EP2486619A1 - Cooling system for fuel cell systems, method for cooling fuel cell systems, and a fuel cell system - Google Patents

Cooling system for fuel cell systems, method for cooling fuel cell systems, and a fuel cell system

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EP2486619A1
EP2486619A1 EP10709708A EP10709708A EP2486619A1 EP 2486619 A1 EP2486619 A1 EP 2486619A1 EP 10709708 A EP10709708 A EP 10709708A EP 10709708 A EP10709708 A EP 10709708A EP 2486619 A1 EP2486619 A1 EP 2486619A1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuel cell
cooling
heat exchanger
cell system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10709708A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Moeed Khawaja
Baker Al-Ali
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Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102009048393A external-priority patent/DE102009048393B3/en
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of EP2486619A1 publication Critical patent/EP2486619A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B64D2041/005—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • Cooling system for fuel cell systems method for cooling fuel cell systems and fuel cell system
  • the invention relates to a cooling system for fuel cell systems, a method for cooling fuel cell systems, the use of a cooling system and an aircraft with at least one fuel cell system and a cooling system for cooling the fuel cell system.
  • DE 10 2006 046 114 A1 further shows a cooling arrangement for cooling a fuel cell for an aircraft, which has a Peltier element which is in contact with the cold side of the fuel cell.
  • DE 10 2007 060 428 B3 and WO 2009 077 048 AI is also a
  • Evaporative cooling system which is in thermal contact with a fuel cell to receive in the operation of the fuel cell generated by the fuel cell by evaporation of a cooling medium and dissipate heat from the fuel cell.
  • Cooling a fuel cell system is a major challenge, especially when integrated into an aircraft. This is especially true
  • the object of the invention could therefore be to propose a cooling system for cooling fuel cell systems, in which both a sufficient cooling of a fuel cell system can be achieved, At the same time, however, the cooling air requirement and the energy requirement for cooling can be minimized.
  • Another object of the invention may be to propose such a cooling system, which has a compact design as possible and a
  • Another task could be a fuel cell system
  • the object is achieved by a cooling system, a fuel cell system, a method for cooling a fuel cell system and an aircraft with a fuel cell system having the features of the independent claims.
  • At least one cooling circuit is provided with a first heat exchanger, which thermally with both the
  • Fuel cell system as well as with a fuel tank is in communication, such that the first heat exchanger can deliver heat of the fuel cell system to fuel in the fuel tank.
  • Fuel cell system can be achieved by realized in the form of fuel, such as kerosene, heat sink. This is due to the significantly higher heat capacity of the fuel compared to air and the fact that in larger vehicles, which could have larger fuel cell systems with significant heat dissipation, usually a correspondingly large amount of fuel is kept.
  • the fuel as a heat sink is about the case of aircraft on the ground due to the often lower temperature of the fuel than the Ambient air very beneficial. The temperature difference to the
  • Fuel cell system or the thermally associated heat exchanger can be correspondingly larger than in conventional air-cooled systems, so that a better heat transfer is possible.
  • Fuel cell connected heat exchangers feasible which is reflected in significant advantages in terms of the required installation space and weight.
  • the relatively high fuel mass in larger vehicles or aircraft that the temperature of the fuel is not subject to excessive fluctuations, so that it can be assumed that a permanently reliable and sufficient cooling, which performed with a low-maintenance cooling system with low weight can be.
  • first heat exchanger refers to a device that is able to deliver heat of the fuel cell system to any type of cooling medium.
  • the first heat exchanger could be located directly in the fuel cell system and / or in the fuel cells of the
  • the first heat exchanger does not necessarily transfer heat between two streams, such as between hot exhaust gas and the cooling medium, but it is also conceivable that the first heat exchanger in the manner of
  • Heatsink is executed, wherein the heat sink could have flow channels for passing or passing the cooling medium.
  • the first heat exchanger is connected via a contact surface with at least one heat-emitting contact surface of the fuel cell system and has flow channels for a first fluid which dissipates the heat absorbed by the first heat exchanger of the fuel cell system.
  • the first fluid can be realized by the fuel itself, which is passed from the fuel tank via a corresponding feed line through the flow channels of the first heat exchanger to absorb heat there.
  • Cooling system is used as the first fluid, an alternative material, such as water, oil, ethanol or the like.
  • This first fluid flows through flow channels or the like of the first heat exchanger and through a
  • Heat output device which is adapted to a second
  • Cooling circuit to deliver heat to the fuel in the fuel tank.
  • Heat dissipation device designed as a second heat exchanger, which is arranged outside of the fuel tank. Heat is delivered to the fuel, wherein the second heat exchanger separate flow channels for
  • the second fluid is realized in the form of fuel from the fuel tank, which is removed via corresponding fuel lines from the fuel tank and returned after receiving heat.
  • the fuel inlet describes an opening and / or a valve, that allows fuel flow into the fuel tank.
  • the fuel outlet describes an opening and / or a valve and / or a different, suitable device, the controlled fuel flow from the
  • the fuel inlet and the fuel outlet are arranged at distinctly spaced locations of the fuel tank so that excessive heating of that portion does not occur due to continuous removal of a small portion of the fuel.
  • the fuel inlet and fuel outlet are 50 cm or more apart so that good mixing with the remainder of the fuel can occur between the fuel inlet and fuel outlet.
  • the fuel inlet is adapted to be in the
  • the second heat exchanger also directly in a
  • Fuel tank are placed so that the additional lines to and from the second heat exchanger are obsolete.
  • the cooling system is connected to two or more fuel tanks. This means, that the first heat exchanger or the second heat exchanger with fuel from more than just a fuel tank flows through, can be flowed around or surrounded, so that an improved heat dissipation of fuel can be achieved because a larger amount of fuel to absorb heat is available.
  • Embodiment a valve assembly having a plurality of valves and a valve connected to the control unit, which is adapted to connect the cooling system according to the invention optionally successively, simultaneously or alternately with one or more fuel tanks.
  • the cooling system according to the invention regularly heats the fuel tank in the vehicle which has the fuel with the lowest temperature.
  • the control unit could for this reason have a corresponding programming.
  • Fuel cell system according to yet another independent claim.
  • a fuel cell system which, in conventional operation, generates heat that can be delivered via a refrigeration system having any number of the foregoing features.
  • a peculiarity of an embodiment of the fuel cell system can be considered that in addition to fluid-based cooling and the
  • Fuel cell system could be housed in a fuel-tight housing, which could be integrated directly within a fuel tank of the vehicle, so that heat can be delivered to a direct contact with the fuel.
  • a heat dissipation device is arranged on the housing, which is approximately by means of
  • Heat transfer surfaces is realized, which could have a profiled surface, which allow a particularly good heat transfer to a surrounding fluid. It is not necessary to attach separate heat-dissipating devices to the housing, and the housing may also be designed so that improved heat dissipation is possible. In the simplest case, such a
  • Heat discharge surface can be realized in the form of cooling fins, which are externally attached to the housing.
  • the invention is not limited to the use of cooling fins or profiled surfaces in general, but the
  • Heat output device could also be in the form of an electric or
  • the heat dissipation device is connected via at least one contact surface with the heat-emitting contact surface of at least one fuel cell and has heat transfer surfaces, such as cooling fins or the like, which are in contact with the fuel in the fuel tank.
  • a holding device is provided, which is arranged on the fuel cell system, whereby the fuel cell system is adapted to be spaced from walls of the fuel tank.
  • Fuel cell system is lapped by fuel from all sides. This also leads to the fact that the heat dissipation device over all
  • the housing of the fuel cell system could therefore form the heat-emitting device.
  • At least one supply line is furthermore arranged on the fuel cell system, which is set up to be led out of the fuel tank starting from the fuel cell system.
  • the concept of the at least one supply line can be understood not only as a single line, but rather as a string of individual tubes, hoses or the like, which could be advantageously surrounded by a common channel or a sheathing.
  • the at least one supply line is for supplying operating materials and control signals and for discharging reaction products and sensor signals or the like for operating the
  • An advantageous development of such a fuel cell system has a reformer which is set up to be supplied directly with fuel from the fuel tank. This could be omitted lines for supplying fuel to the fuel tank, it is only an inlet, a check valve and other safety devices required, so that can be saved significantly in weight. Reaction products and electricity are routed to the outside via appropriate supply lines, the fuel cell system could be controlled by external signals. Equally, the invention is particularly advantageous
  • an emergency shutdown device which is adapted to prevent the operation of the fuel cell system, as soon as a predetermined at least to be maintained fuel level in the fuel tank is reached or exceeded. This can cause overheating of the
  • Fuel cell system can be avoided.
  • Fig. 1 shows a schematic view of the cooling system according to the invention.
  • Fig. 2a and 2b show two similar embodiments of the cooling system according to the invention.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the cooling system according to the invention.
  • FIGS. 4a and 4b show similar embodiments of the cooling system according to the invention with a plurality of fuel tanks.
  • 5 a to 5 d show various embodiments of a fuel cell according to the invention integrated in a fuel tank.
