DE102009048394B4 - Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen - Google Patents

Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen Download PDF

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Abstract

Kühlsystem zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems (2) in einem Flugzeug, aufweisend – mindestens einen ersten Kühlkreislauf (16) mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager (12) und – mindestens einen zweiten Kühlkreislauf (20) mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager (18) mit Strömungskanälen, wobei der erste Wärmeübertrager (12) eine thermische Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem (2) und Kraftstoff aus mindestens einem Kraftstofftank (6) des Flugzeugs bildet, wobei der zweite Wärmeübertrager (18) dazu eingerichtet ist, mit einem Kraftstoffauslass (26) zum Einströmen von Kraftstoff in den zweiten Wärmeübertrager (18) und mit einem Kraftstoffeinlass (28) zum Ausströmen von Kraftstoff aus dem zweiten Wärmeübertrager (18) in den Kraftstofftank (6) verbunden zu werden und wobei der erste Wärmeübertrager (12) und der zweite Wärmeübertrager (18) thermisch miteinander verbunden sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, ein Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen, die Verwendung eines Kühlsystems sowie ein Flugzeug mit mindestens einem Brennstoffzellensystem sowie einem Kühlsystem zum Kühlen des Brennstoffzellensystems.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Verwendung von Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, bietet sich durch eine sehr geringe Geräusch und Schadstoffemission in verschiedenen Operationsphasen des Fahrzeugs an. Neben der Bereitstellung von elektrischer Leistung produzieren Brennstoffzellensysteme je nach Größe und Bauart auch eine entsprechende Abwärme, die es abzuführen gilt. Hierfür werden im Stand der Technik unter anderem Wasser durchströmte Wärmeübertrager eingesetzt, die thermisch mit dem Brennstoffzellensystem in Verbindung stehen. Leistungsfähige Brennstoffzellensysteme, die aus einem oder mehreren sogenannten „Stacks” gebildet sind, erfordern aufgrund der teilweise recht hohen Wärmeentwicklung bei einer derartigen Kühlung beträchtliche Mengen an Kühlluft, um die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems auf optimalem Niveau zu halten.
  • In DE 10 2006 046 114 A1 wird weiterhin eine Kühlanordnung zur Kühlung einer Brennstoffzelle für ein Luftfahrzeug gezeigt, die ein Peltierelement aufweist, welches mit seiner Kaltseite mit der Brennstoffzelle in Kontakt ist.
  • In DE 10 2007 060 428 B3 und WO 2009 077 048 A1 wird außerdem ein Verdampfungskühlsystem gezeigt, das in Wärmekontakt mit einer Brennstoffzelle steht, um im Betrieb der Brennstoffzelle von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme durch Verdampfen eines Kühlmediums aufzunehmen und von der Brennstoffzelle abzuführen.
  • DE 10 2006 034194 A1 zeigt ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem, welches einen Wasserstoffspeicher umfasst, der beim Beladevorgang des Wasserstoffspeichers ein Küchengerät erwärmt und beim Entladevorgang des Wasserstoffspeichers ein Brennstoffzellensystem kühlt.
  • EP 1 702 842 B1 zeigt ein Luftfahrzeug mit einer Brennstoffzelle, bei dem neben der Druckregelung eine mit Kühlmittel beaufschlagte Kühleinrichtung zur Kühlung der Brennstoffzelle offenbart wird, die mit einer von dem Kühlmittel durchströmten Leitung in Verbindung steht, in der zum Zwecke der Erwärmung des Brennstoffes wenigstens ein vom Brennstoff durchströmter Wärmetauscher angeordnet ist, der brennstoffseitig stromaufwärts der Brennstoffzelle und kühlmittelseitig stromabwärts der Brennstoffzelle durchströmt wird.
  • DE 10 2005 007180 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben von nach außen wärmeisolierten Brennstoffzellen für begrenzt wärmebelastbare Systeme, sowie einen Brennstoffzellen-Stack zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei Kathodenabluft mit einem Überschuss der für die Reaktion bereitgestellten Zuluft gekühlt wird und der zugeführte Brennstoff im Wärmeaustauscher vorgewärmt wird.
