JP2009527081A - 発熱システムと燃料電池システムとの組み合わせ - Google Patents

Abstract

本発明は、異なるシステムの相乗作用効果を利用した装置に関し、例えば、燃料電池システムと航空機の油圧系統とを共通の冷却回路システム（４）を介して連結した装置に関する。発熱システム（２）は、少なくとも一つの熱交換器（８）を備え、熱交換器（８）は発熱システム（２）と冷却回路システム（４）との間において熱を伝達できる。冷却液は、発熱システム（２）から熱を吸収し、燃料電池を所定の運転温度に維持しながら、冷却回路システム（４）を循環し得る。これにより、燃料電池の起動性を改善し、加速する。冷却回路システム（４）は、冷却液を脈動的にまたは連続的に冷却回路内に循環させることができるポンプ（９）を備えてもよい。
【選択図】図１

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００６年２月１５日に出願された独国特許出願第１０ ２００６ ００７ ０２６．７号および２００６年２月１５日に出願された米国特許仮出願第６０／７７３ ７８９号の優先権を主張し、これらの出願の開示内容は、引用により本明細書の内容の一部を構成する。

本発明は、発熱システムと燃料電池システムとを組み合わせた装置に関し、より詳細には、航空機油圧系統と燃料電池システムとを組み合わせた装置に関する。

現在の航空機技術においては油圧系統がある。とりわけ、操縦系統を作動するための油圧系統である。油圧系統は３つの異なる回路（緑の回路、黄色の回路、青の回路）に分かれている。これらの回路は、高負荷時には、作動油（例えば、Ｓｋｙｄｒｏｌ）の最大許容温度である９０℃に到達することがあり、これが個々の部材（ポンプ、導管、シール）に高いストレスを与える原因となる。その結果、これらの部材の信頼性を低下させる。

燃料電池は、電気エネルギーおよび熱エネルギーを、反応性のガスである水素および酸素から生成する電気化学反応器である。電力エネルギーは、電池から例えば直流電流として伝導され、更なる使用のために適宜調整される。生成された熱エネルギーは、燃料電池が作動している間に過熱して破損することがないように、冷却回路で取り除く必要がある。

本発明の目的は、上述した２つの異なるシステムの相乗作用効果を利用することである。

本目的の解決方法は、請求項１から得ることができる。本発明の有利な実施形態は、従属の請求項から得ることができる。本発明に係る装置（システム）は、燃料電池システムおよび発熱システムを備え、両システムは共通の冷却回路システムに接続される。

発熱システムは、少なくとも一つの熱交換器を備え、熱交換器は発熱システムと冷却回路システムとの間において熱を伝達できる。

冷却液は、発熱システムから熱を吸収し、燃料電池を所定の運転温度に維持しながら、冷却回路システムを循環し得る。これにより、燃料電池の起動性を改善し、加速する。

冷却回路システムは、冷却液を脈動的にまたは連続的に冷却回路内に循環させることができるポンプを備えてもよい。

本発明の更なる実施態様によれば、冷却回路システムは、貯蔵器を備える。貯蔵器は、異なる冷却液温度による冷却液の量の差を補うことができ、且つ、冷却回路システムにおける漏出を緩和することができる。

本発明の更なる実施態様によれば、冷却回路システムは、燃料電池システムに供給する前に冷却液を所定の温度に冷却する冷却器を備える。

本発明の別の実施態様によれば、冷却器はファンを備える液体／空気冷却器である。

本発明の別の実施態様によれば、冷却液の熱は、冷却器を介して、および流出弁を介して、周囲に移動する。その熱は、圧力差によって生じる空気流によって周囲へ移動する。
この空気流によって、冷却器が冷却される。

本発明に係る装置の別の実施態様によれば、発熱システムは、油圧系統および／または電力システムを備える。

本発明のさらなる実施態様によれば、冷却回路システムは、少なくとも燃料電池の冷却回路システムの一部である。

本発明の別の実施態様によれば、油圧系統および燃料電池システムは、個別の操作ウィンドウを備える。本発明に係る装置が、例えば航空機において用いられるとき、通常の飛行操作中では、油圧系統は作動および冷却されてもよく、他方で、燃料電池システムは始動処理を短くすることができる運転温度に維持されてもよい。非常事態においては、燃料電池システムは作動および冷却されてもよく、他方で、油圧系統は冷却されることができないかまたは部分的にのみ冷却されてもよい。油圧系統と燃料電池システムは、代替的に、同一のまたは重複の操作ウィンドウを有し得る。

次に、本発明の実施形態について図１を参照して説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による装置（システム）１を示す。装置１は、油圧系統２および燃料電池システム３を備える。油圧系統２および燃料電池システム３は、冷却回路システム４を介して連結している。

好ましい実施形態による油圧系統２は、前進流５ａおよび逆流５ｂを介して、航空機（図示せず）の青の油圧回路に接続された熱交換器５を備える。

図１に示すように、油圧系統２は、航空機（図示せず）の緑の油圧回路の前進流６ａおよび逆流６ｂに接続された熱交換器６を更に備える。

油圧系統２は、航空機（図示せず）の黄色の油圧回路の前進流７ａおよびの逆流７ｂに接続された熱交換器７を更に備える。

好ましい実施形態によれば、油圧系統２は、航空機（図示せず）の電子および電力システム冷却システムの前進流８ａおよび逆流８ｂに接続された熱交換器８を更に備える。

熱交換器５、６、７および８は、ロータのバーストやタイヤのバーストがあった場合に、３つのシステム全てが破損し、それにより故障することがないように、空間的に切り離される。

