。在地面上，三通阀可切换为使得燃料电池可通过负压系统具有差压，而在巡航高度上，三通阀可控制为使得可通过外部空气产生差压。
在另一示例性实施方案中，多个燃料电池形成为电池组(stack)。并且，可以形成多个电池组，这些电池组中的每一个包含一个或更多个燃料电池。
在一个示例性实施方案中，电池组包含多个部分单元，其中各部分单元包括配置为可单独控制对部分单元供给气体的调节阀。例如，部分单元或子单元可分别由单个燃料电池形成，或者可分别由多个燃料电池形成。
通过为每个部分单元设置独立的调节阀，可以控制和/或调节对单个燃料电池和/或燃料电池群的空气和/或氧气供给。
在另一示例性实施方案中，电池组还包含端板和/或在端板中设置调节阀。
因此，能够以灵活的方式转换燃料电池系统的特定功能，例如电池组的端板中的气体或介质的供给和排放管线的控制阀。这些控制阀可由各介质的单独控制阀构成，这些阀可分别在阀组中组合，其中各单个阀供给电池组的特定区域，或者作为替代方案可供给电池组的单个电池。
这种组装的优点可能在于，通过介质的单独受控供给以及与其相关的对于燃料转换的影响，有目的地或选择性地进行燃料电池组的热控制，由此可在电池组中实现均匀的热分布。该均匀的热分布可增加电池组的寿命并防止局部过热和由此导致的泄漏。通过这种单独控制，还能够以有利的方式在电池组的某些区域中配备催化加热元件。通过这种设计，可以在低温下加热电池组或将其加热到工作温度，由此可改善冷启动能力和/或可实现防冻保护。
端板的设计还可被视为本发明的独立的部分方面，即与上述燃料电池系统的设计无关的部分方面。亦即，提供一种燃料电池组的端板，其中该端板包括配置为通过该端板可对燃料电池组中的单个燃料电池和/或燃料电池群单独控制或调节空气和/或氧气供给的控制阀和/或调节阀。
在另一示例性实施方案中，端板由密度小于1kg/dm3的材料制成。例如，可使用铝泡沫作为该材料。
根据本发明的实施方案，通过使用轻质材料，可以替代在常规燃料电池组中使用的一般通过轧制、铸造或锻制的铝板制成的端板，其中通过研磨成肋结构来减小板厚度和板重量。根据本发明的一个实施方案，可以使用具有最小比重的材料，由此可以减轻重量。
在另一示例性实施方案中，端板配置为使得可通过张紧带支撑(拉牢(verspannbar))电池组。
可以通过端板的成形提供电池组的支撑能力。在这一点上，可以发生成形，使得在主负载面上提供端板的最大刚度，由此可以支撑(拉牢)。通过这种支撑能力，可以提供有效固定燃料电池的可能性。对于相互叠置的燃料电池以及关于燃料电池组在航空器内的固定，这是可以的。通过支撑，还可以保护燃料电池组免受在它们的内部出现的介质(气体)的压力的影响，其中，这种支撑还可用于密封电池组以避免介质的泄漏。在这一点上，可以用张紧锁或张拉机在端板上沿纵向在电池组周围放置一个或更多个张紧带。这样，可以通过张紧带的张紧来施加用于将电池组保持在一起的压力。
在另一示例性实施方案中，电池组包括内引导元件。
在电池组内设置内引导元件可以是防止电池组的电池相对于彼此和/或电池的单个元件相对于其周围元件偏移或滑动的有效方式。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括拉杆或张力杆，其中拉杆配置为使得可通过拉杆支撑电池组。在一个有利的方式中，拉杆可包含碳纤维增强塑料作为其材料。
设置拉杆可以是对于带张紧的替代性或追加的设计，以保证支撑住电池组。
通过使用碳纤维增强的拉杆，可以避免在现有技术中已知的用沿纵向支撑电池组的单个板和膜的拉杆张紧的实施方案。这些拉杆在现有技术中体现为具有螺母和板簧或旋凿螺钉的螺杆。通过使用碳纤维增强的拉杆，可显著减轻重量。在这一点上可以使用碳纤维，使得它们可通过两个相对的张力元件利用端板上的压力沿纵向夹紧电池组。
拉杆的设计也可被视为本发明的独立的部分方面，即与上述燃料电池系统的实施方案无关的部分方面。亦即，提供用于燃料电池组的拉杆，其中该拉杆配置为使得可通过拉杆支撑电池组，其中该拉杆包含碳纤维增强塑料作为其材料。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括第一排放空气阀，其中第一排放空气阀与第一出口连接相连。
