CN111656590B - 通过同时消耗系统废气中的氧气提高燃料电池的冷启动能力、负载施加能力和功率容量的方法 - Google Patents

通过同时消耗系统废气中的氧气提高燃料电池的冷启动能力、负载施加能力和功率容量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过消耗系统废气中的氧气来提高飞机的冷启动能力以及负载施加能力和功率容量的方法，其中，在惰化系统(1)的压缩机(3)中压缩供应空气(7)并将其输送到惰化系统(1)的气体分离器(4)中，从该气体分离器中排出富氧气体(8)和富氮气体(9)，其中，还从燃料电池(2)中排出阴极废气(10)并通过冷凝器(5)液化，其中，通过水分离器(6)将水从液化的阴极废气(10)中分离，其特征在于，将富氧气体(8)通过燃料电池(2)的阴极入口输送到燃料电池(2)中。

Description

通过同时消耗系统废气中的氧气提高燃料电池的冷启动能 力、负载施加能力和功率容量的方法
技术领域
本发明涉及一种通过同时消耗系统废气中的氧气提高燃料电池的冷启动能力、负载施加能力和功率容量的方法。
背景技术
在飞机技术领域，特别是从安全技术角度出发，已经确立了使用惰化系统，例如OBIGGS(机载惰性气体发生器系统)。这种惰化系统的目的是产生惰性的、即非反应性的气体，以避免不期望的反应和由此引起的对机器及其乘员的伤害。这种惰化系统总是至少包括气体分离器(例如膜)，该膜将可以由环境空气形成的供应空气分成富氧气体和富氮气体。在这样的膜的情况下，利用了氮气、氧气和水的不同扩散速度，使得氮气由于扩散速度低而比氧气和水需要明显更长的时间来穿透膜。然后，将富含氮气的气体(也称为惰性气体)首先泵送到飞机的油箱中，从而能够明显更好地防止高度易燃的油箱填充物与氧气发生严重的反应。
在燃料电池技术中已知的是，引入氧气会导致燃料电池性能显著提高。如果使用氧气作为阴极供应空气，则由于在燃料电池中只有氧气被转化，因此所需的阴极供应空气的的总体积流量降低。通过减少所需的总体积流量，使得阴极气体被更小程度地压缩，从而可以节约电力。此外，由于减少了气体体积流量，因此在每个时间单位内有更多的产出水必须被阴极气体吸收，结果使得阴极中的水蒸汽分压升高。这同样提高了燃料电池的性能，但是这需要整个燃料电池有不同的工作温度。
由专利文献US2015/0068630A1中已知一种系统，其中燃料电池连接到氧气发生器(OBOGS-机载氧气发生系统)，并由氧气发生器提供氧气，从而实现了燃料电池更高的性能。
此外，由专利文献WO2015148250A1中已知一种系统，其中将阴极废气再循环，并且在阴极废气被引导回燃料电池的阴极中之前，使其与氧气-惰性气体混合物混合在一起。在此，还有意地向燃料电池供应高比例的氧气以实现高性能。
还有一些已知的应用，其中将来自燃料电池的低氧废气用于房间惰化，例如服务器机房。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特别有效的气体管理。
为了解决现有技术的问题，提供一种通过同时消耗系统废气中的氧气提高燃料电池的冷启动能力、负载施加能力和功率容量的方法，其中，将供应空气在惰化系统的压缩机中压缩并馈送到惰化系统的气体分离器中，从气体分离器中排出富氧气体和富氮气体，还从燃料电池中排出阴极废气并通过冷凝器液化，在此，通过水分离器从液化的阴极废气中分离出水，并设置为：将富氧气体通过燃料电池的阴极入口输送到燃料电池中。
首先将供应空气在压缩机中压缩，以提高体积流量。由此，通过布置在压缩机下游的气体分离器可以明显更有效地将被压缩的供应空气分离成富氧气体和富氮气体，气体分离器例如可以被构造为膜。然后根据本发明将富氮气体用作惰性气体，其在飞机中如现有技术中常见的那样被泵送到燃料箱中或者执行其它功能。根据本发明，富氧气体通过阴极入口被输送到连接在气体分离器的输出口上的至少一个燃料电池中。其优点在于不再需要单独的氧气生成器或氧气罐来优化燃料电池的性能。通过使用富氧气体作为阴极气体，有利地提高了燃料电池的冷启动能力，因为通过供给富氧气体，燃料电池本身会由于高氧气浓度而随着氧气的转化明显更快地启动。可能的预压缩机的预运行时间被缩短。特别是如果来自气体分离器的富氧气体的体积流量不足以实现所需要的燃料电池的功率时，则可以使用附加的预压缩机。因此，可以将另外的未经处理的供应空气供应给同样连接到燃料电池的阴极入口的预压缩机，该未经处理的供应空气与来自惰化系统的气体分离器的富氧空气一起被供应给燃料电池。在此根据本发明，提供阴极气体所需的功率始终小于燃料电池和惰化系统各自独立运行所需的功率，而与是否使用预压缩机无关。在此，燃料电池的阴极废气优选通过冷凝器被液化，并在水分离器中与水分离。然后将已被清除了水的阴极废气作为废气从系统中排出。