  • 6a and 6b show inventive method in a schematic
  • FIG. 7 shows an aircraft with at least one fuel tank and at least one cooling system according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically a fuel cell system 2, a cooling system 4 according to the invention and a fuel tank 6, wherein the cooling system is thermally in communication both with the fuel cell system 2 and with the fuel tank 6.
  • the fuel cell system 2 need not necessarily accommodate only a single fuel cell, but rather a plurality of
  • Fuel cells (“fuel cell stacks”) conceivable
  • Fuel tank 6 not exclusively be a single fuel tank 6, but there are also several fuel tanks conceivable.
  • the cooling system 4 is adapted to heat from the
  • a first embodiment of a cooling system 10 according to the invention is shown, in which a first heat exchanger 12 to the
  • Fuel cell system 2 is arranged to receive there the resulting heat.
  • the first heat exchanger 12 can be located both inside the fuel cell system 1 and outside the fuel cell system 2, wherein the first heat exchanger can also be embodied in the form of flow channels in parts of a housing of the fuel cell system 2.
  • the first heat exchanger 12 is flowed through by a first cooling medium, which is transported by means of a conveyor 14 in a first cooling circuit 16.
  • the cooling medium can be of any kind in this case, when used in an aircraft would offer about ethanol, but would also water with a corresponding antifreeze, oil or the like are conceivable.
  • the first cooling circuit 16 is further connected to a second heat exchanger 18, which is adapted to transfer the heat into a second cooling circuit 20.
  • This second cooling circuit 20 may be in communication with the fuel tank 6 so that fuel can be used as the cooling medium in the second cooling circuit 20. This fuel dissipates the heat from the second heat exchanger 18 and directs it into the fuel mass in
  • a second conveyor 22 conveys the fuel in the second cooling circuit.
  • the fuel-carrying lines can be limited in length, while the largest distance from the fuel cell system 2 to the Fuel tank 6 can be covered by a safer coolant.
  • the second heat exchanger 18 may be particularly advantageous for this in the vicinity of the fuel tank 6.
  • Fig. 2b a modification of the system shown in Fig. 2a is shown, in which the second heat exchanger 18 is disposed directly within the fuel tank 6 and therefore no separate cooling circuit 20 is required.
  • Cooling circuit 24 is present, with the first heat exchanger 12, a
  • Heat exchanger 12 to flow through and thereby heat the
  • Fuel cell system 2 record This variant is particularly useful when the distance between the fuel cell system 2 and the
  • FIG. 4 a demonstrates that a control unit 30 may be connected to an assembly of multiple valves 32 that regulate the inflow and outflow of fuel from multiple fuel tanks 6.
  • the control unit 30 is preferably configured to couple the fuel tanks one after the other (successively), alternately or in groups to the first or the second cooling circuit. Particularly advantageous is the thermal connection of the fuel quantity with the fuel cell system, which has the lowest temperature.
  • a plurality of temperature sensors 33 could be arranged in the individual fuel tanks 6, with the control unit to connect.
  • Each uncoupled fuel tank 6 can deliver absorbed heat through the outer surfaces of the fuel tank 6 to the environment.
  • the optional decoupling of fuel tanks 6 is also useful if one or more fuel tanks are completely emptied of a group of several fuel tanks 6 and thus practical heat sink no longer available.
  • Figure 4b may implement the same methodology as the embodiment of Figure 4a, but here are second
  • Heat exchanger 18 housed in the individual fuel tanks 6, which are connected via valves 32 to the first heat exchanger 12.
  • FIGS. 5a to 5d a fuel tank 112 is shown in each case with the
  • Fuel 114 is filled to a level 116, wherein the fuel 114 each completely encloses a fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention.
  • the illustrated fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 according to the invention differ in each case by the presence and size or type of one
  • FIGS. 5 a and 5 d the fuel cell system 118 or 122 according to the invention has a housing 124 which accommodates a full-surface heat dissipation device 126 on all walls as an example
  • FIG. 5 b shows a housing 124 which is only partially equipped with heat dissipation devices 126 whereas in Fig. 5c, no special heat dissipation devices 126 are disposed on the housing 124.
  • the heat sinks 126 which go beyond a mere housing character, could for example have a suitable profiling, which increases the outer surface of the heat dissipation device relative to the housing 124 significantly, so that an improved heat dissipation can take place.
  • the size and Position of these heat sinks 126 are dependent on the expected heat load and the minimum fuel level tolerated, so that the invention is not limited to only full-surface
  • a holding device 128 is arranged, which has a spacing of the
  • Fuel cell system according to the invention 118, 120 and 121 from the bottom 130 and all other walls of the fuel tank 112 is allowed, so that the fuel cell system 118, 120 and 121 according to the invention can be washed around from all sides with fuel 114.
  • the fuel cell system 122 according to FIG. 5d is arranged directly on the underside 130 of the fuel tank and accordingly has no location at this location
  • Heat output device 126 on or cooling rib-like heat delivery surfaces that allow a flow of fuel even when mounted near the bottom 130.
  • heat-dissipating devices 126 are one or more
  • the fuel cell system 118, 120, 121, or 122 according to the present invention may include an emergency shutdown device 132 that is capable of to prevent the operation of the fuel cell system 118, 120, 121 or 122 according to the present invention, as soon as insufficient cooling threatens. This could be the case if the level 116 of the fuel 114 drops below a predetermined minimum value, which depends on the specific configuration of the respective fuel cell system 118, 120, 121 or 122 or the heat dissipation devices 126 arranged thereon.
  • a shutdown could be carried out by way of example also when monitoring the temperature of the heat dissipation device 126 and / or the housing 124 by means of a temperature sensor 131 a
  • Impairment of the fuel tank 112 or ignition of the fuel 114 can be prevented.
  • the emergency shutdown device 132 may be located at a location outside of the fuel tank, such that the present invention
  • Fuel cell system 118, 120, 121 or 122 can be switched off externally. This could be about in an existing aircraft or
  • Vehicle system which is adapted to monitor the fuel level 116 of each individual fuel tank 112 by means of a level sensor 133.
  • the fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 according to the invention have, by way of example, a reformer 134 which directly supplies fuel 114 from the
  • Fuel cell system 118, 120, 121 and 122 have a corresponding opening 136 which with a check valve and / or other
  • the fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention exemplarily has at least one Supply line 138, which is arranged for the discharge of reformate gas, exhaust gas and electricity from the fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention. Similarly, via this supply line 138, a switching off or activating the operation of the invention
  • Fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 are reached and fuel supplied, if a direct withdrawal from the fuel tank 112 is not provided or an alternative fuel is to be used.
  • a method according to the invention is shown schematically.
  • a first cooling medium through a first heat exchanger 12 for receiving heat from the fuel cell system 2 is conveyed 34 of a first cooling medium through a first heat exchanger 12 for receiving heat from the fuel cell system 2 .
  • the method optionally also includes the thermal connection 42 with one or more fuel tanks by means of a control unit optionally simultaneously, alternately or successively.
  • a further embodiment of the method according to the invention is shown schematically.
  • the temperature of the fuel is also optionally
  • Fuel level 116 in the fuel tank 112 detects 150 and with a predetermined minimum fuel levels are compared 152, the
  • Fuel cell system 118, 120, 121 and 122 falls below the
  • FIG. 7 shows an aircraft 44 which is equipped with a plurality of fuel tanks 6 identified by way of example and not to scale, has at least one fuel cell system 2 and at least one cooling system according to the invention for removing the heat from the fuel cell system into one or more fuel tanks 6 a plurality of fuel tanks 6, a control unit and a valve arrangement with a plurality of valves is additionally conceivable, which provides a simultaneous, alternating or alternating use of one or more fuel tanks 6.
  • heat can be given off, for example, alternately into different fuel tanks 6; by changing to another fuel tank 6, the fuel tank 6 already subjected to heat can cool into the environment, while another fuel tank 6 is at least temporarily exposed to heat.
  • the aircraft could include a plurality of fuel cell systems 158 disposed in the fuel tanks 6 and delivering heat to the fuel 114 via their heat dissipation devices, such as a housing or heat dissipation devices having specially shaped heat release surfaces.
  • the design of the fuel cell systems 158 is arbitrary, as examples could give Fig. 5a to 5d excite.
  • “having” does not exclude other elements or steps and "a” or “an” does not exclude a multitude.
  • features or steps described with reference to one of the above embodiments also in combination with other features or steps of other embodiments described above can be used. Reference numerals in the claims are not as

Abstract

The invention relates to a cooling system for cooling a fuel cell system (2) in a vehicle and for thermally connecting to fuel (8) in a fuel tank. This results in the fuel (8) in a fuel tank (6) being used as a heat sink having high thermal capacity and in substantially consistent cooling performance due to the relatively stable temperature of the fuel. In this way, the cooling of the fuel cell system (4) can be implemented using very simple means and a particularly low weight.