  • US 2003/0203258 A1 zeigt ein Brennstoffzellensystem mit einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung bei der ein Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur zu der Brennstoffzelle transportiert wird, während über einen Kühler, der mit Luft beaufschlagt wird, das Kühlmittel wieder heruntergekühlt wird.
  • EP 1 696 500 B1 zeigt eine Brennstoffzelle mit einem Mischtank, in dem von einem Brennstofftank zugeführter Brennstoff mit Wasser vermischt wird, das durch Kondensieren von Wasserdampf aus der Brennstoffzelle gewonnen wird. Ein Kühler kühlt ein Erzeugnis aus einem elektromotiven Abschnitt der Brennstoffzelle und führt dieses Erzeugnis dem Mischtank zu.
  • Das Kühlen eines Brennstoffzellensystems ist insbesondere bei der Integration in ein Flugzeug eine große Herausforderung. Dies ist ganz besonders bei Niedertemperaturbrennstoffzellen der Fall, bei denen das Temperaturniveau in der Regel deutlich unter 100°C liegt. An warmen Tagen ergibt sich somit ein entsprechend niedriger Temperaturgradient zwischen dem Brennstoffzellensystem und der Umgebungsluft, so dass die Wärmeübertragung an die Umgebung erschwert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Besonders bei der Verwendung von Brennstoffzellensystemen in Flugzeugen und dem damit verbundenen Kühlbedarf könnte es als nachteilig angesehen werden, ausreichende Kühlluftmengen bereitzustellen oder zur Kühlung oder zum Fördern einer hohen Kühlluftmenge erforderliche elektrische Leistung an Bord des Flugzeugs zu erzeugen, da besonders an Bord von Flugzeugen die Bestrebung zum Verringern des Kraftstoffbedarfs durch eine Minimierung des Energiebedarfs herrscht.
  • Die Aufgabe der Erfindung könnte demnach darin liegen, ein Kühlsystem zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen vorzuschlagen, bei dem sowohl eine ausreichende Kühlung eines Brennstoffzellensystems erreicht werden kann, gleichzeitig jedoch der Kühlluftbedarf und der Energiebedarf zum Kühlen minimiert werden können.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung könnte darin liegen, ein derartiges Kühlsystem vorzuschlagen, das möglichst eine kompakte Bauweise besitzt und einen zuverlässigen und möglichst wartungsarmen Betrieb ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird mindestens ein Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmeübertrager vorgeschlagen, der thermisch sowohl mit dem Brennstoffzellensystem als auch mit einem Kraftstofftank in Verbindung steht, derart, dass der erste Wärmeübertrager Wärme des Brennstoffzellensystems an Kraftstoff im Kraftstofftank abgeben kann.
  • Dies hat den technischen Effekt, dass eine verbesserte Kühlung des Brennstoffzellensystems durch die in Form von Kraftstoff, beispielsweise Kerosin, realisierte Wärmesenke erreicht werden kann. Dies rührt aus der im Vergleich zu Luft deutlich höheren Wärmekapazität des Kraftstoffs und aus der Tatsache, dass in größeren Fahrzeugen, die größere Brennstoffzellensysteme mit beträchtlicher Wärmeabgabe aufweisen könnten, üblicherweise eine entsprechend große Menge an Kraftstoff vorgehalten wird. Der Kraftstoff als Wärmesenke ist etwa bei Flugzeugen am Boden aufgrund der häufig geringeren Temperatur des Kraftstoffs als der Umgebungsluft sehr vorteilhaft. Die Temperaturdifferenz zu dem Brennstoffzellensystem bzw. dem thermisch damit verbundenen Wärmeübertrager kann dementsprechend größer als bei herkömmlichen luftgekühlten Systemen sein, so dass eine bessere Wärmeübertragung möglich ist.