因此，可以对燃料电池的阴极侧提供有效的差压控制。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括第二排放空气阀，并且燃料电池包括第二出口连接，该第二出口连接形成为阳极侧的出口连接。并且，第二排放阀与第二出口连接相连。
通过这种设计，也可对燃料电池的阳极侧提供有效的差压控制。
在另一示例性实施方案中，燃料电池系统还包括加热元件，其中加热元件配置为使得可通过加热元件加热燃料电池。优选地，电池组可包含多个加热元件，其中加热元件被集成在各燃料电池之间。特别地，加热元件可形成为催化加热元件。
换言之，可单独控制的催化加热元件可被集成和分布在单个燃料电池元件之间。这些加热元件可使得能够在通过将氢气和氧气转换成水的催化反应使氢气和空气和/或氧气撞击时产生一定的热量，该热量可能是将电池组均匀加热到工作温度和/或防止燃料电池系统由于航空器冻透而被冷冻所需要的。
在另一示例性实施方案中，燃料电池包括双极板，该双极板包含导电塑料作为其材料。优选地，双极板包含第一主侧、第二主侧和多个通道，其中所述多个通道的第一部分配置在第一主侧上。并且，所述多个通道的第二部分安置在第二主侧上，以使所述多个通道的第一部分的通道不面对所述多个通道的第二部分的通道。
通道的这种配置可被灵活地描述为通道的交替配置，即当一个通道或凸面位于双极板的一侧时，没有通道位于相对的另一侧。利用这种配置，可以使双极板的材料使用保持最少或将其最小化，由此能够减轻重量。
作为双极板的材料，具有约80％的石墨部分的塑料是合适的。与由比重为约7.9kg/dm3的钢制成的双极板不同，这些塑料双极板可具有2.2kg/dm3的比重。这些类型的塑料可用于制造双极板，其中双极板可以采用注射成型工艺由所述塑料制造，因此双极板可设计得特别薄且成本有效。可通过配置介质引导通道以使同一双极板上的相对通道分别相互位移从而能够使用最少的材料来实现进一步的重量减轻。
双极板的设计也可被视为本发明的独立的部分方面，即与上述燃料电池系统的实施方案无关的部分方面。亦即，提供包含双极板的燃料电池，该双极板包含导电塑料作为材料。双极板包含第一主侧、第二主侧和多个通道，其中所述多个通道的第一部分配置在第一主侧上。而且，所述多个通道的第二部分安置在第二主侧上，以使所述多个通道的第一部分的通道不面对所述多个通道的第二部分的通道。
特别有利的是，根据本发明的燃料电池系统可用于航空器中。
根据本发明的示例性实施方案，选择燃料电池的操作点，使得燃料电池系统的发热最小化，即，例如，为了获得操作点满足最小发热规范的燃料电池的操作点，对发热进行优化。
通过这种优化，可以使燃料电池的热输出保持尽可能地少，该燃料电池不仅通过氢气(2H2)和氧气(O2)转换成水(2H2O)来释放电能，而且释放热。
在另一示例性实施方案中，参照供水系统的总重量来优化供水系统的操作点。
例如可以通过以下公式的可能迭代来实施关于供水系统的操作点特别是关于由燃料电池释放的电压的操作点的可能的优化。
其中，
GS0＝非优化组件(供水系统)的电池组重量，
GT0＝非优化组件的燃料和箱的重量，
GW0＝非优化组件的热交换器的重量，
GP0＝非优化组件的泵的重量，
GK0＝非优化组件的转换器的重量，
u0＝基本电池组即非优化组件的电池组的电池电压，
j0＝基本电池组即非优化组件的电池组的电流密度，
u1＝新操作点处的电池组的电池电压，
j1＝新操作点处的电池组的电流密度。
通过该公式，可以确定供水系统中重量优化的燃料电池系统的操作点，其中，适用关于电池组尺寸、电池组数量和性能数据的特定环境。
在进行这种最优燃料电池参数的选择时，可以考虑以下的数学关系。另一方面，根据u(j)＝u’-r＊j，电池电压u(j)和电流密度j之间存在线性关系，其中，r代表电压-电流密度曲线的增加。从中可得到恒定电池组功率的以下关系：
对于电池组重量，以下公式适用：
G1/G0＝(j0(u0)*u0)/(j1(u1)*u1)，其中，
u0＝基本电池组即非优化组件的电池组的电池电压，
j0＝基本电池组即非优化组件的电池组的电流密度，
u1，j1＝新操作点处的电池组的电池电压和电流密度，u1＞u0并且j(u1)＜j0(u0)，并且，
G1，G0＝新电池组和基本电池组的重量。
从中可以看出，当电池组功率保持恒定时，电池组重量随电压增加而增加(G1＞G0)，这是因为随电压u1增加，电流密度j1根据u-j特性曲线而减小并且为r＝ΔU/Δj＜-0.5。换言之，如果电压增加ΔU，则电流密度Δj以大于2×ΔU的因子减小。从中可以看出，为了保持恒定的电池组功率，必须增加电池表面，并且总重量随之增加。
