JP2011506186A - 燃料電池システムモジュール - Google Patents

Abstract

航空機（３２）用の燃料電池システムモジュール（１０）は、少なくとも一つの燃料電池システムコンポ−ネント（１２、２２、２４）を具備する。燃料電池システムモジュール（１０）は航空機（３２）の胴体部分（３０）にモジュラー式に接続できる。燃料電池システムモジュール（１０）の筐体部材（１６、２６）は、燃料電池システムモジュール（１０）が航空機（３２）の胴体部分（３０）に接続されている状態の時に、航空機（３２）の外板（３４）の一部を形成するよう設計される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機用の燃料電池システムモジュール、一組の該燃料電池システムモジュール、及び該燃料電池システムモジュールを備える航空機に関する。

燃料電池システムは低排気で高効率な電流の発生を可能にする。このため、飛行機内で必要とされる電力を発生するために燃料電池システムを飛行機構造内で用いる試みも現在されている。例えば、現在、機内電力供給のために用いられ、飛行機の主エンジン又は補助電源装置（ＡＰＵ）により動かされる発電機を燃料電池システムと置き換えることが考えられる。さらに、燃料電池システムは航空機の予備電力供給のために用いることも、これまで予備電力装置として用いられたラムエアータービン（ＲＡＴ）と置き換えることもできるだろう。しかしながら、航空機内で用いられる燃料電池システムの場合、燃料電池システムの整備又は修理作業が航空機の長い不動時間をもたらす可能性があるという問題がある。

本発明は、航空機内に設置される燃料電池システムの整備又は修理作業による航空機の不動時間を最小化することを可能にし、さらに低重量と小設置空間要件により特徴付けられる、航空機用、特に飛行機用に適した燃料電池システムモジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、少なくとも一つの燃料電池システムコンポーネントを具備する航空機用の本発明に係る燃料電池システムモジュールは、航空機の胴体部分にモジュール式、すなわちモジュールとして交換可能なように接続できる。本発明に係る燃料電池システムモジュールは、簡単に、素早くかつ使い勝手の良い方法で航空機の胴体部分に設置でき、必要ならば、再度航空機の胴体部分から取り外されることができる。燃料電池システムモジュールの燃料電池システムコンポーネントの整備又は修理作業を実施するために、燃料電池システムモジュールは、航空機の胴体部分から取り外されることができ、簡単な方法で別の燃料電池システムモジュールに取り替えられることができる。結果として、本発明に係る燃料電池システムモジュールを具備する航空機の不動時間は最小限にされることができる。

本発明に係る燃料電池システムモジュールの筐体部材は、燃料電池システムモジュールが航空機の胴体部分に接続されるときに、航空機の外板部分を形成するように設計される。言い換えれば、燃料電池システムモジュールの筐体部材は、燃料電池システムモジュールが航空機の胴体部分に設置されるときに、航空機の外板に組み込まれるように構成される。航空機の外板に組み込まれるように設置された筐体部材は、航空機外板の航空力学的特性が損なわれないような形状とされ、また、そのような表面を持つことが好ましい。本発明に係る燃料電池システムモジュールの筐体部材が本発明に係る燃料電池システムモジュールを具備する航空機の外板へ組み込まれることによって、航空機の内部に配置される追加の筐体部材を省くことが可能になる。結果として本発明に係る燃料電池システムモジュールは、総システム重量を最適化することができる。さらに、本発明に係る燃料電池システムモジュールの設計は、航空機内で利用できる設置空間の最適な利用を可能にする。

本発明に係る燃料電池システムモジュールは、燃料電池システムコンポーネントとして燃料タンク、燃料電池システム筐体、燃料電池システムの周辺コンポーネント、及び／又は燃料電池を具備することができる。本発明に係る燃料電池システムモジュールは、例えば燃料タンクだけのような、ただ一つの燃料電池システムコンポーネントを具備することができる。しかし、これに代わって、例えば燃料タンクと燃料電池システム筐体内に収容される燃料電池システムの周辺コンポーネント又は燃料電池のように、複数の燃料電池システムコンポーネントが本発明に係る燃料電池システムモジュール中に組み込まれることができる。さらに、本発明に係る燃料電池システムモジュールに燃料電池システム一式を組み込むことも考えられる。