Description

Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen und Brennstoffzellensystem  Cooling system for fuel cell systems, method for cooling fuel cell systems and fuel cell system
VERWANDTE ANMELDUNGEN RELATED APPLICATIONS
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen The present application claims the priority of the German
Patentanmeldungen Nr. 10 2009 048 394.2 und Nr. 10 2009 048 393.4 sowie der US Provisional Patentanmeldungen Nr. 61/249,114 und Nr. 61/249,116, sämtlich eingereicht am 06. Oktober 2009, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden. Patent Applications No. 10 2009 048 394.2 and No. 10 2009 048 393.4 and US Provisional Patent Applications No. 61 / 249,114 and No. 61 / 249,116, all filed on Oct. 6, 2009, the contents of which are incorporated herein by reference.
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
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 The invention relates to a cooling system for fuel cell systems, a method for cooling fuel cell systems, the use of a cooling system and an aircraft with at least one fuel cell system and a cooling system for cooling the fuel cell system. BACKGROUND OF THE INVENTION
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 The use of fuel cell systems in vehicles, in particular aircraft, offers itself through a very low noise and pollutant emissions in various phases of the operation of the vehicle. In addition to the provision of electrical power fuel cell systems produce depending on the size and design also a corresponding waste heat, which must be dissipated. For this purpose, inter alia, water-flow heat exchangers are used in the prior art, which are thermally in communication with the fuel cell system. Efficient fuel cell systems, which are formed from one or more so-called "stacks" require due to the sometimes quite high heat generation in such cooling considerable amounts of cooling air to the
Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems auf optimalem Niveau zu halten. In DE 10 2006 046 114 AI 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. DE 10 2007 060 428 B3 und WO 2009 077 048 AI wird außerdem ein Operating temperature of the fuel cell system to maintain optimum level. DE 10 2006 046 114 A1 further shows a cooling arrangement for cooling a fuel cell for an aircraft, which has a Peltier element which is in contact with the cold side of the fuel cell. DE 10 2007 060 428 B3 and WO 2009 077 048 AI is also a
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.  Evaporative cooling system is shown, which is in thermal contact with a fuel cell to receive in the operation of the fuel cell generated by the fuel cell by evaporation of a cooling medium and dissipate heat from the fuel cell.
Das Kühlen eines Brennstoffzellensystems ist insbesondere bei der Integration in ein Flugzeug eine große Herausforderung. Dies ist ganz besonders bei Cooling a fuel cell system is a major challenge, especially when integrated into an aircraft. This is especially true
Niedertemperaturbrennstoffzellen der Fall, bei denen das Temperaturniveau in der Regel deutlich unter 100°C liegt. An warmen Tagen ergibt sich somit ein Low-temperature fuel cells of the case where the temperature level is usually well below 100 ° C. On warm days, this results in a
entsprechend niedriger Temperaturgradient zwischen dem Brennstoffzellensystem und der Umgebungsluft, so dass die Wärmeübertragung an die Umgebung erschwert wird. correspondingly low temperature gradient between the fuel cell system and the ambient air, so that the heat transfer to the environment is difficult.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
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 eine Minimierung des Energiebedarfs herrscht. Especially with the use of fuel cell systems in aircraft and the associated cooling requirements, it could be considered disadvantageous to provide sufficient cooling air quantities or to produce cooling or conveying a high amount of cooling air required electrical power on board the aircraft, especially on board aircraft aspiration To reduce the fuel demand there is a minimization of the energy requirement.
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. The object of the invention could therefore be to propose a cooling system for cooling fuel cell systems, in which both a sufficient cooling of a fuel cell system can be achieved, At the same time, however, the cooling air requirement and the energy requirement for cooling can be minimized.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung könnte darin liegen, ein derartiges Kühlsystem vorzuschlagen, das möglichst eine kompakte Bauweise besitzt und einen Another object of the invention may be to propose such a cooling system, which has a compact design as possible and a
zuverlässigen und möglichst wartungsarmen Betrieb ermöglicht. reliable and low-maintenance operation possible.
Eine weitere Aufgabe könnte darin liegen, ein Brennstoffzellensystem Another task could be a fuel cell system
vorzuschlagen, das eine möglichst kompakte Bauweise aufweist und effizient gekühlt werden kann. to propose, which has a compact design and can be efficiently cooled.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem, ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems und ein Flugzeug mit einem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. The object is achieved by a cooling system, a fuel cell system, a method for cooling a fuel cell system and an aircraft with a fuel cell system having the features of the independent claims.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird mindestens ein Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmeübertrager angegeben, der thermisch sowohl mit dem According to a first aspect of the invention, at least one cooling circuit is provided with a first heat exchanger, which thermally with both the
Brennstoffzellensystem als auch mit einem Kraftstofftank in Verbindung steht, derart, dass der erste Wärmeübertrager Wärme des Brennstoffzellensystems an Kraftstoff im Kraftstofftank abgeben kann. Fuel cell system as well as with a fuel tank is in communication, such that the first heat exchanger can deliver heat of the fuel cell system to fuel in the fuel tank.
Dies hat den technischen Effekt, dass eine verbesserte Kühlung des This has the technical effect of providing improved cooling of the
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 Fuel cell system can be achieved by realized in the form of fuel, such as kerosene, heat sink. This is due to the significantly higher heat capacity of the fuel compared to air and the fact that in larger vehicles, which could have larger fuel cell systems with significant heat dissipation, usually a correspondingly large amount of fuel is kept. The fuel as a heat sink is about the case of aircraft on the ground due to the often lower temperature of the fuel than the Ambient air very beneficial. The temperature difference to the
Brennstoffzellensystem bzw. dem thermisch damit verbundenen Wärmeübertrager kann dementsprechend größer als bei herkömmlichen luftgekühlten Systemen sein, so dass eine bessere Wärmeübertragung möglich ist. Fuel cell system or the thermally associated heat exchanger can be correspondingly larger than in conventional air-cooled systems, so that a better heat transfer is possible.
Aufgrund dieser Vorteile ist eine Verringerung der Größe von mit dem Because of these benefits is a reduction in the size of the
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 Fuel cell connected heat exchangers feasible, which is reflected in significant advantages in terms of the required installation space and weight. At the same time, it can be assumed that the relatively high fuel mass in larger vehicles or aircraft that the temperature of the fuel is not subject to excessive fluctuations, so that it can be assumed that a permanently reliable and sufficient cooling, which performed with a low-maintenance cooling system with low weight can be. It should be noted at this point that the term "first heat exchanger" refers to a device that is able to deliver heat of the fuel cell system to any type of cooling medium. The first heat exchanger could be located directly in the fuel cell system and / or in the fuel cells of the
Brennstoffzellensystems integriert sein, sei es durch eine separate Baueinheit, mit Kühlmedium durchströmte Strömungskanäle in einem Brennstoffzellengehäuse oder dergleichen. 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 Be integrated fuel cell system, be it through a separate unit, flowed through with cooling medium flow channels in a fuel cell housing or the like. The first heat exchanger does not necessarily transfer heat between two streams, such as between hot exhaust gas and the cooling medium, but it is also conceivable that the first heat exchanger in the manner of
Kühlkörpers ausgeführt ist, wobei der Kühlkörper Strömungskanäle zum Durchleiten oder Vorbeileiten des Kühlmediums aufweisen könnte. Letztendlich ist die Heatsink is executed, wherein the heat sink could have flow channels for passing or passing the cooling medium. Ultimately, that is
Erfindung nicht auf die Ausführung des ersten Wärmeübertragers beschränkt, sondern es wird damit lediglich zum Ausdruck gebracht, dass eine Einrichtung vorhanden ist, 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 Kontaktfiäche 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 Invention is not limited to the execution of the first heat exchanger, but it is merely expressed that a device is available to be able to dissipate heat generated in a fuel cell system by means of a cooling medium (hereinafter also "fluid"). According to an advantageous development of the cooling system according to the invention, the first heat exchanger is connected via a contact surface with at least one heat-emitting contact surface of the fuel cell system and has flow channels for a first fluid which dissipates the heat absorbed by the first heat exchanger of the fuel cell system. The first fluid can be realized by the fuel itself, which is passed from the fuel tank via a corresponding feed line through the flow channels of the first heat exchanger to absorb heat there. In a further advantageous embodiment of the invention
Kühlsystems wird als erstes Fluid ein alternativer Stoff verwendet, etwa Wasser, Öl, Ethanol oder dergleichen. Dieses erste Fluid strömt durch Strömungskanäle oder dergleichen des ersten Wärmeübertragers sowie durch eine  Cooling system is used as the first fluid, an alternative material, such as water, oil, ethanol or the like. This first fluid flows through flow channels or the like of the first heat exchanger and through a
Wärmeabgabevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, über einen zweiten Heat output device, which is adapted to a second
Kühlkreislauf Wärme an den Kraftstoff im Kraftstofftank abzugeben. Diese Cooling circuit to deliver heat to the fuel in the fuel tank. These
Vorgehensweise hilft zu vermeiden, längere und mit Kraftstoff durchfiossene Zuleitungen als Gefahrenquelle in das Flugzeug zu installieren, ausschließlich um das Brennstoffzellensystem zu kühlen. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist dieProcedure helps to avoid installing longer and fuel-filled feeders into the aircraft as a source of danger, solely to cool the fuel cell system. In an advantageous embodiment of the cooling system according to the invention is the
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 Heat dissipation device designed as a second heat exchanger, which is arranged outside of the fuel tank. Heat is delivered to the fuel, wherein the second heat exchanger separate flow channels for
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, dass 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 Having flow through both the first and a second fluid. The second fluid is realized in the form of fuel from the fuel tank, which is removed via corresponding fuel lines from the fuel tank and returned after receiving heat. As a result, only a fuel outlet and a fuel inlet to the fuel tank must be realized, which can communicate with an externally arranged second heat exchanger. The fuel inlet describes an opening and / or a valve, that allows fuel flow into the fuel tank. The fuel outlet, however, describes an opening and / or a valve and / or a different, suitable device, the controlled fuel flow from the
Kraftstofftank heraus zulässt. Out of fuel tank.