对于氢气和氧气消耗，以下关系适用：
当u1大于u0时，随着电压从u0增加到u1(u1＞u0)，电效率η根据下式增加：
η1/η0＝u1/u0，(η1为新电池组，η0为基本电池组)
由此，可根据下式得到氢气消耗量的减少：
m1/m0＝η0/η1＝u0/u1，(m1为新电池组消耗量，m0为基本电池组消耗量)，并且，大气氧气消耗量也随之减少。
对于发热量，下式适用：
电效率η的增加可导致较少的发热量，因此单位时间的发热量Q根据下式减少(Q1＜Q0)：
Q1/Q0＝[(Uth-u1)*j0(u1)]/[(Uth-u0)*j0(u0)]，其中，Uth是所谓的热平衡电压。
关于热交换器(热转移器)和泵，以下适用：
通过减少发热量，可减小热交换器的表面，从而可减小其重量(G1＜G0)，其关系如下：
G1/G0＝Q1/Q0＝A1/A0，(A0为基本电池组的表面，A1为优化的电池组的表面)。另外，热容量流以及与其相关的冷却介质所需要的泵功率也可以减小相同的量，这可以意味着寄生电消耗和重量的减小。
关于转换器，以下适用：
对于恒定的电池表面，所需要的电池的数量根据下式增加：
由于P＝常数＝u*N*j(u)*A＝US*j(u)*A＝US*IS，其中P为电池组的电功率，A为电池组的面积，因此，N1/N0＝(j1(u1)*u1)/(j0(u0)*u0)，(N0为基本电池组中的电池数量，N1为新电池组中的电池数量)。同样，随着电池组电流IS的减小以及电池组电压US的增加，DC/DC/AC转换器的重量减小并且其效率增加。
因此，通过优化，可以减轻燃料电池系统和供水系统的重量，这是因为随着上述操作点的选择而不可避免的电池组的放大会由于相同的电力所需要的燃料气体的减少而导致可实现更小的冷却器和更小的热交换器以及更小的电转换器的使用。
为了减轻燃料电池系统的重量，可能需要实质性减轻电池组的重量。根据本发明，可以通过使用导电塑料材料作为双极板、其特定的减重规格、通过支撑电池组的方式、以及通过使用例如玻璃纤维增强的碳或塑料的轻质端板，从而在本组合件中实现这一点。另外，可以通过在燃料电池组的周边例如管道、接头、联接器和阀中使用塑料来减轻系统重量。
对于供水系统，优选为导水部件选择一方面耐例如电导率κ为约20μS/m的去矿物质水、另一方面还适用于饮用水系统的材料。这同样应用于燃料电池的双极板、端板和阴极侧膜的设计。
此外，对于供水系统周边的管道，优选使用尽可能轻的材料，例如具有纳米涂层或玻璃涂层的塑料管道。这些管道优越的原因可能在于，一方面具有小比重，另一方面相对于阳极侧的氢气和阴极侧的去矿物质水具有特定的性能。优选地，在阳极侧使用的管道具有高的不透氢气性，而在阴极侧使用的管道优选具有高的耐去矿物质水性，另外，优选满足饮用水输送管线的国际建议标准。
本发明的一个方面可视为提供一种用于航空器的燃料电池系统，该燃料电池系统包括一个或更多个燃料电池组或由一个或更多个燃料电池组构成，其中这些电池组可以是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)或磷酸燃料电池(PAFC)的类型或可表现为这些类型的燃料电池的混合体。在这一点上，空气和/或氧气接触一个或多个电池组的阴极侧，其中为了流过阴极侧，使用处于较高压力水平的舱侧供给和在航空器周围的大气中处于较低压力水平的排放管线之间的压力。在所施加的阴极侧与排放管线之间可产生差压，其原因在于，当在舱压和排放侧的外部压力之间具有相同的压力条件时，为了降低压力水平而使用真空系统，其中该真空系统还可用于从航空器的机舱移除废水。特别地，分别由多个电池或电池组的单个电池构成的电池组特定区域可具有单独的空气或氧气供给管线，并且这些供给管线可通过调节阀单独控制。优选地，这些调节阀集成在电池组的端板中。
优选地，根据这一方面，将分布在各燃料电池元件之间的单独可控催化加热元件集成为一整体，通过将氢气和氧气转化成水的催化反应产生用以将电池组均匀加热到操作温度或者在出现航空器冻透时防止燃料电池系统冷冻所必需的热量。在燃料电池组中使用的双极板可包含导电塑料，其中双极板两侧的介质引导通道的配置体现出位移，以使材料使用最小化。优选地，端板由密度小于1kg/dm3的材料例如铝泡沫制成。另外，可形成端板，使得可用张紧带支撑电池组，其中，当用张紧带支撑电池组时，它优选具有防止电池相互之间或一个电池的各元件相对于其周围的元件滑动的内引导元件。作为替代方案，电池组可配备用于支撑的由碳纤维增强塑料制成的拉杆。任选地，通过“流出阀”的控制来实现燃料电池系统的差压调节(在阴极侧和/或在阴极和阳极侧)。