  • Aufgrund dieser Vorteile ist eine Verringerung der Größe von mit dem Brennstoffzellensystem verbundenen Wärmeübertragern machbar, was sich in deutlichen Vorteilen hinsichtlich des erforderlichen Bauraums und des Gewichts niederschlägt. Gleichzeitig ist durch die relativ große Kraftstoffmasse in größeren Fahrzeugen bzw. Flugzeugen davon auszugehen, dass die Temperatur des Kraftstoffs keinen allzu großen Schwankungen unterworfen ist, so dass von einer dauerhaft zuverlässigen und ausreichenden Kühlung ausgegangen werden kann, die mit einem wartungsarmen Kühlsystem mit geringem Gewicht durchgeführt werden kann.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass mit dem Begriff des ersten Wärmeübertragers eine Einrichtung gemeint ist, die in der Lage ist, Wärme des Brennstoffzellensystems an ein beliebig geartetes Kühlmedium abzugeben. Der erste Wärmeübertrager könnte direkt in dem Brennstoffzellensystem und/oder in den Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems integriert sein, sei es durch eine separate Baueinheit oder mit von Kühlmedium durchströmten Strömungskanälen in einem Brennstoffzellengehäuse. Der erste Wärmeübertrager muss nicht zwangsläufig Wärme zwischen zwei Stoffströmen übertragen, etwa zwischen heißem Abgas und dem Kühlmedium, sondern es ist auch denkbar, dass der erste Wärmeübertrager nach Art eines Kühlkörpers ausgeführt ist, wobei der Kühlkörper Strömungskanäle zum Durchleiten des Kühlmediums aufweist. Letztendlich ist die Erfindung nicht auf die Ausführung des ersten Wärmeübertragers beschränkt, sondern es wird damit lediglich zum Ausdruck gebracht, dass eine Einrichtung vorhanden ist, um in einem Brennstoffzellensystem entstehende Wärme mittels eines Kühlmediums (im Folgenden auch „Fluid” genannt) abführen zu können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist der erste Wärmeübertrager über eine Kontaktfläche mit mindestens einer Wärme abgebenden Kontaktfläche des Brennstoffzellensystems verbunden und weist Strömungskanäle für ein erstes Fluid auf, das die vom ersten Wärmeübertrager aufgenommene Wärme des Brennstoffzellensystems abführt. Das erste Fluid kann durch den Kraftstoff selbst realisiert werden, der aus dem Kraftstofftank über eine entsprechende Zuleitung durch die Strömungskanäle des ersten Wärmeübertragers geleitet wird, um dort Wärme aufzunehmen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems wird als erstes Fluid ein alternativer Stoff verwendet, etwa Wasser, Öl oder Ethanol. Dieses erste Fluid strömt durch Strömungskanäle des ersten Wärmeübertragers sowie durch eine Wärmeabgabevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, über einen zweiten Kühlkreislauf Wärme an den Kraftstoff im Kraftstofftank abzugeben. Diese Vorgehensweise hilft zu vermeiden, längere und mit Kraftstoff durchflossene Zuleitungen als Gefahrenquelle in das Flugzeug zu installieren, ausschließlich um das Brennstoffzellensystem zu kühlen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist die Wärmeabgabevorrichtung als ein zweiter Wärmeübertrager ausgeführt, der außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet ist. Wärme wird an den Kraftstoff abgegeben, wobei der zweite Wärmeübertrager voneinander getrennte Strömungskanäle zum Durchströmen sowohl des ersten als auch eines zweiten Fluids aufweist. Das zweite Fluid wird in Form von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank realisiert, der über entsprechende Kraftstoffleitungen aus dem Kraftstofftank entnommen und nach Aufnahme von Wärme wieder zurückgeführt wird. Dadurch muss lediglich ein Kraftstoffauslass und ein Kraftstoffeinlass an dem Kraftstofftank realisiert werden, die mit einem extern angeordneten zweiten Wärmeübertrager kommunizieren können. Der Kraftstoffeinlass beschreibt dabei eine Öffnung und/oder ein Ventil, die/das einen Kraftstofffluss in den Kraftstofftank hinein zulässt. Der Kraftstoffauslass beschreibt hingegen eine Öffnung und/oder ein Ventil und/oder eine abweichende, geeignete Vorrichtung, die einen kontrollierten Kraftstofffluss aus dem Kraftstofftank heraus zulässt.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, den zweiten Wärmeübertrager in einem Kraftstofftank nahen Bereich anzuordnen, so dass die größte Distanz zwischen dem Brennstoffzellensystem und dem Kraftstofftank, nämlich zwischen dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager, mit einem deutlich ungefährlicheren Kühlmedium überbrückt werden kann.