Es ist weiterhin vorteilhaft, den zweiten Wärmeübertrager in einem Kraftstofftank nahen Bereich anzuordnen, so dass die größte Distanz zwischen dem It is also advantageous to arrange the second heat exchanger in a fuel tank near area, so that the greatest distance between the
Brennstoffzellensystem und dem Kraftstofftank, nämlich zwischen dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager, mit einem deutlich ungefährlicheren Kühlmedium überbrückt werden kann. Fuel cell system and the fuel tank, namely between the first heat exchanger and the second heat exchanger, can be bridged with a much less dangerous cooling medium.
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 Preferably, the fuel inlet and the fuel outlet are arranged at distinctly spaced locations of the fuel tank so that excessive heating of that portion does not occur due to continuous removal of a small portion of the fuel. By way of example, the fuel inlet and fuel outlet are 50 cm or more apart so that good mixing with the remainder of the fuel can occur between the fuel inlet and fuel outlet. Further, it is preferable that the fuel inlet is adapted to be in the
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. Alternativ dazu kann der zweite Wärmeübertrager auch direkt in einem  Fuel tank return flowing fuel in a direction leading away from the fuel outlet. This can also be avoided, to reheat an already heated part of the fuel. Alternatively, the second heat exchanger also directly in a
Kraftstofftank platziert werden, so dass die zusätzlichen Leitungen von und zu dem zweiten Wärmeübertrager obsolet sind.  Fuel tank are placed so that the additional lines to and from the second heat exchanger are obsolete.
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, umströmt oder umgeben werden können, so dass auch eine verbesserte Wärmeabgabe an Kraftstoff erreicht werden kann, da eine größere Kraftstoffmenge zur Aufnahme von Wärme zur Verfügung steht. In a further advantageous embodiment of the cooling system according to the invention, the cooling system is connected to two or more fuel tanks. This means, that the first heat exchanger or the second heat exchanger with fuel from more than just a fuel tank flows through, can be flowed around or surrounded, so that an improved heat dissipation of fuel can be achieved because a larger amount of fuel to absorb heat is available.
Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Kühlsystem in einer günstigen Similarly, the cooling system according to the invention in a favorable
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. Ein zweiter Wärmeübertrager könnte daher mit Kraftstoff aus unterschiedlichen Kraftstofftanks beaufschlagt werden, während auch mehrere zweite Wärmetauscher in unterschiedlichen Kraftstofftanks untergebracht sein könnten und diese über die Ventilanordnung mit dem ersten Wärmeübertrager bedarfsweise verbunden werden können. Gleichermaßen wird die Aufgabe ferner durch die Verwendung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zum Aufnehmen von Wärme zum Kühlen eines Embodiment a valve assembly having a plurality of valves and a valve connected to the control unit, which is adapted to connect the cooling system according to the invention optionally successively, simultaneously or alternately with one or more fuel tanks. Thus, by detecting the temperatures of the fuel by means of one or more temperature sensors connected to the control unit in the individual fuel tanks, it could be ensured that the cooling system according to the invention regularly heats the fuel tank in the vehicle which has the fuel with the lowest temperature. The control unit could for this reason have a corresponding programming. This could be particularly advantageous in larger fuel cell systems, as an excessive heat emission to individual fuel quantities can be practically excluded and can be done by an alternating, alternating or successive admission of fuel from multiple fuel tanks improved heat dissipation of the heated fuel from a fuel tank to the environment when a change to another fuel tank has occurred. A second heat exchanger could therefore be acted upon with fuel from different fuel tanks, while a plurality of second heat exchangers could be accommodated in different fuel tanks and these can be connected via the valve assembly with the first heat exchanger, if necessary. Similarly, the object is further by the use of fuel from a fuel tank for receiving heat for cooling a
Brennstoffzellensystems gemäß einem noch weiteren unabhängigen Anspruch gelöst. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, welches im herkömmlichen Betrieb Wärme erzeugt, die über ein Kühlsystem mit einer beliebigen Anzahl der vorangehend genannten Merkmale abgegeben werden kann. Eine Besonderheit einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems kann darin angesehen werden, dass neben Fluid basierter Kühlung auch das Fuel cell system according to yet another independent claim. According to a further aspect of the invention, a fuel cell system is proposed which, in conventional operation, generates heat that can be delivered via a refrigeration system having any number of the foregoing features. A peculiarity of an embodiment of the fuel cell system can be considered that in addition to fluid-based cooling and the
Brennstoffzellensystem in einem kraftstoffdichten Gehäuse untergebracht sein könnte, das direkt innerhalb eines Kraftstofftanks des Fahrzeugs integriert sein könnte, so dass über eine direkte Berührung mit dem Kraftstoff Wärme an diesen abgegeben werden kann. Fuel cell system could be housed in a fuel-tight housing, which could be integrated directly within a fuel tank of the vehicle, so that heat can be delivered to a direct contact with the fuel.
In einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen Brennstoffzellensystems ist eine Wärmeabgabevorrichtung an dem Gehäuse angeordnet, die etwa mittels In a preferred embodiment of such a fuel cell system, a heat dissipation device is arranged on the housing, which is approximately by means of
Wärmeabgabeflächen realisiert ist, welche eine profilierte Oberfläche aufweisen könnten, die eine besonders gute Wärmeabgabe an ein umgebendes Fluid erlauben. Es ist nicht erforderlich, separate Wärmeabgabevorrichtungen an dem Gehäuse anzubringen, auch das Gehäuse kann derart gestaltet sein, dass eine verbesserte Wärmeabgabe möglich ist. Im einfachsten Falle könnte eine derartige Heat transfer surfaces is realized, which could have a profiled surface, which allow a particularly good heat transfer to a surrounding fluid. It is not necessary to attach separate heat-dissipating devices to the housing, and the housing may also be designed so that improved heat dissipation is possible. In the simplest case, such a
Wärmeabgabefläche in Form von Kühlrippen realisiert sein, die außen an dem Gehäuse angebracht sind. Die Erfindung ist dennoch weder auf die Verwendung von Kühlrippen oder profilierten Oberflächen allgemein beschränkt, sondern die Heat discharge surface can be realized in the form of cooling fins, which are externally attached to the housing. However, the invention is not limited to the use of cooling fins or profiled surfaces in general, but the
Wärmeabgabevorrichtung könnte auch in Form einer elektrischen oder Heat output device could also be in the form of an electric or
pneumatischen Vorrichtung realisiert sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines solchen Brennstoffzellensystems ist die Wärmeabgabevorrichtung über mindestens eine Kontaktfläche mit der Wärme abgebenden Kontaktfläche mindestens einer Brennstoffzelle verbunden und weist Wärmeübertragungsflächen, etwa Kühlrippen oder dergleichen, auf, die mit dem Kraftstoff in dem Kraftstofftank in Berührung stehen. be realized pneumatic device. According to an advantageous development of such a fuel cell system, the heat dissipation device is connected via at least one contact surface with the heat-emitting contact surface of at least one fuel cell and has heat transfer surfaces, such as cooling fins or the like, which are in contact with the fuel in the fuel tank.