应当注意，参照以上实施方案之一或参照以上方面和/或部分方面描述的特征或步骤可以独立地和/或与其它的上述实施方案或方面和/或部分方面的其它特征或步骤组合使用。
下面将参照附图关于示例性实施方案更详细地说明本发明。
图1表示用于供给用电设备并用于航空器供水的燃料电池系统的示意图。
图2表示根据本发明的一个示例性实施方案的用于供给用电设备并用于航空器供水的燃料电池系统的示意图。
图3表示加固的电池组的示意图。
图4表示具有阀的端板的示意性截面图。
图5表示双极板的示意性截面图。
图6表示双极板的示意性平面图。
在不同的附图中，为类似或相同的部件提供类似或相同的附图标记。
图1表示用于供给用电设备并用于航空器供水的燃料电池系统的示意图。燃料电池系统100包括用于燃料供给的燃料箱101和燃料电池组102。燃料电池组102包括供给侧端板102和排放侧端板104。燃料电池组102通过第一供给管线105供应供给空气，第一供给管线105包括空气过滤器106、压缩器107和用于燃料电池组102的阴极侧流量调节的第一阀108。此外，从阳极侧的燃料箱101通过第二供给管线109向燃料电池组102供给燃料。第二供给管线包括可执行阳极侧流量调节的第二阀110。
排放侧端板104通过称为放泄阀的第三阀111与冷凝器112连接。冷凝器112与冷凝物排除器113连接，通过冷凝物排除器113，冷凝水可经第一连接114排放到水系统中。另外，冷凝物排除器113与连通外部压力水平即与连通航空器外的外部空气的第二连接115连接。冷凝器112进一步通过第三阀116和第四阀117与冷却回路118连接。冷却回路118包括外部空气冷却器119和可将冷却剂泵送通过回路118的二次冷水泵120。另外，冷却回路118包括冷却吹风器121。
另外，冷却回路118与用于冷却燃料电池组102的热交换器122连接。在该连接中，热交换器122作为其一部分的附加冷却回路123包括一次冷水泵。
此外，燃料电池组102通过导电线125和126与变压器127连接，变压器127进一步与航空器的电网128连接。
图2表示根据本发明的一个实施方案的用于供给用电设备并用于航空器供水的燃料电池的示意图。燃料电池系统200包括用于燃料供给的燃料电池罐201和燃料电池组202。燃料电池组202包括供给管线侧端板203和排放管线侧端板204。通过第一供给管线205为燃料电池组202提供供给空气，第一供给管线205包括空气过滤器206和用于燃料电池组202的阴极侧流量调节的第一阀208。另外，从阳极侧的燃料箱201通过第二供给管线209向燃料电池组202提供燃料。第二供给管线包括可执行阳极侧流量调节的第二阀210。
排放管线侧端板204通过称为放泄阀的第三阀211与冷凝器212连接。冷凝器212与冷凝物排除器213连接，通过冷凝物排除器213，冷凝水可经由第一连接214引导到水系统。并且，冷凝物排除器213与三通阀229连接，三通阀229与处于外部压力水平即与连通航空器外的外部空气的第二连接215相连。此外，三通阀229与连通航空器的真空系统的第三连接230相连。冷凝器212进一步经由第三阀216和第四阀217与冷却回路218连接。冷却回路218与外部空气冷却器219和泵送冷却剂通过冷却回路218的二次冷水泵220连接。
此外，冷却回路218与热交换器222连接，热交换器222用于冷却燃料电池组202。在该连接中，热交换器222作为其一部分的附加冷却回路223包括一次冷水泵224。
此外，燃料电池组202通过导电线225和226与变压器227连接，变电器227进一步与航空器的电网228连接。
根据图2的实施方案的特征在于它没有对阴极侧供给空气施加高于舱压的压力的压缩器。阴极侧供给空气利用燃料电池组的排放空气侧所处的负压而被单独抽吸通过燃料电池的阴极侧。另一方面，在该连接中，使用在飞行过程中提供负压的外部空气，其与巡航高度的外部压力相对应。另一方面，在地面上或在较低的高度上，可以使用相对于舱压提供压力降的负压或真空系统。可以通过三通阀完成这两个替代方案之间的切换。