  • Bevorzugt sind der Kraftstoffeinlass und der Kraftstoffauslass an deutlich voneinander beabstandeten Stellen des Kraftstofftanks angeordnet, so dass es nicht aufgrund kontinuierlicher Entnahme eines kleinen Teils des Kraftstoffs zu einer übermäßigen Erwärmung dieses Teils kommt. Beispielhaft sind Kraftstoffeinlass und Kraftstoffauslass 50 cm oder mehr voneinander beabstandet, so dass zwischen Kraftstoffeinlass und Kraftstoffauslass eine gute Durchmischung mit dem übrigen Kraftstoff erfolgen kann.
  • Ferner ist bevorzugt, dass der Kraftstoffeinlass dazu eingerichtet ist, in den Kraftstofftank zurückströmenden Kraftstoff in eine Richtung zu leiten, die von dem Kraftstoffauslass wegführt. Auch hierdurch kann vermieden werden, einen bereits erwärmten Teil des Kraftstoffs erneut zu erwärmen.
  • In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist das Kühlsystem mit zwei oder mehr Kraftstofftanks verbunden. Dies bedeutet, dass der erste Wärmeübertrager oder der zweite Wärmeübertrager mit Kraftstoff aus mehr als nur einem Kraftstofftank durchströmt werden können, so dass auch eine verbesserte Wärmeabgabe an Kraftstoff erreicht werden kann, da eine größere Kraftstoffmenge zur Aufnahme von Wärme zur Verfügung steht.
  • Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Kühlsystem in einer günstigen Ausführungsform eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen und einer mit den Ventilen verbundenen Regeleinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Kühlsystem wahlweise nacheinander, gleichzeitig oder alternierend mit einem oder mehreren Kraftstofftanks zu verbinden. So könnte durch Erfassen der Temperaturen des Kraftstoffs mit Hilfe eines oder mehrerer mit der Regeleinheit verbundenen Temperatursensoren in den einzelnen Kraftstofftanks sichergestellt werden, dass das erfindungsgemäße Kühlsystem regelmäßig den Kraftstofftank in dem Fahrzeug mit Wärme beaufschlagt, der den Kraftstoff mit der niedrigsten Temperatur aufweist. Die Regeleinheit könnte aus diesem Grunde eine entsprechende Programmierung aufweisen. Dies könnte insbesondere bei größeren Brennstoffzellensystemen von Vorteil sein, da eine übermäßige Wärmeabgabe an einzelne Kraftstoffmengen dadurch praktisch ausgeschlossen werden kann und durch eine alternierende, abwechselnde oder sukzessive Beaufschlagung von Kraftstoff aus mehreren Kraftstofftanks eine verbesserte Wärmeabgabe des erwärmten Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank an die Umgebung erfolgen kann, wenn ein Wechsel zu einem anderen Kraftstofftank erfolgt ist.
  • Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems in einem Flugzeug gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlsystems.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems.
  • 3 zeigt eine Abwandlung eines Kühlsystems.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit mehreren Kraftstofftanks.
  • 5 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einer schematischen Blockdarstellung.
  • 6 zeigt ein Flugzeug mit mindestens einem Kraftstofftank und mindestens einem erfindungsgemäßen Kühlsystem.
  • DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1 wird schematisch ein Brennstoffzellensystem 2, ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 4 und ein Kraftstofftank 6 gezeigt, wobei das Kühlsystem thermisch sowohl mit dem Brennstoffzellensystem 2 als auch mit dem Kraftstofftank 6 in Verbindung steht. Das Brennstoffzellensystem 2 muss nicht zwangsläufig lediglich eine einzige Brennstoffzelle beherbergen, vielmehr ist eine Mehrzahl von Brennstoffzellen („Brennstoffzellenstacks”) denkbar. Weiterhin muss der Kraftstofftank 6 nicht ausschließlich ein einzelner Kraftstofftank 6 sein, es sind vielmehr auch mehrere Kraftstofftanks denkbar.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem 4 ist dazu eingerichtet, Wärme aus dem Brennstoffzellensystem 2 aufzunehmen und an den Kraftstoff 8 im Kraftstofftank 6 weiterzugeben. Die thermische Verbindung zwischen dem Kühlsystem 4 und dem Brennstoffzellensystem 2 kann auf mehrere unterschiedliche Arten erfolgen, die sowohl die direkte Wärmeübertragung durch Gehäusegrenzflächen oder durch einen Kühlkreislauf mit einschließen.
  • In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 10 dargestellt, bei dem ein erster Wärmeübertrager 12 an dem Brennstoffzellensystem 2 angeordnet ist, um dort die entstandene Wärme aufzunehmen. Der erste Wärmeübertrager 12 kann sich sowohl innerhalb des Brennstoffzellensystems 1 als auch außerhalb des Brennstoffzellensystems 2 befinden, wobei der erste Wärmeübertrager auch in Form von Strömungskanälen in Teilen eines Gehäuses des Brennstoffzellensystems 2 ausgeführt sein kann.
  • Der erste Wärmeübertrager 12 wird von einem ersten Kühlmedium durchflossen, welches mittels einer Fördereinrichtung 14 in einem ersten Kühlkreislauf 16 transportiert wird. Das Kühlmedium kann in diesem Fall jeglicher Art sein, bei der Verwendung in einem Flugzeug wurde sich etwa Ethanol anbieten, allerdings wären auch Wasser mit einem entsprechenden Frostschutz oder Öl denkbar.
  • Der erste Kühlkreislauf 16 ist weiterhin mit einem zweiten Wärmeübertrager 18 verbunden, der dazu eingerichtet ist, die Wärme in einen zweiten Kühlkreislauf 20 zu übertragen. Dieser zweite Kühlkreislauf 20 kann mit dem Kraftstofftank 6 in Verbindung stehen, so dass als Kühlmediumin dem zweiten Kühlkreislauf 20 Kraftstoff verwendet werden kann. Dieser Kraftstoff führt die Wärme aus dem zweiten Wärmeübertrager 18 ab und leitet sie in die Kraftstoffmasse im Kraftstofftank 6 ein. Eine zweite Fördereinrichtung 22 fördert den Kraftstoff im zweiten Kühlkreislauf.
  • Durch die Ausführung mit zwei separaten Kühlkreisläufen 16 und 20 kann erreicht werden, dass die Kraftstoff führenden Leitungen in ihrer Länge begrenzt werden können, während die größte Distanz von dem Brennstoffzellensystem 2 zu dem Kraftstofftank 6 durch ein ungefährlicheres Kühlmedium zurückgelegt werden kann. Der zweite Wärmeübertrager 18 kann sich hierfür besonders vorteilhaft in der Nähe des Kraftstofftanks 6 befinden.
  • Eine Abwandlung hiervon wird in 3 gezeigt, bei der lediglich ein erster Kühlkreislauf 24 vorliegt, der mit dem ersten Wärmeübertrager 12, einer Fördereinrichtung 14 und einem Kraftstoffauslass 26 und einem Kraftstoffeinlass 28 des Kraftstofftanks 6 verbunden ist. Diese relativ einfache Variante benutzt lediglich geförderten Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 6, um direkt den ersten Wärmeübertrager 12 zu durchströmen und hierdurch Wärme des Brennstoffzellensystems 2 aufzunehmen. Diese Variante bietet sich besonders dann an, wenn die Distanz zwischen dem Brennstoffzellensystem 2 und dem Kraftstofftank 6 nicht besonders groß ist, so dass keine besonders großen Distanzen mit Kraftstoff führenden Leitungen überbrückt werden müssen.
