CN101385175A - 发热系统和燃料电池系统的组合 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用不同系统协作潜能的系统，例如燃料电池系统和飞机液压系统，通过共用的冷却回路系统(4)连接二者。

Description

发热系统和燃料电池系统的组合
相关申请的参考
本申请要求2006年2月15日提交的德国专利申请No.102006007026.7和2006年2月15日提交的美国临时专利申请No.60/773789的优先权，由此它们的公开内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种将发热系统和燃料电池系统组合的系统，特别是将飞机液压系统和燃料电池系统组合的系统。
背景技术
在当前的飞机技术中，具有液压系统，尤其用来操纵飞行控制系统。该液压系统分成三种不同的回路(绿色回路、黄色回路、蓝色回路)。在回路高负载下，液压流体(例如，特种液压工作油Skydrol)最大允许温度可以达到90℃，其在各组件(泵、管路和密封件)中会引起高应力。这降低了这些组件的可靠性。
燃料电池是一种电化学反应器，其从氢气和氧气的反应中产生电能和热能。电能从电池中以例如直流电的形式进行传导，并进行处理以进一步使用。所产生的热能必须通过冷却回路去除，从而燃料电池在工作中不会过热，从而不会被损坏。
发明内容
本发明的目的是利用上述两种不同的系统协同作用的潜能。
为了实现上述目的可以从权利要求1中得出一种技术方案。本发明的优选实施方式可以从从属权利要求中得出。
根据本发明的系统包括燃料电池系统和发热系统，二者通过共用的冷却系统相互连接。
该发热系统具有至少一个热交换器，其完成发热系统和冷却回路系统之间的热传递。
冷却剂可在冷却回路系统中循环，从发热系统中吸收热量并将燃料电池系统保持为预定工作温度，这改善并加速了燃料电池的起动性能。
冷却回路系统可以包括泵，其以脉动方式或连续方式使制冷剂在冷却回路系统中循环。
根据本发明的另一实施例，该冷却系统包括贮液池，其用于补偿由于冷却剂温度变化产生的体积差以及在冷却循环系统中缓冲泄漏。
根据本发明的另一实施例，冷却回路系统包括冷却器，其在制冷剂输送到燃料电池系统之前将制冷剂冷却到预定温度。
根据本发明的另一实施例，该冷却器是具有风扇的液体/气体冷却器。
根据本发明的另一实施例，冷却剂的热量通过冷却器和流出阀传递给环境。从而热量通过压力差所形成的气流传递给环境。气流从而冷却该冷却器。
根据本发明的另一实施例，该发热系统包括液压系统和/或电源系统。
根据本发明的另一实施例，冷却回路系统是燃料电池系统冷却回路的至少一部分。
根据本发明的另一实施例，液压系统和燃料电池系统具有不同的操作窗口。当根据本发明的系统应用在例如飞机上时，在正常飞行期间该液压系统可以是起动的并可以被冷却，而燃料电池系统可以被保持在操作温度下，这可以缩短其起动过程。在紧急情况下燃料电池系统被起动并被冷却，而液压系统可以不被冷却或部分被冷却。或者该液压系统或燃料电池系统可以具有相同或重叠的操作窗口。
附图说明
下面参考图1介绍本发明实施例。
图1示出了根据本发明一个优选实施例的系统1。
具体实施方式
系统1包括液压系统2和燃料电池系统3。液压系统2和燃料电池系统3通过冷却回路系统4进行耦联。
根据优选实施例的液压系统2包括热交换器5，通过前进流5a和回流5b连接于飞机(未示出)的蓝色液压回路。
如图1所示，液压系统2还包括热交换器6，连接于飞机(未示出)的绿色液压回路的前进流6a和回流6b。
液压系统2还包括热交换器7，连接于飞机(未示出)黄色液压回路的前进流7a和回流7b。
根据优选实施例液压系统2还包括热交换器8，连接于飞机(未示出)电子和电源系统冷却系统的前进流6a和回流6b。
热交换器5、6、7、8空间上分开设置，从而在旋翼爆炸或轮胎爆炸的情况下不会所有三个系统都损坏而无法使用。
泵9持续性地或者以脉冲方式使制冷剂在冷却回路4中循环，其中制冷剂流经特定的热交换器5、6、7、8。
根据本发明优选实施例，热交换器5、6、7、8位于泵9的下游。
如图1箭头所示，制冷剂从冷却回路系统4流出进入热交换器5、6、7、8，并通过通向三通阀11的管路10返回到冷却回路4。
一旦飞机开动，液压系统2就会产生热量，其通过热交换器5、6、7、8传递给制冷剂。被加热的制冷剂通过管路10传递给三通阀11。通过对三通阀11进行适当的控制，加热的制冷剂可以或者通过旁通管路12直接传递至燃料电池系统3，或者通过与旁通管路12平行的液体/气体冷却器13传递至燃料电池系统3。从冷却器13排出的被冷却的制冷剂然后与旁通管路12供给的热制冷剂相混合，从而以预定温度将制冷剂输送给燃料电池系统3。
根据优选实施例，三个液压回路以及电子和电源系统冷却系统所产生的热量通过液体/气体冷却器13以及通过流出阀15排放给环境16，其中根据优选实施例该液体/气体冷却器13具有风扇14。流经流出阀15的空气首先穿过液体/气体冷却器13，从而可以利用飞机机舱(未示出)与环境16之间的压力差。由于这种协同作用，使得迫使空气流动的风扇14仅在紧急情况下需要。
如图1所示，根据优选实施例，飞机外蒙皮17设置在流出阀15和液体/气体冷却器13之间。
尽管本发明在前面是参考优选实施例进行介绍的，但是可以理解在不偏离本发明保护范围的情况下可以作出变化和改型。例如，可以在液压系统中包括更多或更少的液压管路。另外可以以上述方式连接几个液压系统和燃料电池，以利用这两种系统的协同效应。
除了液压系统外也可用其它产生热量的系统替代，其也以上述方式耦联于燃料电池系统。
本发明是参考飞机进行介绍的。根据本发明的原理也可以用于其它既使用液压系统和也使用燃料电池的领域。
附图标记
1  系统
2  发热系统，液压系统
3  燃料电池系统
4  冷却回路系统
5  热交换器
5a 前进流，蓝色液压回路
5b 回流，蓝色液压回路
6  热交换器
6a 前进流，绿色液压回路
6b 回流，绿色液压回路
7  热交换器
7a 前进流，黄色液压回路
7b 回流，黄色液压回路
8  热交换器
8a 前进流，电子和电源系统冷却系统
8b 回流，电子和电源系统冷却系统
9  泵
10 管路
11 三通阀
12 旁通管路
13 冷却器
14 风扇
15 流出阀
16 环境
17 飞机外蒙皮
18 贮液池