In einer vorteilhaften Weiterbildung eines solchen Brennstoffzellensystems ist eine Haltevorrichtung vorgesehen, die an dem Brennstoffzellensystem angeordnet ist, wodurch das Brennstoffzellensystem dazu eingerichtet ist, von Wandungen des Kraftstofftanks beabstandet angeordnet zu werden. Dadurch kann ein Wärmestau in wandnahen Bereichen oder dergleichen vermieden werden und das In an advantageous development of such a fuel cell system, a holding device is provided, which is arranged on the fuel cell system, whereby the fuel cell system is adapted to be spaced from walls of the fuel tank. Thereby, a heat accumulation in near-wall areas or the like can be avoided and the
Brennstoffzellensystem wird von allen Seiten mit Kraftstoff umspült. Dies führt weiterhin auch dazu, dass die Wärmeabgabevorrichtung über sämtliche Fuel cell system is lapped by fuel from all sides. This also leads to the fact that the heat dissipation device over all
Außenflächen des Brennstoffzellensystems verteilt sein könnte, das Gehäuse des Brennstoffzellensystems demnach die Wärmeabgabevorrichtung bilden könnte. Outside surfaces of the fuel cell system could be distributed, the housing of the fuel cell system could therefore form the heat-emitting device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines solchen Brennstoffzellensystems ist weiterhin mindestens eine Versorgungsleitung an dem Brennstoffzellensystem angeordnet, die dazu eingerichtet ist, ausgehend von dem Brennstoffzellensystem aus dem Kraftstofftank herausgeführt zu werden. Der Begriff der mindestens einen Versorgungsleitung kann nicht nur als eine einzelne Leitung verstanden werden, sondern vielmehr auch als ein Strang von einzelnen Rohren, Schläuchen oder dergleichen, die in vorteilhafter Weise auch von einem gemeinsamen Kanal oder einer Umhüllung umgeben sein könnten. Die mindestens eine Versorgungsleitung ist zum Zuführen von Betriebsstoffen und Steuersignalen und zum Abführen von Reaktionsprodukten und Sensorsignalen oder dergleichen zum Betrieb der According to an advantageous development of such a fuel cell system, at least one supply line is furthermore arranged on the fuel cell system, which is set up to be led out of the fuel tank starting from the fuel cell system. The concept of the at least one supply line can be understood not only as a single line, but rather as a string of individual tubes, hoses or the like, which could be advantageously surrounded by a common channel or a sheathing. The at least one supply line is for supplying operating materials and control signals and for discharging reaction products and sensor signals or the like for operating the
Brennstoffzelle erforderlich und erlaubt eine Abgabe der elektrischen Leistung an entsprechende Verbraucher im Flugzeug. Eine vorteilhafte Weiterbildung eines solchen Brennstoffzellensystems weist einen Reformer auf, der dazu eingerichtet ist, direkt mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank versorgt zu werden. Dadurch könnten Leitungen zur Brennstoffzufuhr zu dem Kraftstofftank entfallen, es ist lediglich eine Eintrittsöffnung, ein Rückschlagventil und andere Sicherheitseinrichtungen erforderlich, so dass deutlich an Gewicht gespart werden kann. Reaktionsprodukte und Elektrizität geraten über entsprechende Versorgungsleitungen nach außen, das Brennstoffzellensystem könnte durch Signale von außen angesteuert werden. Gleichermaßen ist besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Fuel cell required and allows a delivery of electrical power to appropriate consumers in the aircraft. An advantageous development of such a fuel cell system has a reformer which is set up to be supplied directly with fuel from the fuel tank. This could be omitted lines for supplying fuel to the fuel tank, it is only an inlet, a check valve and other safety devices required, so that can be saved significantly in weight. Reaction products and electricity are routed to the outside via appropriate supply lines, the fuel cell system could be controlled by external signals. Equally, the invention is particularly advantageous
Brennstoffzellensystem mit einer Notabschaltevorrichtung zu versehen, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Brennstoffzellensystems zu unterbinden, sobald ein vorgegebener mindestens einzuhaltender Kraftstoffpegel im Kraftstofftank erreicht oder unterschritten wird. Dadurch kann eine Überhitzung des  To provide fuel cell system with an emergency shutdown device, which is adapted to prevent the operation of the fuel cell system, as soon as a predetermined at least to be maintained fuel level in the fuel tank is reached or exceeded. This can cause overheating of the
Brennstoffzellensystems vermieden werden. Fuel cell system can be avoided.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Other features, advantages and applications of the present invention will become apparent from the following description of the
Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den  Embodiments and the figures. All described and / or illustrated features alone and in any combination form the
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. The invention also independent of their composition in the individual claims or their relations. In the figures, the same reference numerals for identical or similar objects.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Fig. 1 shows a schematic view of the cooling system according to the invention.
Fig. 2a und 2b zeigen zwei ähnliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Fig. 2a and 2b show two similar embodiments of the cooling system according to the invention. Fig. 3 shows a further embodiment of the cooling system according to the invention.
Fig. 4a und 4b zeigen ähnliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit mehreren Kraftstofftanks. FIGS. 4a and 4b show similar embodiments of the cooling system according to the invention with a plurality of fuel tanks.
Fig. 5 a bis 5 d zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle in einem Kraftstofftank integriert. Fig. 6a und 6b zeigen erfindungsgemäße Verfahren in einer schematischen 5 a to 5 d show various embodiments of a fuel cell according to the invention integrated in a fuel tank. 6a and 6b show inventive method in a schematic
B lockdarstellung . B lock presentation.
Fig. 7 zeigt ein Flugzeug mit mindestens einem Kraftstofftank und mindestens einem erfindungsgemäßen Kühlsystem. FIG. 7 shows an aircraft with at least one fuel tank and at least one cooling system according to the invention.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
In Fig. 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 1 shows schematically a fuel cell system 2, a cooling system 4 according to the invention and a fuel tank 6, wherein the cooling system is thermally in communication both with the fuel cell system 2 and with the fuel tank 6. The fuel cell system 2 need not necessarily accommodate only a single fuel cell, but rather a plurality of
Brennstoffzellen („Brennstoffzellenstacks") denkbar. Weiterhin muss der Fuel cells ("fuel cell stacks") conceivable
Kraftstofftank 6 nicht ausschließlich ein einzelner Kraftstofftank 6 sein, es sind vielmehr auch mehrere Kraftstofftanks denkbar. Fuel tank 6 not exclusively be a single fuel tank 6, but there are also several fuel tanks conceivable.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem 4 ist dazu eingerichtet, Wärme aus dem The cooling system 4 according to the invention is adapted to heat from the
Brennstoffzellensystem 2 aufzunehmen und an dem 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 Fig. 2a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 10 dargestellt, bei dem ein erster Wärmeübertrager 12 an dem To receive fuel cell system 2 and pass on the fuel 8 in the fuel tank 6. The thermal connection between the cooling system 4 and the Fuel cell system 2 can be implemented in several different ways, including both direct heat transfer through housing interfaces or through a refrigeration cycle. In Fig. 2a, a first embodiment of a cooling system 10 according to the invention is shown, in which a first heat exchanger 12 to the
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. Fuel cell system 2 is arranged to receive there the resulting heat. The first heat exchanger 12 can be located both inside the fuel cell system 1 and outside the fuel cell system 2, wherein the first heat exchanger can also be embodied in the form of flow channels in parts of a housing of the fuel cell system 2.
Der erste Wärmeübertrager 12 wird von einem ersten Kühlmedium durchflössen, 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 würde sich etwa Ethanol anbieten, allerdings wären auch Wasser mit einem entsprechenden Frostschutz, Öl oder dergleichen denkbar. The first heat exchanger 12 is flowed through by a first cooling medium, which is transported by means of a conveyor 14 in a first cooling circuit 16. The cooling medium can be of any kind in this case, when used in an aircraft would offer about ethanol, but would also water with a corresponding antifreeze, oil or the like are conceivable.
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 Kühlmedium in 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 The first cooling circuit 16 is further connected to a second heat exchanger 18, which is adapted to transfer the heat into a second cooling circuit 20. This second cooling circuit 20 may be in communication with the fuel tank 6 so that fuel can be used as the cooling medium in the second cooling circuit 20. This fuel dissipates the heat from the second heat exchanger 18 and directs it into the fuel mass in
Kraftstofftank 6 ein. Eine zweite Fördereinrichtung 22 fördert den Kraftstoff im zweiten Kühlkreislauf. Fuel tank 6 a. A second conveyor 22 conveys the fuel in the second cooling circuit.
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. In Fig. 2b wird eine Abwandlung des in Fig. 2a gezeigten Systems dargestellt, bei der der zweite Wärmetauscher 18 direkt innerhalb des Kraftstofftanks 6 angeordnet ist und demnach kein separater Kühlkreislauf 20 benötigt wird. By the embodiment with two separate cooling circuits 16 and 20 can be achieved that the fuel-carrying lines can be limited in length, while the largest distance from the fuel cell system 2 to the Fuel tank 6 can be covered by a safer coolant. The second heat exchanger 18 may be particularly advantageous for this in the vicinity of the fuel tank 6. In Fig. 2b, a modification of the system shown in Fig. 2a is shown, in which the second heat exchanger 18 is disposed directly within the fuel tank 6 and therefore no separate cooling circuit 20 is required.