图3表示加固的电池组300的示意图。电池组300包括供给管线侧端板301和排放管线侧端板301。另外，在图3中示出包括张紧锁304的张紧带303，通过该张紧带303可支撑电池组300。在图3中，还以垂直线示出燃料电池组300的单个燃料电池305。在图3的左侧，示出与燃料电池的纵轴垂直的图，其中示出用于空气和/或氧气的第一排放管线306和用于H2放泄的第二排放管线307。
图4表示具有阀的端板的示意性截面图。端板400包括用于氢气的第一供给管线401和用于空气和/或氧气的多个第二管线402。另外，端板400包括过滤器403，例如旋入式过滤器，该过滤器403可过滤通过第二管线402引导的空气和/或氧气。在过滤器403的下游，端板400包括可分配空气和/或氧气的分配器或岐管404。另外，端板400包括面板406。端板400可形成为一个部件或与该面板406一体化，或者，面板406可体现为单独的部件并可与端板400可连接，其中在面板406和端板400之间设置密封件405。此外，在图4中，还示出连接端板400的燃料电池组408的一部分。通过图4中示意性示出的管道409，可向燃料电池组供给氢气。另外，端板400包括多个控制阀410，通过该控制阀410可控制和/或调节空气和/或氧气供给。在图4中示意性地通过箭头411～417表示用于空气/氧气供给的供给管线，其中，箭头411表示对电池X～Xa的空气/氧气供给，箭头412表示对电池Xa+1～Xb的空气/氧气供给，箭头413表示对电池Xb+1～Xc的空气/氧气供给，箭头414表示对电池Xc+1～Xd的空气/氧气供给，箭头415表示对电池Xd+1～Xe的空气/氧气供给，箭头416表示对电池Xe+1～Xf的空气/氧气供给，箭头417表示对电池Xf+1～Xg的空气/氧气供给。
图5表示双极板500的示意性截面图。在上面的图5a中，示出双极板500，其包括第一侧的气体通道501和与第一侧相对的第二侧的气体通道502。在图5a中，第一侧的各气体通道501面对相应的气体通道502。在下面的图5b中，示出第二双极板500，其包括第一侧的气体通道501和与第一侧相对的第二侧的气体通道502。在图5b中，第一侧的各气体通道501不面对气体通道502。换言之，气体通道501和502沿双板板交替，它们交替排列。这样，可以减小双板板的厚度，由此可以减轻双极板的重量。
图6表示双极板600的示意性平面图。双极板600包括用于导销的孔602。并且，在双极板600中配置气体供给管线603和供给侧气体分配器604。在图6中示出导引供给气体的所谓流场605和密封件606。此外，双极板600包括排放管线侧气体收集装置607和气体排放管线608。
另外，应当注意，“包括”不排除其它的要素或步骤，并且，没有数量词或“一个”不排除多个。此外，应当注意，参照以上实施方案之一描述的特征或步骤还可与其它的上述实施方案的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。

Claims (26)

1.一种用于具有客舱的航空器的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包括：
燃料电池，其中所述燃料电池包括：
第一入口连接；
第一出口连接；
阴极侧；和
阳极侧，
其中所述第一入口连接形成为所述阴极侧的入口连接；
其中所述第一出口连接形成为所述阴极侧的出口连接；和
其中所述燃料电池系统设计为在所述第一入口连接处可施加具有与所述客舱内空气压力相对应的压力的气体。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包括多个燃料电池。
3.根据权利要求1或2的燃料电池系统，其中所述燃料电池形成为聚合物电解质膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和/或磷酸燃料电池。
4.根据权利要求1～3中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括：
出口端子，
其中所述出口端子设计为使其可与所述燃料电池的第一出口连接相连并可与所述航空器的周围环境相连。
5.根据权利要求1～4中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括：
