CN101903242A - 燃料电池系统模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于航空器(32)的燃料电池系统模块(10)，包括至少一个燃料电池系统部件(12，22，24)。该燃料电池系统模块(10)能够以模块的方式连接到所述航空器(32)的机身段(30)。该燃料电池系统模块(10)的壳体构件(16，26)被设计成当该燃料电池系统模块(10)处于连接到所述航空器(32)的所述机身段(30)的状态时形成该航空器(32)的外皮(34)的一段。

Description

燃料电池系统模块
技术领域
本发明涉及一种用于航空器的燃料电池模块，一种这种燃料电池系统模块的组和配备有这种燃料电池系统模块的航空器。
背景技术
燃料电池系统能够通过低排放和高效率产生电流。因此，目前也致力于在飞机结构中使用燃料电池系统来产生飞机上所需的电力。例如，可以设想到，利用燃料电池系统来替代当前用作机上电源并由主发动机驱动的发电机或飞机的辅助动力装置(APU)。此外，燃料电池系统还可用作飞机的应急电源并代替一直用作应急电力单元的冲压空气涡轮(RAT)。然而，在用于飞机的燃料电池系统的情况下，问题在于，燃料电池系统的维护或维修工作可能导致航空器的长停飞(immobilisation)时间。
发明内容
本发明所致力的目的是提供一种适于使用在航空器(特别是飞机)中的燃料电池系统模块，其可以使航空器因对提供在该航空器上的燃料电池系统进行维护或维修工作而导致的停飞时间最少，并具有低重量和小安装空间要求的特征。
为实现该目的，根据本发明的用于航空器的包括至少一个燃料电池系统部件的燃料电池系统模块能够以模块的方式(即作为模块可互换地)连接到航空器的机身段。根据本发明的燃料电池系统模块可以简单、快速且方便的方式安装在航空器的机身段上，并且，如果需要，又可从航空器的机身段上拆除。为了实现对燃料电池系统模块的燃料电池系统部件进行维护或维修工作，因此燃料电池系统模块能够以简单的方式从航空器的机身段上拆除，并被另一燃料电池系统模块所替代。因此，配备有根据本发明的燃料电池系统模块的航空器的停飞时间可被最小化。
根据本发明的燃料电池系统模块的壳体构件被设计成当燃料电池系统模块被连接到航空器的机身段时形成该航空器的外皮的一段。换言之，燃料电池系统模块的壳体构件被构造成当燃料电池系统模块安装在航空器的机身段上时整体式形成到航空器的外皮中。被提供为整体式形成到航空器的外皮中的壳体构件优选在形状上且其具有的表面使得航空器外皮的空气动力特性不会受到损害。通过将根据本发明的燃料电池系统模块的壳体构件整体式形成到配备有根据本发明的燃料电池系统模块的航空器的外皮中，可以省去待被设置在航空器内部的另外的壳体构件。根据本发明的燃料电池系统模块因此实现总体系统重量的最优化。此外，根据本发明的燃料电池系统模块的设计允许最佳地利用航空器上可用的安装空间。
根据本发明的燃料电池系统模块可包括作为燃料电池系统部件的燃料箱、燃料电池系统壳体、燃料电池系统的外围部件和/或燃料电池。根据本发明的燃料电池系统模块可仅包括一个燃料电池系统部件，即，例如仅包括燃料箱。然而，对此可替代地，燃料电池系统的多个燃料电池系统部件(例如容纳在燃料电池系统壳体中的燃料箱和外围部件)或燃料电池可整体式形成到根据本发明的燃料电池系统模块中。而且，还可设想到将整个燃料电池系统整体式形成到根据本发明的燃料电池系统模块中。
在根据本发明的燃料电池系统模块的优选实施例的情况下，燃料电池系统模块的被设计成当燃料电池系统模块连接到航空器的机身段时形成航空器的外皮的一段的壳体构件，至少部分地由燃料箱壳体的一段形成。燃料箱壳体用于保存在运行期间待被供应到燃料电池系统的燃料电池的燃料(即，优选为气态或液态形式的氢)。液态氢的存储温度为约-253℃。保存液态氢的燃料箱壳体的一段(其形成航空器外皮的一段)因此对绝缘不要求高额费用，以防止保存在燃料箱壳体中的液态氮在航空器飞行时冻结。
原则上，根据本发明的燃料电池系统模块的燃料箱壳体可具有一体式壳设计。然而，优选地，燃料箱壳体具有外壳和与该外壳分开的内壳。燃料箱壳体的外壳与内壳例如可由例如铝或钢构成。在两件式壳设计的燃料箱壳体的情况下，燃料箱壳体的外壳被提供为整体式形成到配备有根据本发明的燃料电池系统模块的航空器的外皮中。如果需要，燃料箱壳体的外壳与内壳之间的空间可被具有差热导率的材料填充。这种绝缘层可保护燃料箱壳体的内壳和保存在燃料箱壳体中的燃料不受航空器周围环境的可能急剧变化的温度的影响。