Eine weitere Abwandlung wird in Fig. 3 gezeigt, bei der lediglich ein erster A further modification is shown in Fig. 3, in which only a first
Kühlkreislauf 24 vorliegt, der mit dem ersten Wärmeübertrager 12, einer Cooling circuit 24 is present, with the first heat exchanger 12, a
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  Conveyor 14 and a fuel outlet 26 and a fuel inlet 28 of the fuel tank 6 is connected. This relatively simple variant uses only subsidized fuel from the fuel tank 6 to directly the first
Wärmeübertrager 12 zu durchströmen und hierdurch Wärme des Heat exchanger 12 to flow through and thereby heat the
Brennstoffzellensystems 2 aufzunehmen. Diese Variante bietet sich besonders dann an, wenn die Distanz zwischen dem Brennstoffzellensystem 2 und dem Fuel cell system 2 record. This variant is particularly useful when the distance between the fuel cell system 2 and the
Kraftstofftank 6 nicht besonders groß ist, so dass keine besonders großen Distanzen mit Kraftstoff führenden Leitungen überbrückt werden müssen. Fig. 4a 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. Fuel tank 6 is not particularly large, so that no particularly large distances with fuel lines must be bridged. FIG. 4 a demonstrates that a control unit 30 may be connected to an assembly of multiple valves 32 that regulate the inflow and outflow of fuel from multiple fuel tanks 6. For the sake of simplicity, only the first heat exchanger 12 and the fuel cell 2 are shown, since the arrangement of control unit 30 and valves 32 is applicable to all embodiments of the present invention. The control unit 30 is preferably configured to couple the fuel tanks one after the other (successively), alternately or in groups to the first or the second cooling circuit. Particularly advantageous is the thermal connection of the fuel quantity with the fuel cell system, which has the lowest temperature. For this purpose, a plurality of temperature sensors 33 could be arranged in the individual fuel tanks 6, with the control unit to connect. Each uncoupled fuel tank 6 can deliver absorbed heat through the outer surfaces of the fuel tank 6 to the environment. On the other hand, the optional decoupling of fuel tanks 6 is also useful if one or more fuel tanks are completely emptied of a group of several fuel tanks 6 and thus practical heat sink no longer available.
Alternativ dazu kann eine leichte Abwandlung in Fig. 4b die gleiche Methodik wie das Ausführungsbeispiel aus Fig. 4a realisieren, jedoch sind hier zweite Alternatively, a slight variation in Figure 4b may implement the same methodology as the embodiment of Figure 4a, but here are second
Wärmeübertrager 18 in den einzelnen Kraftstofftanks 6 untergebracht, die über Ventile 32 mit dem ersten Wärmeübertrager 12 verbunden werden. Heat exchanger 18 housed in the individual fuel tanks 6, which are connected via valves 32 to the first heat exchanger 12.
In den Fig. 5a bis 5d wird jeweils ein Kraftstofftank 112 dargestellt, der mit In FIGS. 5a to 5d, a fuel tank 112 is shown in each case with the
Kraftstoff 114 bis zu einem Pegel 116 gefüllt ist, wobei der Kraftstoff 114 jeweils ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 und 122 völlig umschließt. Fuel 114 is filled to a level 116, wherein the fuel 114 each completely encloses a fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention.
Die dargestellten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensysteme 118, 120, 121 und 122 unterscheiden sich jeweils durch Vorliegen und Größe bzw. Art einer The illustrated fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 according to the invention differ in each case by the presence and size or type of one
Wärmeabgabevorrichtung, ihrer Position im Kraftstofftank und ihre Größe. Während in Fig. 5a und Fig. 5d das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 118 bzw. 122 ein Gehäuse 124 aufweist, das exemplarisch an sämtlichen Wandungen eine vollflächige Wärmeabgabevorrichtung 126 beherbergt, ist in Fig. 5b ein Gehäuse 124 zu sehen, das nur teilweise mit Wärmeabgabevorrichtungen 126 bestückt ist, wohingegen in Fig. 5c keinerlei speziellen Wärmeabgabevorrichtungen 126 an dem Gehäuse 124 angeordnet sind. Heat output device, their position in the fuel tank and their size. While in FIGS. 5 a and 5 d the fuel cell system 118 or 122 according to the invention has a housing 124 which accommodates a full-surface heat dissipation device 126 on all walls as an example, FIG. 5 b shows a housing 124 which is only partially equipped with heat dissipation devices 126 whereas in Fig. 5c, no special heat dissipation devices 126 are disposed on the housing 124.
Die Wärmeabgabevorrichtungen 126, die über einen bloßen Gehäusecharakter hinausgehen, könnten etwa eine geeignete Profilierung aufweisen, die die äußere Oberfläche des Wärmeabgabevorrichtung gegenüber dem Gehäuse 124 deutlich vergrößert, so dass eine verbesserte Wärmeabgabe erfolgen kann. Die Größe und Position dieser Wärmeabgabevorrichtungen 126 sind von der zu erwartenden Wärmelast und dem tolerierten Mindestkraftstoffpegel abhängig, so dass sich die Erfindung nicht darauf beschränkt, lediglich vollflächige The heat sinks 126, which go beyond a mere housing character, could for example have a suitable profiling, which increases the outer surface of the heat dissipation device relative to the housing 124 significantly, so that an improved heat dissipation can take place. The size and Position of these heat sinks 126 are dependent on the expected heat load and the minimum fuel level tolerated, so that the invention is not limited to only full-surface
Wärmeabgabevorrichtungen 126 bzw. Wärmeabgabeflächen vorzusehen. Provide heat dissipation 126 and heat dissipation surfaces.
An den erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystemen 118, 120 und 121 ist jeweils eine Haltevorrichtung 128 angeordnet, die eine Beabstandung des At the fuel cell systems 118, 120 and 121 according to the invention, in each case a holding device 128 is arranged, which has a spacing of the
erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 118, 120 und 121 von der Unterseite 130 und sämtlichen anderen Wandungen des Kraftstofftanks 112 erlaubt, so dass das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 118, 120 und 121 von allen Seiten mit Kraftstoff 114 umspült werden kann. Fuel cell system according to the invention 118, 120 and 121 from the bottom 130 and all other walls of the fuel tank 112 is allowed, so that the fuel cell system 118, 120 and 121 according to the invention can be washed around from all sides with fuel 114.
Das Brennstoffzellensystem 122 gemäß Fig. 5d ist direkt an der Unterseite 130 des Kraftstofftanks angeordnet und weist an diesem Ort dementsprechend keine The fuel cell system 122 according to FIG. 5d is arranged directly on the underside 130 of the fuel tank and accordingly has no location at this location
Wärmeabgabevorrichtung 126 auf oder kühlrippenartige Wärmeabgabeflächen, die ein Durchströmen von Kraftstoff auch bei Montage nahe der Unterseite 130 erlauben. Heat output device 126 on or cooling rib-like heat delivery surfaces that allow a flow of fuel even when mounted near the bottom 130.
In den Wärmeabgabevorrichtungen 126 sind eine oder mehrere In the heat-dissipating devices 126 are one or more
Wärmeübertragungsflächen realisiert, an denen Kraftstoff 114 Wärme aufnehmen kann. Durch eine hierdurch ausgeübte Konvektion und eine hieraus entstehende Konvektionsströmung innerhalb des Kraftstofftanks 112 wird eine Realizes heat transfer surfaces where fuel 114 can absorb heat. By thus exerted convection and a resulting convection flow within the fuel tank 112 is a
Rotationsbewegung oder eine Querströmung in dem Kraftstofftank 112 Rotary movement or a cross flow in the fuel tank 112
hervorgerufen, durch die erwärmter Kraftstoff 114 von dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 oder 122 wegströmt und kühlerer Kraftstoff 114 an die Wärmeübertragungsflächen der Wärmeabgabevorrichtung 124 nachströmt. caused by the heated fuel 114 flows away from the fuel cell system 118, 120, 121 or 122 according to the invention and cooler fuel 114 flows to the heat transfer surfaces of the heat dissipation device 124.
Das Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 oder 122 gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Notabschaltevorrichtung 132 beinhalten, die dazu befähigt ist, den Betrieb des Brennstoffzellensystems 118, 120, 121 oder 122 gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterbinden, sobald eine nicht ausreichende Kühlung droht. Dies könnte der Fall sein, wenn der Pegel 116 des Kraftstoffs 114 unterhalb eines vorgegebenen Mindestwerts sinkt, der von der konkreten Ausgestaltung des jeweiligen Brennstoffzellensystems 118, 120, 121 oder 122 bzw. den daran angeordneten Wärmeabgabevorrichtungen 126 abhängt. The fuel cell system 118, 120, 121, or 122 according to the present invention may include an emergency shutdown device 132 that is capable of to prevent the operation of the fuel cell system 118, 120, 121 or 122 according to the present invention, as soon as insufficient cooling threatens. This could be the case if the level 116 of the fuel 114 drops below a predetermined minimum value, which depends on the specific configuration of the respective fuel cell system 118, 120, 121 or 122 or the heat dissipation devices 126 arranged thereon.
Alternativ dazu könnte eine Abschaltung exemplarisch auch dann durchgeführt werden, wenn bei einer Überwachung der Temperatur der Wärmeabgabevorrichtung 126 und/oder des Gehäuses 124 mittels eines Temperatursensors 131 eine Alternatively, a shutdown could be carried out by way of example also when monitoring the temperature of the heat dissipation device 126 and / or the housing 124 by means of a temperature sensor 131 a
Überschreitung einer bestimmten Höchsttemperatur der Wärmeabgabevorrichtung 126 festgestellt wird. Dadurch kann eine Überhitzung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 118, 120, 121 oder 122 und eine daraus folgende  Exceeding a certain maximum temperature of the heat dissipation device 126 is detected. As a result, overheating of the fuel cell system 118, 120, 121 or 122 according to the invention and a consequent result
Beeinträchtigung des Kraftstofftanks 112 oder Entzündung des Kraftstoffs 114 verhindert werden kann. Impairment of the fuel tank 112 or ignition of the fuel 114 can be prevented.