ポンプ９は、冷却回路４内に冷却液を連続的にまたは脈動的に循環させる。ここで冷却液は特定の熱交換器５、６、７および８の中を流れる。

熱交換器５、６、７および８は、本発明の好ましい実施形態により、ポンプ９の下流に位置する。

図１の矢印が示すように、冷却液は、冷却回路システム４から流れ出て、熱交換器５、６、７および８へ流れ、導管１０を介して、冷却回路４の中へ戻り、三方弁１１へと流れる。

航空機が動くとすぐに、油圧系統２において熱が発生する。その熱は熱交換器５、６、７および８を介して冷却液に移動する。加熱された冷却液は、導管１０を介して三方向弁１１へ運ばれる。過熱された冷却液は、三方向弁１１の適切な制御により、バイパス導管１２を介して燃料電池システム３へ直接運ばれるか、またはバイパス導管１２と平行して配置される液体／空気冷却器１３を介して運ばれる。所定の温度の冷却液が燃料電池システム３に送られるように、冷却器１３から流出する冷却された冷却液と、バイパス導管１２から供給される暖かい冷却液は、その後混合可能である。

３つの油圧回路、および電子ならびに電力システムの冷却システムによって発生した熱は、好ましい実施形態によって、ファン１４を含む液体／空気冷却器１３を介して移動し、また、好ましい実施形態によって、流出弁１５を介して、周囲１６に移動する。流出弁１５を通り抜ける空気流は、事前に液体／空気冷却器１３を通ることにより、航空機（図示せず）の機室および周囲１６との間にある圧力差を利用する。空気流を強制的に発生するファン１４は、この相乗作用効果により、非常事態の場合にのみ必要とされる。

図１に示すように、好ましい実施形態によれば、航空機の外板１７は、流出弁１５と液体／空気冷却器１３との間に設置される。

以上、本発明に係る好ましい実施形態を説明したが、発明の範囲を逸脱せず、変形や設計変更は可能である。例えば、より少ないまたはより多くの油圧回路を油圧系統に備えてもよい。さらに、複数の油圧系統および燃料電池の相乗作用効果を利用するために、両システムを、上述した方法で接続してもよい。

油圧系統の代わりに、上述した方法で、燃料電池システムに連結される別の発熱システムを利用してもよい。

以上、本発明について航空機に関して説明した。本発明の原理は、油圧系統および燃料電池システムが用いられる他の分野においても使用可能である。

本発明の好ましい実施形態による装置（システム）１を示す。

符号の説明

１ 装置
２ 発熱システム、油圧系統
３ 燃料電池システム
４ 冷却回路システム
５ 熱交換器
５ａ 青の油圧回路、前進流
５ｂ 青の油圧回路、逆流
６ 熱交換器
６ａ 緑の油圧回路、前進流
６ｂ 緑の油圧回路、逆流
７ 熱交換器
７ａ 黄色の油圧回路 前進流
７ｂ 黄色の油圧回路、逆流
８ 熱交換器
８ａ 電子および電力システム冷却システム 前進流
８ｂ 電子および電力システム冷却システム 逆流
９ ポンプ
１０ 導管
１１ 三方向弁
１２ バイパス導管
１３ 冷却器
１４ ファン
１５ 流出弁
１６ 周囲
１７ 航空機外板
１８ 貯蔵器

Claims (15)

1. 共通の冷却回路システム（４）を介して互いに連結された、燃料電池システム（３）および発熱システム（２）を備える装置。
2. 前記発熱システム（２）が、前記発熱システム（２）と前記冷却回路システム（４）との間において熱を伝達する、少なくとも１つの熱交換器（５、６、７、８）を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記発熱システム（２）から熱を吸収し、前記燃料電池システム（３）を所定の運転温度で維持する冷却液が前記冷却回路システム（４）内を循環する、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記冷却回路システム（４）が、前記冷却液を脈動的にまたは連続的に前記冷却回路システム（４）内に循環させるポンプ（９）を備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記冷却回路システム（４）が、冷却液の多様な温度による量の差を補い、前記冷却回路システム（４）における漏出を緩和する貯蔵器（１８）を備える、請求項３または請求項４に記載の装置。
6. 前記冷却回路システム（４）が、前記冷却液を前記燃料電池システム（３）に供給する前に所定の温度に冷却する冷却器（１３）を備える、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記冷却器（１３）が、ファン（１４）を備える液体／空気冷却器である、請求項６に記載の装置。
8. 前記冷却液の熱が、前記冷却器（１３）および流出弁（１５）を介して周囲（１６）へ移動する、請求項６または請求項７に記載の装置。
9. 前記熱は、圧力差によって生じる空気流により前記周囲（１６）へ移動する、請求項８に記載の装置。
10. 前記空気流が、前記冷却器（１３）を冷却する、請求項９に記載の装置。
11. 前記発熱システムは、油圧系統（２）の冷却回路、および／または電子ならびに電力システムの冷却回路を備える、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記冷却回路システム（４）が、前記発熱システム（２）をより高い温度に上げる熱原として作用する、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記冷却回路システム（４）は、少なくとも前記燃料電池システム（３）の冷却回路の一部である、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記発熱システム（２）が、少なくとも航空機油圧系統の一部である、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記油圧系統（２）および前記燃料電池システム（３）が、個別の操作ウィンドウを有する、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の装置。

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