  • 4 demonstriert, dass eine Regeleinheit 30 mit einer Anordnung aus mehreren Ventilen 32 verbunden sein kann, die den Zufluss und den Abfluss von Kraftstoff aus mehreren Kraftstofftanks 6 regelt. Der Einfachheit halber sind lediglich der erste Wärmeübertrager 12 und die Brennstoffzelle 2 dargestellt, da die Anordnung aus Regeleinheit 30 und Ventilen 32 auf alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Die Regeleinheit 30 ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Kraftstofftanks einzeln nacheinander (sukzessive), alternierend oder in Gruppen an den ersten oder den zweiten Kühlkreislauf anzukoppeln. Besonders Vorteilhaft ist das thermische Verbinden der Kraftstoffmenge mit dem Brennstoffzellensystem, die die niedrigste Temperatur aufweist. Hierfür könnten mehrere Temperatursensoren 33 in den einzelnen Kraftstofftanks 6 angeordnet werden, die mit der Regeleinheit zu verbinden sind. Jeweils abgekoppelte Kraftstofftanks 6 können aufgenommene Wärme über die Außenflächen des Kraftstofftanks 6 an die Umgebung abgeben. Andererseits ist die wahlweise Abkopplung von Kraftstofftanks 6 auch dann sinnvoll, wenn aus einer Gruppe von mehreren Kraftstofftanks 6 einer oder mehrere Kraftstofftanks vollständig entleert sind und damit praktische keine Wärmesenke mehr zur Verfügung steht.
  • In 5 wird das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt. Neben dem Fördern 34 von einem ersten Kühlmedium durch einen ersten Wärmeübertrager 12 zum Aufnehmen von Wärme aus dem Brennstoffzellensystem 2 wird aufgenommene Wärme an Kraftstoff in einem Kraftstofftank 6 abgegeben 36. Dies kann durch einen zweiten Kühlkreislauf realisiert werden, bei dem das erste Fluid durch Strömungskanäle eines zweiten Wärmeübertragers 18 gefordert wird 38 zum Abgeben von Wärme durchströmt wird, wobei gleichzeitig Kraftstoff durch Strömungskanäle des zweiten Wärmeübertragers 18 zum Aufnehmen von Wärme gefördert 40 wird. Wie in 4 verdeutlicht wurde, schließt das Verfahren optional auch das thermische Verbinden 42 mit einem oder mehreren Kraftstofftanks mittels einer Regeleinheit wahlweise gleichzeitig, alternierend oder sukzessive ein.
  • Schließlich zeigt 6 ein Flugzeug 44, das mit mehreren exemplarisch und nicht maßstäblich gekennzeichneten Kraftstofftanks 6 ausgerüstet ist, mindestens ein Brennstoffzellensystem 2 aufweist sowie mindestens ein erfindungsgemäßes Kühlsystem zum Abführen der Wärme aus dem Brennstoffzellensystem in einen oder mehrere Kraftstofftanks 6. Bei der Verwendung von mehreren Kraftstofftanks 6 ist zusätzlich eine Regeleinheit und eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen denkbar, die eine gleichzeitige, abwechselnde oder alternierende Verwendung von einem oder mehreren Kraftstofftanks 6 vorsieht. Hierdurch kann beispielsweise abwechselnd in verschiedene Kraftstofftanks 6 Wärme abgegeben werden, durch Wechseln auf einen anderen Kraftstofftank 6 kann sich der bereits mit Wärme beaufschlagte Kraftstofftank 6 in die Umgebung abkühlen, während ein anderer Kraftstofftank 6 zumindest zeitweise mit Wärme beaufschlagt wird.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Brennstoffzellensystem
    4
    Kühlsystem
    6
    Kraftstofftank
    8
    Kraftstoff
    10
    erfindungsgemäßes Kühlsystem
    12
    erster Wärmeübertrager
    14
    Fördereinrichtung
    16
    erster Kühlkreislauf
    18
    zweiter Wärmeübertrager
    20
    zweiter Kühlkreislauf
    22
    Fördereinrichtung
    24
    erster Kühlkreislauf
    26
    Kraftstoffauslass
    28
    Kraftstoffeinlass
    30