在本发明的一种扩展方案中，阴极气体在燃料电池中被加湿并由此改变了温度。通过对阴极废气的加湿，由于由此引起了阴极气体的冷却，因此可以减少待排出的热量，并且可以相应地减少所需的冷却功率。如果期望更紧凑的结构，可以提高工作温度，从而由于相对于冷却系统有更高的温差而能够使用更小的热交换器和冷却系统。
在本发明的一种扩展方案中，将富氧气体的动能用于其压缩。由此可以减轻甚至完全替代燃料电池系统的压缩机的负荷，从而在此还节省了空间和用于压缩机运行的能量。
在本发明的一种扩展方案中，阴极废气被输送到富氮气体中。由于被输送到燃料电池中的富氧气体对于燃料电池而言是氧气提供者，并且氧气在燃料电池中被转化，所以阴极废气会带着少量的氧气离开燃料电池，因此阴极废气也适合作为惰性气体。其可以有利地与气体分离器的富氮气体混合，并且可以一起作为惰性气体被输送到目的地。替代地，阴极气体本身可以用作惰性气体，而不必先与富氮气体混合。如果阴极气体相对于气体分离器的富氮气体而言是贫氧的，也就是说，它是一种更纯的惰性气体，则是特别有利的。如果阴极气体具有与富氮气体相似的或者甚至是相同的氧气含量，则将这些气体混合是特别有利的，因为这显著提高了惰性气体的输出。同样，如果氧气含量高于富氮气体的氧气含量，则阴极气体可以用作惰性气体。然而在这种情况下，应该权衡高氧气含量的阴极气体对惰性气体的污染是否会导致高安全风险，从而使得增加惰性气体排放量相对于该缺点是不值得的。同样有利的是使用阴极废气作为惰性气体，因为这减轻了惰性气体生产中气体分离器的负担，并且在气体分离器中也要求更小的体积流量。作为回报，仅一部分供应空气被输送到燃料电池中，从而在此也产生更少的需要通过冷凝器冷却的阴极废气。这进一步降低了所需要的冷却和干燥能力以及装置的结构尺寸。这种所需冷却能力的降低特别是由于由此引起的燃料电池冷启动能力的提高而具有很大的优势，因为这种降低的冷却能力能够更快速并且以更简单的手段实现。由此使得系统在其应用中具有更大的灵活性，在此，可以进一步缩短预运行时间。
在本发明的一种扩展方案中，仅将阴极废气用作惰性气体。根据本发明的方法的这种变型对于以下情况是特别有利的：即，所供给的供应空气本来就是富氧的，并且通过可能前置连接的气体分离器仅产生少量的富氮气体。
在本发明的一种扩展方案中，将再循环回路中的阴极废气输送回到供应空气中，并且气体分离器在燃料电池之前或之后产生富氧气体。如果将阴极废气的热能用于加热多个燃料电池并使其达到工作温度，则这是特别有利的。由此，系统快得多地达到工作温度，使得系统的冷启动能力在此也明显提高。由于供应空气在任何情况下都与气体分离器的阴极废气和富氧气体一起处于一个回路中，因此气体分离器可以布置在燃料电池之前或之后。在此，通过气体分离器将供应空气-阴极废气混合物与从系统中排出的富氮气体分离，而富氧气体则被重新输送到燃料电池中。
在本发明的一种扩展方案中，使富氧气体中的氧气分压和水蒸气分压以及所提供的惰性气体的量重复地适配于与燃料电池的所需性能相对应的各个值。因此根据本发明，可以根据需要，特别是通过操控前置连接于燃料电池的气体分离器来调节阴极废气中的氧气的含量比，以使供应给燃料电池的气体具有已相应适配的氧气含量，或者在阴极废气再循环的情况下，操控后置连接于燃料电池的气体分离器，使得阴极废气直接具有相应适配的氧气含量。如果阴极废气的氧气含量升高到一超过供应空气的输入值的值，则有利地提高了燃料电池的性能。相反，如果氧气含量降低到一低于供应空气的输入值的值，则可以相应地增加所提供的惰性气体的量。在这种情况下，虽然由于伴随富氧气体出现的压力损失而使得用于压缩阴极气体的功率需求增加，但是通过压缩阴极气体也提高了燃料电池的性能。
在本发明的一种扩展方案中，调整阴极出口处的冷凝器的温度，从而主动地调节燃料电池的再循环回路中的气体温度和相对湿度。本发明的这种扩展方案使得系统温度能够更精确地适配于所需的工作温度，由此进一步提高了冷启动能力。