本発明に係る燃料電池システムモジュールの好適な実施形態の場合において、燃料電池システムモジュールが航空機の胴体部分に接続されたとき、航空機の外板の一部を形成するように設計された燃料電池システムモジュールの筐体部材は、少なくとも一部は燃料タンク筐体部分により形成される。燃料タンク筐体は、例えば好ましくはガス状又は液体状の水素のように稼動中に燃料電池システムの燃料電池に供給されるための燃料を保持する役割をする。液体水素の貯蔵温度は約−２５３℃である。その為、液体水素を保持する燃料タンク筐体の航空機外板の部分を形成している部分は、航空機の飛行中に、燃料タンク筐体中に保持される液体水素を凍結から防ぐための高額な断熱材を必要としない。

原則として、本発明に係る燃料電池システムモジュールの燃料タンク筐体は、単層シェル設計とすることができる。しかしながら、燃料タンク筐体は、外側シェルと該外側シェルと間隔を有して配置された内側シェルとを有することが好ましい。燃料タンク筐体の外側シェルと内側シェルは、例えばアルミニウム又はスチールで構成できる。二層シェル設計の燃料タンク筐体の場合は、燃料タンク筐体の外側シェルは、本発明に係る燃料電池システムモジュールを具備する航空機の外板に組み込まれるよう設置される。必要に応じて、燃料タンク筐体の外側シェルと内側シェル間の空間は、低熱伝導率材料で満たされることができる。そのような断熱層は燃料タンク筐体の内側シェルと燃料タンク筐体内に収容される燃料とを航空機周囲の有り得る大きな温度変化から守ることができる。

本発明に係る燃料電池システムモジュールの燃料タンクは、高圧下において水素ガスを貯蔵するように設計されることができる。耐圧容器として形成された燃料タンクは、例えばカーボンファイバーで覆われたアルミニウム内側シェルとプラスチックの外側シェルを備える燃料タンク筐体を有する。さらに、水素ガス耐圧容器として形成された燃料タンクは、適当な安全装置と燃料タンク内の圧力を調整するための圧力制御バルブを具備することが好ましい。水素ガス耐圧容器として形成された燃料タンクの場合においては、航空機外板が一般に耐圧艇体を実現するのにも適した空気力学的に良好な丸みを帯びた形状を有する事実を活用することができる。

燃料電池システムモジュールが航空機の胴体部分に接続されるときに、航空機の外板の一部分を形成するよう設計された本発明に係る燃料電池システムモジュールの筐体部材は、燃料電池システムの周辺コンポーネント及び／又は燃料電池を収容する燃料電池システム筐体の一部分によっても少なくとも一部形成されることができる。原則として、燃料タンク筐体に配置されていない燃料電池システムのコンポーネントは全て、燃料電池システム筐体に収容されることができる。本発明に係る燃料電池システムモジュールの特に好適な実施形態としては、航空機外板の一部分が、燃料タンク筐体の一部分で構成され、さらに航空機外板の一部分が例えば周囲コンポーネント及び／又は燃料電池のような燃料電池システムの更なるコンポーネントが内側に配置される燃料電池システム筐体の一部分により形成される。

本発明に係る燃料電池システムモジュールは、例えば航空機のベリーフェアリング領域において航空機構造に組み込まれるように設計されることができる。従って、燃料電池システムモジュールの筐体部材は、ベリーフェアリング領域の航空機外板の一部分を形成することが好ましい。これに代えて、燃料電池システムモジュールは、また航空機の胴体部分とモジュール式に接続することができる尾部支材として形成されることもできる。航空機尾部支材は、航空機構造の比較的簡単に利用できる部材を構成し、その結果、モジュール式に交換できるコンポーネントとして特に簡単に形成されることができる。最後に、本発明に係る燃料電池システムモジュールを航空機の水平尾翼又は垂直尾翼に組み込むことも考えられる。つまり、燃料電池システムモジュールの筐体部材は、燃料電池システムモジュールが航空機構造に組み込まれるときに、昇降舵ユニット又は方向舵ユニット領域の航空機外板の一部を形成するように設計される。

本発明に係る燃料電池システムモジュールは、燃料電池システムモジュールを航空機構造のフレームと切り離し可能に固定するように設計された固定装置を具備することができる。例えば、燃料電池システムモジュールの固定装置は、航空機の尾部領域に配置された航空機構造のフレーム上に燃料電池システムモジュールを設置できるように設計されることができる。