    Regeleinheit
    32
    Ventil
    33
    Temperatursensor
    34
    Fördern des ersten Fluids
    36
    Abgeben von Wärme
    38
    Fördern des ersten Fluids
    40
    Fördern von Kraftstoff
    42
    Thermisches Verbinden mit einem oder mehreren Kraftstofftanks
    44
    Flugzeug

Claims (9)

  1. Kühlsystem zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems (2) in einem Flugzeug, aufweisend – mindestens einen ersten Kühlkreislauf (16) mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager (12) und – mindestens einen zweiten Kühlkreislauf (20) mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager (18) mit Strömungskanälen, wobei der erste Wärmeübertrager (12) eine thermische Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem (2) und Kraftstoff aus mindestens einem Kraftstofftank (6) des Flugzeugs bildet, wobei der zweite Wärmeübertrager (18) dazu eingerichtet ist, mit einem Kraftstoffauslass (26) zum Einströmen von Kraftstoff in den zweiten Wärmeübertrager (18) und mit einem Kraftstoffeinlass (28) zum Ausströmen von Kraftstoff aus dem zweiten Wärmeübertrager (18) in den Kraftstofftank (6) verbunden zu werden und wobei der erste Wärmeübertrager (12) und der zweite Wärmeübertrager (18) thermisch miteinander verbunden sind.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmeübertrager (12) über eine Kontaktfläche mit einer Wärme abgebenden Kontaktfläche des Brennstoffzellensystems (2) verbunden ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmeübertrager (12) dazu eingerichtet ist, von einem ersten Fluid durchströmt zu werden.
  4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Wärmeübertrager (18) zusätzlich dazu eingerichtet ist, von dem ersten Fluid durchströmt zu werden.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei das erste Fluid aus einer Gruppe von Stoffen ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend: – Wasser, – Öl, – Ethanol und – deren Gemische.
  6. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Ventilanordnung mit mehreren Ventilen (32) und mindestens einer mit den Ventilen (32) verbundenen Regeleinheit (30), die dazu eingerichtet ist, das Kühlsystem wahlweise nacheinander, gleichzeitig oder alternierend mit einem oder mehreren Kraftstofftanks (6) zu verbinden.
  7. Kühlsystem nach Anspruch 6, ferner aufweisend Temperatursensoren (33) zum Erfassen der Temperatur des Kraftstoffs in den Kraftstofftanks (6), wobei die Temperatursensoren (33) mit der Regeleinheit (30) verbunden sind und die Regeleinheit (30) dazu eingerichtet ist, das Kühlsystem mit mindestens einem Kraftstofftank (6) aus mehreren Kraftstofftanks (6) zu verbinden, in dem der Kraftstoff eine niedrigere Temperatur aufweist als in den verbleibenden Kraftstofftanks (6).
  8. Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems in einem Flugzeug, aufweisend die Schritte: – Fördern (34) eines ersten Fluids durch einen ersten Wärmeübertrager (12) zum Aufnehmen von Wärme aus dem Brennstoffzellensystem; – Fördern (38) des ersten Fluids durch einen zweiten Wärmeübertrager (18) zum Abgeben von Wärme; – Fördern (40) von Kraftstoff von einem Kraftstoffauslass (26) eines Kraftstofftanks (6) des Flugzeugs durch den zweiten Wärmeübertrager zu einem Kraftstoffeinlass (28) des Kraftstofftanks (6) zum Aufnehmen von Wärme.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt: – Thermisches Verbinden (42) mit einem oder mehreren Kraftstofftanks (6) wahlweise gleichzeitig, alternierend oder sukzessive, mittels einer Regeleinheit (30).
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