在本发明的一种扩展方案中，在将阴极废气输送到富氮气体中的方法和将再循环回路中的阴极废气送回到供应空气中并且气体分离器在燃料电池之前或之后产生富氧气体的方法之间，供应空气-阴极废气-压缩机和阴极废气-供应空气-惰性气体可以通过交汇处的三通阀来变换。这使得系统能够针对当前要求实现目的明确的调节。因此，当需要大量的惰性气体或需要将其快速输送到目的地时，可以将系统切换到第一模式。相反，第二模式会导致燃料电池的性能提高，特别是在需要较少的惰性气体或者需要燃料电池具有特别高的性能的运行阶段中。
在本发明的一种扩展方案中，在燃料电池之前布置有第一气体分离器，并且在燃料电池之后布置有第二气体分离器，这两个气体分离器各自产生的富氧废气被汇聚在一起并被一起输送到燃料电池中，其中，这两个气体分离器的惰性气体也汇聚在一起。通过根据本发明的方法的这种形式，能够实现总的效率提高，特别是在燃料电池的性能以及惰性气体的输出量和氧气消耗方面。
附图说明
下面参照附图以一种优选的实施方式示例性地说明本发明，其中，在附图中示出了其他有利的细节。
在此，功能相同的部件设有相同的附图标记。
附图中详细示出了：
图1：根据本发明的方法的第一实施例。
图2：根据本发明的方法的第二实施例。
图3：根据本发明的方法的第三实施例。
图4：根据本发明的方法的第四实施例。
图5：根据本发明的方法的第五实施例。
图6：根据本发明的方法的第六实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的第一实施例。在该根据本发明的方法中所使用的系统主要包括以虚线框表示的惰化系统1和至少一个与该惰化系统连接的燃料电池2。在此，例如环境空气形式的供应空气7被馈送到惰化系统1中，其中，供应空气7首先通过压缩机3被压缩并且以压缩的形式通过气体分离器4。通过压缩供应空气7，就可以使用节省空间的气体分离器4，其由于被压缩的供应空气7的高气体体积流量而特别有效地起作用。在此，气体分离器4可以例如是利用了氮气、氧气和水的扩散速度的差异的膜。供应空气7的氮气部分由于低的扩散速度而被保留在膜内，而氧气部分则穿过膜。通过气体分离器4产生的富氮气体9作为惰性气体流向目的地，例如流向燃料箱，而目前作为副产品由惰化系统1处理的富氧气体8现在根据本发明被输送到具有阴极2-1和阳极2-2的燃料电池2。在此，优选将富氧气体8引导至燃料电池2的阴极入口，以便能够使所包含的氧气在燃料电池2中被转化。如果富氧气体8的体积流量不足以使燃料电池2实现期望的性能，则可以可选地，如图1中的点虚线和符号所示的那样，有另一压缩机作用在燃料电池2之前，或者将供应空气7直接供应给该另一压缩机，或者将至少一部分富氧气体8供应给该另一压缩机，其压缩该供给的气体并附加地将其供应到燃料电池2中。为了在富氧气体8与作为待压缩气体的供应空气7之间进行选择性的切换，可以使用三通阀11，该三通阀尤其是能够可变地调节，即，也可以是将由来自气体分离器4的富氧气体8和供应空气7组成的混合物供应给压缩机3。根据本发明，在燃料电池2中的氧气转化之后排出的阴极废气10通过冷凝器5被冷却或加热并且至少部分被液化，以便随后在水分离器6中其中所包含的水分离。然后，剩余的气体作为废气离开系统。
图2示出了根据本发明的方法的第二实施例。与图1所示方法不同的是，通过冷凝器5和水分离器6清洁的阴极废气10被输送到富氮气体9的管路中，并与后者一起用作惰性气体。由于富氧气体8的大部分氧气在燃料电池2中被转化，故而阴极废气10仅具有很低的氧气含量，由此使得阴极废气10也适合作为惰性气体。
图3示出了根据本发明的方法的第三实施例。在该实施例中，气体分离器4是作用在冷凝器5和水分离器6之后，但特别是作用在燃料电池2之后。因此，从燃料电池2排出的阴极废气10在通过冷凝器5和水分离器6清洁之后被气体分离器4分离成富氮气体9和富氧气体8，其中，富氮气体9被从系统中去除并被填充到诸如油箱这样的目的地中，而富氧气体8被输送到供应空气7的管路中。由供应空气7和被送回的富氧气体8组成的混合物被压缩机3压缩，然后被输送到燃料电池2中。在此，大部分氧气被保留在系统中，因此燃料电池2可以获得最大可能的功率。
图4示出了根据本发明的方法的第四实施例。与图3所示实施方式不同的是，气体分离器4是作用在燃料电池2之前，使得开始时被引入的供应空气7首先经过气体分离器4。在此，在这种实施方式中，富氮气体9也被输送出系统，而富氧气体8被输送到燃料电池2中。从燃料电池2排出的阴极气体10在通过冷凝器5和水分离器6清洁之后被送回并与供应空气7混合，由此产生的气体混合物被压缩机3压缩并被输送到气体分离器4中。