Alternativ dazu kann die Notabschaltevorrichtung 132 an einem Ort außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet werden, so dass das erfindungsgemäße Alternatively, the emergency shutdown device 132 may be located at a location outside of the fuel tank, such that the present invention
Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 oder 122 von extern abgeschaltet werden kann. Dies könnte etwa in einem bereits vorhandenen Flugzeug- oder Fuel cell system 118, 120, 121 or 122 can be switched off externally. This could be about in an existing aircraft or
Fahrzeugsystem realisiert werden, das dazu eingerichtet ist, den Treibstoffpegel 116 aller einzelnen Kraftstofftanks 112 mittels eines Pegelsensors 133 zu überwachen.  Vehicle system, which is adapted to monitor the fuel level 116 of each individual fuel tank 112 by means of a level sensor 133.
Die erfindungsgemäßen Brennstoffzellensysteme 118, 120, 121 und 122 weisen exemplarisch einen Reformer 134 auf, der direkt Kraftstoff 114 aus dem The fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 according to the invention have, by way of example, a reformer 134 which directly supplies fuel 114 from the
Kraftstofftank 112 entnehmen kann. Hierfür könnte das erfindungsgemäße Can remove fuel tank 112. For this purpose, the inventive
Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 bzw. 122 eine entsprechende Öffnung 136 aufweisen, die mit einem Rückschlagventil und/oder anderen Fuel cell system 118, 120, 121 and 122 have a corresponding opening 136 which with a check valve and / or other
Sicherheitsvorkehrungen ausgerüstet ist. Gleichermaßen weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 bzw. 122 exemplarisch mindestens eine Versorgungsleitung 138 auf, die zum Abführen von Reformatgas, von Abgas und Elektrizität aus dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 bzw. 122 eingerichtet ist. Gleichermaßen kann über diese Versorgungsleitung 138 auch ein Abschalten oder ein Aktivieren des Betriebs des erfindungsgemäßen Safety precautions is equipped. Likewise, the fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention exemplarily has at least one Supply line 138, which is arranged for the discharge of reformate gas, exhaust gas and electricity from the fuel cell system 118, 120, 121 and 122 according to the invention. Similarly, via this supply line 138, a switching off or activating the operation of the invention
Brennstoffzellensystems 118, 120, 121 bzw. 122 erreicht werden und Brennstoff zugeführt werden, falls eine direkte Entnahme aus dem Kraftstofftank 112 nicht vorgesehen ist oder ein alternativer Brennstoff verwendet werden soll. Fuel cell systems 118, 120, 121 and 122 are reached and fuel supplied, if a direct withdrawal from the fuel tank 112 is not provided or an alternative fuel is to be used.
In Fig. 6a wird ein erfindungsgemäßes 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 In Fig. 6a, a method according to the invention is shown schematically. In addition to the conveying 34 of a first cooling medium through a first heat exchanger 12 for receiving heat from the fuel cell system 2 is
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 This can be realized by a second cooling circuit in which the first fluid is required by flow channels of a second heat exchanger 18 38 is passed through for discharging heat, wherein simultaneously fuel through
Strömungskanäle des zweiten Wärmeübertragers 18 zum Aufnehmen von Wärme gefördert 40 wird. Wie in Fig. 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.  Flow channels of the second heat exchanger 18 is supported for receiving heat 40. As has been clarified in FIG. 4, the method optionally also includes the thermal connection 42 with one or more fuel tanks by means of a control unit optionally simultaneously, alternately or successively.
In Fig. 6b wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Neben dem Abgeben 140 von Wärme aus mindestens einer Brennstoffzelle 4 an mindestens eine Wärmeabgabevorrichtung 126 und dem Abgeben 142 von Wärme an mit dem Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 und 122 in Berührung stehendem Kraftstoff 114 wird optional auch die Temperatur derIn Fig. 6b, a further embodiment of the method according to the invention is shown schematically. In addition to discharging heat 140 from at least one fuel cell 4 to at least one heat dissipation device 126 and discharging 142 heat to fuel 114 in contact with the fuel cell system 118, 120, 121 and 122, the temperature of the fuel is also optionally
Wärmeabgabevorrichtung 126 und/oder des Gehäuses 124 erfasst 144, die erfasste Temperatur mit einer vorgegebenen Höchsttemperatur verglichen 146 und bei Überschreiten der Höchsttemperatur das Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 und 122 abgeschaltet 148. Alternativ oder zusätzlich dazu könnte auch der Heat dissipation device 126 and / or the housing 124 detected 144, the detected temperature compared to a predetermined maximum temperature 146 and 148 is exceeded when the maximum temperature, the fuel cell system 118, 120, 121 and 122 turned off. Alternatively or additionally, could also
Kraftstoffpegel 116 in dem Kraftstofftank 112 erfasst 150 und mit einem vorgegebenen Mindestkraftstoffpegel verglichen 152 werden, wobei das Fuel level 116 in the fuel tank 112 detects 150 and with a predetermined minimum fuel levels are compared 152, the
Brennstoffzellensystem 118, 120, 121 und 122 bei Unterschreiten des Fuel cell system 118, 120, 121 and 122 falls below the
Mindestkraftstoffpegels abgeschaltet 154 werden kann. Schließlich zeigt Fig. 7 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. Minimum fuel level can be turned off 154. Finally, FIG. 7 shows an aircraft 44 which is equipped with a plurality of fuel tanks 6 identified by way of example and not to scale, has at least one fuel cell system 2 and at least one cooling system according to the invention for removing the heat from the fuel cell system into one or more fuel tanks 6 a plurality of fuel tanks 6, a control unit and a valve arrangement with a plurality of valves is additionally conceivable, which provides a simultaneous, alternating or alternating use of one or more fuel tanks 6. As a result, heat can be given off, for example, alternately into different fuel tanks 6; by changing to another fuel tank 6, the fuel tank 6 already subjected to heat can cool into the environment, while another fuel tank 6 is at least temporarily exposed to heat.
Zusätzlich oder alternativ könnte das Flugzeug mehrere Brennstoffzellensysteme 158 aufweisen, die in den Kraftstofftanks 6 angeordnet sind und dort Wärme über ihre Wärmeabgabevorrichtungen wie ein Gehäuse oder Wärmeabgabevorrichtungen mit speziell geformten Wärmeabgabeflächen an den Kraftstoff 114 abgeben. Die Bauart der Brennstoffzellensysteme 158 ist beliebig, als Beispiele könnten die Fig. 5a bis 5d Anregung geben. 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 Additionally or alternatively, the aircraft could include a plurality of fuel cell systems 158 disposed in the fuel tanks 6 and delivering heat to the fuel 114 via their heat dissipation devices, such as a housing or heat dissipation devices having specially shaped heat release surfaces. The design of the fuel cell systems 158 is arbitrary, as examples could give Fig. 5a to 5d excite. In addition, it should be noted that "having" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a multitude. "It should also be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also in combination with other features or steps of other embodiments described above can be used. Reference numerals in the claims are not as
Einschränkung anzusehen. To look at limitation.
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 In addition, it should be understood that "having" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. "Further, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also may be used in combination with other features or steps of other embodiments described above
Einschränkung anzusehen. To look at limitation.
BEZUGSZEICHEN REFERENCE NUMBERS
2 Brennstoffzellensystem 2 fuel cell system
4 Kühlsystem  4 cooling system
6 Kraftstofftank  6 fuel tank
8 Kraftstoff  8 fuel
10 erfindungsgemäßes Kühlsystem  10 inventive cooling system
12 erster Wärmeübertrager  12 first heat exchanger
14 Fördereinrichtung  14 conveyor
16 erster Kühlkreislauf  16 first cooling circuit
18 zweiter Wärmeübertrager  18 second heat exchanger
20 zweiter Kühlkreislauf  20 second cooling circuit
22 Fördereinrichtung  22 conveyor
24 erster Kühlkreislauf  24 first cooling circuit
26 Kraftstoffauslass  26 fuel outlet
28 Kraftstoffeinlass  28 fuel inlet
30 Regeleinheit  30 control unit
32 Ventil  32 valve
33 Temperatursensor  33 temperature sensor
34 Fördern des ersten Fluids  34 conveying the first fluid
36 Abgeben von Wärme  36 releasing heat
38 Fördern des ersten Fluids  38 conveying the first fluid
40 Fördern von Kraftstoff  40 conveying fuel
42 Thermisches Verbinden mit einem oder mehreren Kraftstofftanks 42 Thermal connection to one or more fuel tanks
44 Flugzeug 44 aircraft
112 Kraftstofftank  112 fuel tank
114 Kraftstoff  114 fuel
116 Pegel  116 levels
118 Brennstoffzellensystem  118 fuel cell system
120 Brennstoffzellensystem 121 Brennstoffzellensystem120 fuel cell system 121 fuel cell system
122 Brennstoffzellensystem 124 Gehäuse 122 fuel cell system 124 housing
126 Wärmeabgabevorrichtung 128 Haltevorrichtung 126 heat dissipation device 128 holding device
130 Unterseite 130 bottom
131 Temperatursensor 131 temperature sensor
132 Notabschaltevorrichtung132 emergency shutdown device
133 Pegelsensor 133 level sensor
134 Reformer 134 reformers
136 Öffnung  136 opening
138 Versorgungsleitung 138 supply line
140 Abgeben von Wärme140 releasing heat
142 Abgeben von Wärme 144 Erfassen Temperatur142 Releasing heat 144 Detecting temperature
146 Vergleichen Temperatur146 Compare temperature
148 Abschalten 148 Shut down
150 Erfassen Pegel  150 detect level
152 Vergleichen Pegel 154 Abschalten  152 Compare Level 154 Shutdown
156 Flugzeug  156 plane
158 Brennstoffzellensystem  158 fuel cell system

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Kühlsystem zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems (2, 118, 120, 121, 122, 158) in einem Fahrzeug, aufweisend mindestens einen ersten Wärmeübertrager (12), wobei der erste Wärmeübertrager (12) eine thermische Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158) und Kraftstoff aus mindestens einem Kraftstofftank (6) des Fahrzeugs bildet. A cooling system for cooling a fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) in a vehicle, comprising at least a first heat exchanger (12), wherein the first heat exchanger (12) has a thermal connection between the fuel cell system (2, 118 , 120, 121, 122, 158) and fuel from at least one fuel tank (6) of the vehicle forms.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmeübertrager (12) über eine Kontaktfläche mit einer Wärme abgebenden Kontaktfläche des 2. Cooling system according to claim 1, wherein the first heat exchanger (12) via a contact surface with a heat-emitting contact surface of the
Brennstoffzellensystems (2) verbunden ist.  Fuel cell system (2) is connected.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmeübertrager (12) dazu eingerichtet ist, in einem ersten Kühlkreislauf (16, 24) von einem ersten Fluid durchströmt zu werden. 3. Cooling system according to claim 1 or 2, wherein the first heat exchanger (12) is adapted to be flowed through in a first cooling circuit (16, 24) by a first fluid.
4. Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei der erste Wärmeübertrager (12) dazu eingerichtet ist, mit einem Kraftstoffauslass (26) zum Einströmen von Kraftstoff als erstes Fluid in den ersten Wärmeübertrager (12) und mit einem Kraftstoffeinlass zum Ausströmen von Kraftstoff aus dem ersten Wärmeübertrager (12) in den 4. The cooling system of claim 3, wherein the first heat exchanger (12) is configured with a fuel outlet (26) for flowing fuel as the first fluid into the first heat exchanger (12) and with a fuel inlet for discharging fuel from the first heat exchanger (12) in the
Kraftstofftank (6) verbunden zu werden. Fuel tank (6) to be connected.
5. Kühlsystem nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend mindestens einen zweiten Kühlkreislauf (20) mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager (18), wobei der zweite Wärmeübertrager (18) dazu eingerichtet ist, in einem Krafstofftank (6, 112) angeordnet zu werden und Wärme an den den zweiten Wärmeübertrager (18) umgebenden Kraftstoff abzugeben. 5. Cooling system according to claim 3 or 4, further comprising at least one second cooling circuit (20) with at least one second heat exchanger (18), wherein the second heat exchanger (18) is adapted to be arranged in a fuel tank (6, 112) and To give heat to the fuel surrounding the second heat exchanger (18).
6. Kühlsystem nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend mindestens einen zweiten Kühlkreislauf (20) mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager (18) mit Strömungskanälen, wobei der zweite Wärmeübertrager (18) dazu eingerichtet ist, mit einem Kraftstoffauslass (26) zum Einströmen von Kraftstoff in den zweiten 6. Cooling system according to claim 3 or 4, further comprising at least one second cooling circuit (20) with at least one second heat exchanger (18) with Flow channels, wherein the second heat exchanger (18) is arranged with a fuel outlet (26) for flowing fuel into the second
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. Heat exchanger (18) and to be connected to a fuel inlet (28) for discharging fuel from the second heat exchanger (18) in the fuel tank (6) and wherein the first heat exchanger (12) and the second heat exchanger (18) are thermally connected ,
7. Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei der zweite Wärmeübertrager (18) zusätzlich dazu eingerichtet ist, von dem ersten Fluid durchströmt zu werden. 7. Cooling system according to claim 5 or 6, wherein the second heat exchanger (18) is additionally adapted to be flowed through by the first fluid.
8. Kühlsystem nach Anspruch 7, wobei das erste Fluid aus einer Gruppe von Stoffen ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend: The cooling system of claim 7, wherein the first fluid is selected from a group of materials, the group comprising:
Wasser,  Water,
- Öl,  - oil,
- Ethanol und  - ethanol and
deren Gemische.  their mixtures.
9. 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 erfindungsgemäße Kühlsystem wahlweise nacheinander, gleichzeitig oder alternierend mit einem oder mehreren Kraftstofftanks (6) zu verbinden. 9. Cooling system according to one of the preceding claims, further comprising a valve arrangement with a plurality of valves (32) and at least one with the valves (32) connected control unit (30) which is adapted to the cooling system according to the invention optionally successively, simultaneously or alternately with a or to connect multiple fuel tanks (6).
10. Kühlsystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend Temperatursensoren (33) zum Erfassen der Temperatur des Kraftstoffs in den Kraftstofftanks (6), wobei die10. A cooling system according to claim 9, further comprising temperature sensors (33) for detecting the temperature of the fuel in the fuel tanks (6), wherein the
Temperatursensoren (33) mit der Regeleinheit (30) verbunden sind und die Temperature sensors (33) are connected to the control unit (30) and the
Regeleinheit (30) dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße 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). Control unit (30) is adapted to connect the cooling system according to the invention with at least one fuel tank (6) of a plurality of fuel tanks (6) in which the fuel has a lower temperature than in the remaining fuel tanks (6).
11. Kühlsystem nach Anspruch 1 , das als ein die Brennstoffzelle umgebendes Gehäuse (124) ausgeführt ist, wobei das Gehäuse (124) kraftsto ff dicht ausgeführt ist und dazu eingerichtet ist, Wärme aus dem Betrieb des Brennstoffzellensystems (2, 118, 120, 121, 122, 158) an einen das Gehäuse (124) umgebenden Kraftstoff in einem Kraftstofftank (12) abzugeben. 11. A cooling system according to claim 1, which is designed as a housing surrounding the fuel cell (124), wherein the housing (124) is designed kraftsto ff and is adapted to heat from the operation of the fuel cell system (2, 118, 120, 121 , 122, 158) to a fuel surrounding the housing (124) in a fuel tank (12).
12. Kühlsystem (18, 20, 21, 22) nach Anspruch 11, ferner aufweisend mindestens eine Wärmeabgabevorrichtung (126), die an dem Gehäuse (124) angeordnet ist. The cooling system (18, 20, 21, 22) of claim 11, further comprising at least one heat dissipation device (126) disposed on the housing (124).
13. Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Gehäuse (124) aus einer Vielzahl von Wärmeabgabevorrichtungen (126) besteht. The fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) according to claim 11 or 12, wherein the housing (124) is comprised of a plurality of heat emitting devices (126).
14. Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158), aufweisend mindestens eine Brennstoffzelle und mindestens ein Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 14. Fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158), comprising at least one fuel cell and at least one cooling system according to one of claims 1 to 10.
15. Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158) nach Anspruch 14, ferner aufweisend eine Notabschaltevorrichtung (132), die dazu eingerichtet ist, das15. A fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) according to claim 14, further comprising an emergency shutdown device (132) adapted to
Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158) abzuschalten, sobald keine ausreichende Kühlung mehr gewährleistet werden kann. Turn off fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) as soon as sufficient cooling can be guaranteed.
16. Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems (2, 118, 120, 121, 122, 158) in einem Fahrzeug, bei dem Wärme aus dem Brennstoffzellensystem (2, 118,16. A method for cooling a fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) in a vehicle, in which heat from the fuel cell system (2, 118,
120, 121, 122, 158) an Kraftstoff in einem Kraftstofftank durch thermisches 120, 121, 122, 158) of fuel in a fuel tank by thermal
Verbinden abgegeben wird. Connect is delivered.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das thermische Verbinden mit einem oder mehreren Kraftstofftanks wahlweise gleichzeitig, alternierend oder sukzessive, mittels einer Regeleinheit (30) durchgeführt wird. 17. The method of claim 16, wherein the thermal connection with one or more fuel tanks optionally simultaneously, alternately or successively, by means of a control unit (30) is performed.
18. Verwendung von Kraftstoff (8, 114) aus mindestens einem Kraftstofftank (12) zum Aufnehmen von Wärme zum Kühlen eines Brennstoffzellensystems (2, 118, 120, 121, 122, 158) eines Fahrzeugs. 18. Use of fuel (8, 114) from at least one fuel tank (12) for receiving heat for cooling a fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) of a vehicle.
19. Flugzeug (56) mit mindestens einem Brennstoffzellensystem (2, 118, 120, 121, 122, 158) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 und mindestens einem 19. aircraft (56) with at least one fuel cell system (2, 118, 120, 121, 122, 158) according to any one of claims 13 to 15 and at least one
Kraftstofftank (12). Fuel tank (12).
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