负压系统，
其中所述负压系统可与所述燃料电池的第一出口连接相连。
6.根据权利要求5的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括：
三通阀，
其中所述三通阀可连接在所述燃料电池的第一出口连接、所述负压系统和所述出口端子之间。
7.根据权利要求2～6中任一项的燃料电池系统，其中所述多个燃料电池形成为电池组。
8.根据权利要求7的燃料电池系统，
其中所述电池组包括多个部分单元，
其中各部分单元包括调节阀，所述调节阀设计为使得对所述部分单元的气体供给是单独可控的。
9.根据权利要求8的燃料电池系统，
其中所述电池组还包括端板，并且
所述调节阀配置在所述端板中。
10.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述端板由密度小于1kg/dm3的材料制成。
11.根据权利要求9或10的燃料电池系统，其中所述端板设计为使得可通过张紧带来支撑所述电池组。
12.根据权利要求7～11中任一项的燃料电池系统，其中所述电池组包括内引导元件。
13.根据权利要求7～12中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括拉杆，其中所述拉杆设计为使得可以通过所述拉杆来支撑所述电池组。
14.根据权利要求13的燃料电池系统，其中所述拉杆包含碳纤维增强塑料作为材料。
15.根据权利要求1～14中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括：
第一排放空气阀，
其中所述第一排放空气阀与所述第一出口连接相连。
16.根据权利要求1～15中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包括：
第二排放空气阀，并且
其中所述燃料电池还包括：
形成为所述阳极侧的出口连接的第二出口连接，并且
其中所述第二空气排放阀与所述第二出口连接相连。
17.根据权利要求1～16中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统还包括：
加热元件，
其中所述加热元件设计为使得可以通过所述加热元件来加热所述燃料电池。
18.根据权利要求7～16中任一项的燃料电池系统，
其中所述电池组包括多个加热元件，并且
其中所述加热元件集成在各燃料电池之间。
19.根据权利要求17或18的燃料电池系统，其中所述加热元件形成为催化加热元件。
20.根据权利要求1～19中任一项的燃料电池系统，其中所述燃料电池包括双极板，所述双极板包含导电塑料作为材料。
21.根据权利要求20的燃料电池系统，其中所述双极板包括：
第一主侧；
第二主侧；和
多个通道，
其中所述多个通道的第一部分配置在所述第一主侧上，并且
其中所述多个通道的第二部分配置在所述第二主侧上，使得所述多个通道的第一部分的通道不面对所述多个通道的第二部分的通道。
22.一种用于航空器的供水系统，所述供水系统包括：
根据权利要求1～21中任一项的燃料电池系统、
燃料箱；
转换器；和
热交换器；
其中所述转换器设计为DC/DC/AC转换器；
其中所述热交换器设计为使得可通过其导走所述燃料电池系统产生的热；并且
其中所述燃料箱设计为使得可通过其向所述燃料电池系统供给燃料。
23.根据权利要求22的供水系统，其中所述供水系统的操作点参照所述供水系统的总重量进行优化。
24.一种用于操作航空器中的燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统包括燃料电池，其中所述燃料电池包括第一入口连接、第一出口连接、阴极侧和阳极侧，其中所述第一入口连接形成为所述阴极侧的入口连接并且其中所述第一出口连接形成为所述阴极侧的出口连接，其中所述方法包括：
在所述燃料电池的出口连接处设置负压；和
通过所述负压将气体吸入到所述燃料电池的阴极侧。
25.一种航空器，其具有根据权利要求1～21中任一项的燃料电池系统或根据权利要求22或23的供水系统。
26.根据权利要求1～21中任一项的燃料电池系统或根据权利要求22或23的供水系统在航空器中的用途。
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