图5示出了根据本发明的方法的第五实施例。在此所使用的装置是图2和图4中所示装置的组合，其中，可以根据需要在这些附图中描述的方法之间进行切换。为此设置了两个三通阀11，其中一个布置在供应空气7、压缩机3与阴极气体10的再循环之间的交汇处，而第二个布置在富氮气体9与阴极废气10之间的交汇处。供应空气7通过第一个三通阀11被输送到压缩机3中，在该压缩机中供应空气7被压缩。压缩后的供应空气7被输送到气体分离器4中，在该气体分离器中被分离成将从系统中排出的富氮气体9和被输送到至少一个燃料电池2中的富氧气体8。在此，富氮气体9被输送到三通阀11，该三通阀可以根据需要通过相应的线路将从燃料电池2中排出的阴极气体10供应给富氮气体9，该阴极气体预先通过冷凝器5和水分离器6清洁并在必要时被冷却或加热。因此，如图2中所描述的过程那样，富氮气体9和被清洁后的阴极气体10可以混合并一起用作惰性气体。如果用于阴极废气10的三通阀11被关闭，则阴极废气10被强制输送到第一个三通阀11，其在此与供应空气7混合并被送回到回路中。在此重要的是，在所描述的过程中，必须打开三通阀11中的一个，以使阴极废气10或者被送回，或者可以作为惰性气体被从系统中去除，并且防止了阴极废气10的回流。替代地，可以为此设置一另外的三通阀11，其使得阴极废气10能够作为简单的废气，即如图1所示方法中的废气那样被去除。
图6示出了根据本发明的方法的第六实施例。其中使用了两个气体分离器4。在此，供应空气7如前所述地被压缩机3压缩，然后被输送到第一气体分离器4-1。由此获得的富氮气体9作为惰性气体被输送出系统，而富氧气体8被输送到燃料电池2中。从燃料电池2中排出的阴极废气10通过冷凝器5和水分离器6被清洁，并被输送到第二气体分离器4-2中，在那里阴极废气被再次分离。富氮气体9与第一气体分离器4-1的气体混合并被输送出系统，而富氧气体8与第一气体分离器4-1的气体混合结合并且被输送到燃料电池2中。在此，由于来自两个气体分离器4的富氧气体8的总量大，因此有利的是，在两个富氧气体8合并之后并且在燃料电池2之前布置另一个压缩机3并压缩富氧气体8，因为这样可以进一步提高燃料电池的效率。
附图标记列表
1 惰化系统
2 燃料电池
2-1 阴极
2-2 阳极
3 压缩机
4 气体分离器
4-1 第一气体分离器
4-2 第二气体分离器
5 冷凝器
6 水分离器
7 供应空气
8 富氧气体
9 富氮气体
10 阴极废气
11 三通阀。

Claims (8)

1.一种用于通过同时消耗系统废气中的氧气来提高飞机的冷启动能力以及负载施加能力和功率容量的方法，其中，在惰化系统(1)的压缩机(3)中压缩供应空气(7)，并输送到所述惰化系统(1)的气体分离器(4)中，从所述气体分离器中排出富氧气体(8)和富氮气体(9)，其中，还从燃料电池(2)中排出阴极废气(10)并通过冷凝器(5)液化，其中，通过水分离器(6)将水从被液化的阴极废气(10)中分离，其中，将所述富氧气体(8)通过所述燃料电池(2)的阴极入口输送到所述燃料电池(2)中，
其特征在于，将再循环回路中的所述阴极废气(10)输送回到所述供应空气(7)中，并且所述气体分离器(4)在所述燃料电池(2)之前或之后产生所述富氧气体(8)，其中，使所述富氧气体(8)中的氧气分压和水蒸汽分压以及所提供的富氮气体(9)的量重复地适配于与所述燃料电池(2)的所需性能相对应的各个值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述燃料电池(2)中对所述阴极废气进行加湿，并由此改变所述阴极废气的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述富氧气体(8)的动能用于其压缩。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述阴极废气(10)输送到所述富氮气体(9)中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，仅将所述阴极废气(10)用作惰性气体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，能够调整阴极出口处的冷凝器(5)的温度，从而主动地调节所述燃料电池(2)的再循环回路中的气体温度和相对湿度。