根据本发明的燃料电池系统模块的燃料箱可被设计成存储高压下的氢气。形成为压力储罐的燃料箱例如包括具有塑料外壳和碳纤维覆盖的铝内壳的燃料箱壳体。而且，形成为氢气压力储罐的燃料箱优选配备有合适的安全和压力调节阀，用于控制燃料箱内部的压力。在燃料箱形成为氢气压力储罐的情况下，可以利用如下事实，航空器外皮通常具有有利于空气动力学的圆形形状，该形状还适合于实现耐压壳体。
根据本发明的燃料电池系统模块的被设计成当燃料电池系统模块被连接到航空器的机身段时形成航空器的外皮的一段的壳体构件，还可至少部分地由容纳燃料电池系统的外围部件和/或燃料电池的燃料电池系统壳体的一段形成。原则上，燃料电池系统的未分配给燃料箱的所有部件均可容纳在燃料电池系统壳体中。在根据本发明的燃料电池系统模块的特别优选实施例的情况下，航空器外皮的一段由燃料箱壳体的一段形成，航空器外皮的另一段由燃料电池系统壳体的一段形成，燃料电池系统的其他部件(例如外围部件和/或燃料电池)设置在燃料电池系统壳体的内部。
根据本发明的燃料电池系统模块可被设计成整体式形成到航空器结构中，例如，整体式形成到航空器的腹部整流罩的区域中。因而燃料电池系统模块的壳体构件优选在腹部整流罩区域中形成航空器外皮的一段。对此可替换地，燃料电池系统模块还可形成为尾桁，该尾桁能够以模块的方式连接到航空器的机身段。航空器尾桁构成航空器结构的相对容易够到的构件，因此可尤为简单地形成为模块化的可互换部件。最后，可以设想到将根据本发明的燃料电池系统模块整体式形成到航空器的水平尾翼或垂直尾翼中。因而燃料电池系统模块的壳体构件被设计成当燃料电池系统模块整体式形成到航空器结构时在升降舵单元或方向舵单元的区域中形成航空器外皮的一段。
根据本发明的燃料电池系统模块可包括紧固装置，该紧固装置被设计成将燃料电池系统模块可松脱地紧固到航空器结构的框架。例如，燃料电池系统模块的紧固装置可被设计成能够将燃料电池系统模块安装在航空器结构的框架上，该框架设置在航空器的尾翼区域中。
在航空业，飞机类通常在非常不同的任务下运行。特别短和中等航程的飞机通常使用多条短航线，即，显著小于飞机的最大航程的航线以及在飞机的最大航程区域中的仅仅几条航线。因此，根据飞机的任务概况，飞机所需的用于在飞机的航线运行期间使燃料电池系统运行的氢量可能非常不同。而且，不可能在所有机场补给氢。基于此，在飞机的航线运行期间，用于供应被提供在飞机上的燃料电池系统的燃料箱的容量可能受到非常不同的要求。
因此，根据本发明，一种用于航空器的燃料电池系统模块组包括多个上述燃料电池系统模块，这些燃料电池系统模块配备有不同容量的燃料箱。换言之，在根据本发明的燃料电池系统模块组中，第一燃料电池系统模块包括特定容量的燃料箱。相比而言，根据本发明的燃料电池系统模块组的另一燃料电池系统模块或另外的燃料电池系统模块包括/均包括容量不同于第一燃料电池系统模块的燃料箱的容量的燃料箱。例如，在根据本发明的燃料电池系统模块组中，第一燃料电池系统模块可包括容量为500升(1)的燃料箱，第二燃料电池系统模块包括容量为1000升的燃料箱，第三燃料电池系统模块配备有容量为1500升的燃料箱。
当航空器在小于其最大航程的航线上运行时，可采用包括小容量燃料箱的燃料电池系统模块。因此，当航空器飞行时，可实现重量和燃料节省和/或有效载荷能力增大。相比之下，当航空器在其最大航程区域的航线上运行或飞往没有氢供应网的目的地机场时，航空器可以模块的方式连接到包括大容量燃料箱的燃料电池系统模块。根据本发明的燃料电池系统模块组因此在航空器的所有运行情况下均能实现对提供在航空器上的燃料电池系统的最佳燃料供给，与此同时，允许航空器在飞行时极为有效的运行。
根据本发明的航空器包括上述燃料电池系统模块。
附图说明
现在将结合附图更详细地阐释根据本发明的燃料电池系统模块的优选实施例，其中：
图1显示形成为飞机尾桁的燃料电池系统模块，以及
图2显示图1所示的燃料电池系统模块在飞机上的安装。
具体实施方式