Claims (15)

1.一种具有燃料电池系统(3)和发热系统(2)的系统，所述燃料电池系统(3)和所述发热系统(2)通过共用的冷却回路系统(4)相互连接。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述发热系统(2)具有至少一个热交换器(5、6、7、8)，其用于实现所述发热系统(2)和所述冷却回路系统(4)之间的热传递。
3.根据权利要求1或2的系统，其特征在于，冷却剂在所述冷却回路系统(4)中循环，其从所述发热系统(2)中吸收热量并将所述燃料电池系统(3)保持在预定工作温度。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述冷却回路系统(4)包括泵(9)，其用于以脉动方式或连续方式使制冷剂在冷却回路系统(4)中循环。
5.根据权利要求3或4的冷却系统，其特征在于，所述冷却回路系统(4)包括贮液池(18)，其用于补偿由于冷却剂温度变化产生的体积差并且缓冲在所述冷却循环系统(4)中的泄漏。
6.根据权利要求3至5中任一项的系统，其特征在于，所述冷却回路系统(4)包括冷却器(13)，其用于在制冷剂被输送到燃料电池系统(3)之前将制冷剂冷却到预定温度。
7.根据权利要求6的系统，其特征在于，所述冷却器(13)是具有风扇(14)的液体/气体冷却器。
8.根据权利要求6或7的系统，其特征在于，所述冷却剂的热量通过所述冷却器(13)和流出阀(15)传递给环境(16)。
9.根据权利要求8的系统，其特征在于，所述热量通过压力差所形成的气流传递给环境(16)。
10.根据权利要求9的系统，其特征在于，所述气流冷却所述冷却器(13)。
11.根据前面权利要求中任一项的系统，其特征在于，所述发热系统包括液压系统(2)和/或电子和电源系统冷却回路。
12.根据前面权利要求中任一项的系统，其特征在于，所述冷却回路系统(4)作为一个热源工作，用于将所述发热系统(2)升高到更高的热度水平。
13.根据前面权利要求中任一项的系统，其特征在于，所述冷却回路系统(4)是所述燃料电池系统(3)的冷却回路的至少一部分。
14.根据前面权利要求中任一项的系统，其特征在于，所述发热系统(2)是飞机液压系统的至少一部分。
15.根据前面权利要求中任一项的系统，其特征在于，所述液压系统(2)和所述燃料电池系统(3)具有不同的操作窗口。
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