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在将所述阴极废气(10)输送到所述富氮气体(9)中与将再循环回路中的所述阴极废气(10)输送回到所述供应空气(7)中之间，供应空气-阴极废气-压缩机和阴极废气-供应空气-惰性气体能够通过在交汇处的三通阀(11)来变换。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述燃料电池(2)之前布置第一气体分离器(4-1)，并且在所述燃料电池(2)之后布置第二气体分离器(4-2)，其中，将两个气体分离器(4-1，4-2)各自的富氧气体(8)混合并一起输送到所述燃料电池(2)中，其中，将两个气体分离器(4-1，4-2)的富氮气体(9)也混合在一起。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020212402A1 (de) 2020-09-30 2022-03-31 MTU Aero Engines AG Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Wärmetauschers
CN113707911A (zh) * 2021-08-25 2021-11-26 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池的供气系统及供气方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104282926A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 空中客车德国运营有限责任公司 燃料电池系统、用于操作燃料电池的方法和具有该燃料电池系统的车辆
CN105009339A (zh) * 2013-03-22 2015-10-28 日产自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7208239B2 (en) * 2001-10-11 2007-04-24 Airbus Deutschland Gmbh Fuel cell system and method with increased efficiency and reduced exhaust emissions
DE102005054888B4 (de) * 2005-11-17 2009-12-10 Airbus Deutschland Gmbh Sauerstoffanreicherungsvorrichtung in Kombination mit einem Brennstoffzellensystem und Verwendung
CN104272512A (zh) 2012-04-05 2015-01-07 阿沃克斯系统公司 用于燃料电池应用的氧/空气供应
EP3005456B1 (en) * 2013-05-24 2019-05-15 Hydrogenics Corporation System and method for controlling voltage of a fuel cell
JP2017513190A (ja) 2014-03-27 2017-05-25 ヌヴェラ・フュエル・セルズ，エルエルシー 燃料電池のためのカソードガスの再循環方法およびシステム
US20170125831A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-04 Parker-Hannifin Corporation Fuel cell cathode switching for aircraft applications

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105009339A (zh) * 2013-03-22 2015-10-28 日产自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
CN104282926A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 空中客车德国运营有限责任公司 燃料电池系统、用于操作燃料电池的方法和具有该燃料电池系统的车辆

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