图1所示的燃料电池系统模块10形成为飞机尾桁，并包括适于存储高压下的氢气的燃料箱12。该燃料箱12具有燃料箱壳体14，该燃料箱壳体14具有外侧面16、尾侧界面18和分离面20。燃料电池系统模块10进一步包括燃料电池系统壳体22，该燃料电池系统壳体22邻接燃料箱壳体14，并且燃料电池系统的外围部件和燃料电池24被容纳在该燃料电池系统壳体22中。燃料电池系统壳体22包括外侧面26和机头侧界面28。
在燃料电池系统壳体22的机头侧界面28的区域中，燃料电池系统模块10提供有紧固装置，如图2所示，该紧固装置被设计成将燃料电池系统模块10以模块的方式连接到飞机32的机身段30。该紧固装置可形成为螺纹连接装置或铆接连接装置，还可形成为粘结连接装置等。特别地，燃料电池系统模块10的紧固装置被设计成将燃料电池系统模块10可松脱地紧固到飞机32的结构的最后的尾侧框架。
在连接到飞机32的机身段30的状态下，燃料箱壳体14的外侧面16和燃料电池系统壳体22的外侧面26形成飞机的外皮34的一段。因此，燃料电池系统模块10可以模块的方式整体式形成到飞机32的机身结构中。
燃料电池系统模块组(未在附图中示出)包括多个燃料电池系统模块10。每个燃料电池系统模块10均包括燃料箱12，然而，各个燃料电池系统模块10的燃料箱12的容量在各种情况下不同。根据需要，燃料电池系统模块组中的燃料电池系统模块10的燃料箱12针对飞机32的预定任务具有最佳容量的该燃料电池系统模块10可连接到飞机32的机身段30。

Claims (9)

1.一种用于航空器(32)的燃料电池系统模块(10)，该燃料电池系统模块包括至少一个燃料电池系统部件，
其特征在于，通过被设计成将所述燃料电池系统模块(10)可松脱地紧固到航空器结构的框架上的紧固装置，所述燃料电池系统模块(10)能够以模块的方式连接到所述航空器(32)的机身段(30)，使得当所述燃料电池系统模块(10)连接到所述航空器(32)的所述机身段(30)时，所述燃料电池系统模块(10)的壳体构件形成所述航空器(32)的外皮(34)的一段。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料电池系统模块(10)包括燃料箱(12)、燃料电池系统壳体(22)、所述燃料电池系统的外围部件和/或燃料电池(24)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料电池系统模块(10)的被设计成当所述燃料电池系统模块(10)被连接到所述航空器(32)的所述机身段(30)时形成所述航空器(32)的所述外皮(34)的一段的所述壳体构件，至少部分地由燃料箱壳体(14)的一段形成。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料箱壳体(14)包括外壳和与该外壳分开的内壳，所述燃料箱壳体(14)的所述外壳与所述内壳之间的空间被具有差热导率的材料所填充。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料箱(12)被设计成存储高压下的氢气。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料电池系统模块(10)的被设计成当所述燃料电池系统模块(10)被连接到所述航空器(32)的所述机身段(30)时形成所述航空器(32)的所述外皮(34)的一段的所述壳体构件，至少部分地由容纳所述燃料电池系统的所述外围部件和/或所述燃料电池(24)的燃料电池系统壳体(22)的一段形成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池系统模块，
其特征在于，所述燃料电池系统模块(10)形成为尾桁，该尾桁能够以模块的方式连接到所述航空器(32)的所述机身段(30)上。
8.一种用于航空器(32)的燃料电池系统模块(10)组，包括多个根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统模块(10)，所述燃料电池系统模块(10)配备有不同容量的燃料箱(12)。
9.一种根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统模块(10)在航空器(32)中的用途。
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