エアラインビジネスでは、飛行機タイプは全く異なる目的で運行される。特に、短・中距離用飛行機は多くの短航路、すなわち飛行機の最大飛距離より極めて短い航路に使用され、飛行機の最大飛距離の範囲内の航路にはほんのわずかに使用されるだけである。すなわち、飛行機の目的の面から、飛行機の空路操縦中に燃料電池システムを使用するために飛行機内で要求される水素量は、大幅に変化する可能性がある。さらに、すべての空港で水素の燃料補給することはできない。この理由により、飛行機の空路操縦中において、飛行機内に設置される燃料電池システムに供給するための燃料タンク容量は、大きく異なる要件にさらされる。

このため、本発明に係る一組の航空機用の燃料電池システムモジュールは、異なる容量の燃料タンクを具備する複数の上述した燃料電池システムモジュールを具備する。言い換えれば、本発明に係る燃料電池システムモジュールセットでは、第一燃料電池システムモジュールは特定の容量の燃料タンクを具備する。一方、本発明に係る燃料電池システムモジュールセットの他の燃料電池システムモジュール又は更に他の複数の燃料電池システムモジュールは、第一燃料電池システムモジュールの燃料タンク容量と異なった容量を持つ燃料タンクを具備する。例えば、本発明に係る燃料電池システムモジュールセット内には、第一燃料電池システムモジュールが５００Ｌの容量の燃料タンクを具備することができる、一方で第二燃料電池システムモジュールは１０００Ｌの容量の燃料タンクを具備し、第三燃料電池システムモジュールは１５００Ｌの容量の燃料タンクを具備することができる。

航空機が最大飛距離より短い航路で操縦されるとき、小容量の燃料タンクをもつ燃料電池システムモジュールが用いられることができる。結果として、軽量化と低燃費化及び／又は積載容量の増大が、航空機の飛行中に達成されることができる。対照的に、航空機が最大飛距離範囲の航路で操縦されるとき又は水素供給ネットワークを持たない目的空港へ飛行するときは、航空機はより大きい容量の燃料タンクをもつ燃料電池システムモジュールにモジュール式に接続されることができる。結果として、本発明に係る燃料電池システムモジュールセットは、航空機の全ての操縦事情において航空機内に具備された燃料電池システムへ最適な燃料供給を可能にする、一方で同時に、飛行中の航空機の特に効果的な飛行を可能にする。

本発明に係る航空機は上述の燃料電池システムモジュールを具備する。

本発明に係る燃料電池システムモジュールの好適な実施態様は、付属する図面を参照してより詳細に説明される。

は、飛行機の尾部支材として形成された燃料電池システムモジュールを示す。 は、図１に描かれた燃料電池システムモジュールを飛行機に設置することを示す。

図１に描かれた燃料電池システムモジュール１０は飛行機尾部支材として形成され、高圧下水素ガスを貯蔵するのに適した燃料タンク１２を具備する。燃料タンク１２は外側面１６、尾部側境界面１８及び仕切り面２０を有する燃料タンク筐体１４を有する。燃料電池システムモジュール１０はさらに、燃料タンク筐体１４に隣接し、周辺コンポーネントと燃料電池システムの燃料電池２４が収容される燃料電池システム筐体２２を具備する。燃料電池システム筐体２２は外側面２６と機首側境界面２８を具備する。

燃料電池システムモジュール１０は、燃料電池システム筐体２２の機首側境界面２８領域に、図２に示されるように燃料電池システムモジュール１０を飛行機３２の胴体部分３０にモジュール式に接続するように設計された固定装置を設置される。固定装置はねじ止め式接続装置または釘付けリベット式接続装置として形成されることができるほか、接着ボンド式接続装置などとしても形成される。特に、燃料電池システムモジュール１０の固定装置は燃料電池システムモジュール１０を飛行機３２の構造の最尾部側フレームに切り離し可能に固定するよう設計される。

飛行機３２の胴体部分３０に接続されている状態で、燃料タンク筐体１４の外側面１６と燃料電池システム筐体２２の外側面２６は、飛行機の外板３４の一部を形成する。結果として、燃料電池システムモジュール１０は飛行機３２の胴体構造にモジュラー式に組み込まれることができる。

燃料電池システムモジュールセット（図示されていない）は、複数の燃料電池システムモジュール１０を具備する。燃料電池システムモジュール１０それぞれは燃料タンク１２をもつが、個々の燃料電池システムモジュール１０の燃料タンク１２の容量はそれぞれ異なる。必要に応じて、燃料タンク１２が飛行機３２の所定の目的に対して最適な容量を有する燃料電池システムモジュールセットの燃料電池システムモジュール１０が、飛行機３２の胴体部分３０に接続されることができる。

Claims (9)

1. 少なくとも一つの燃料電池システムコンポーネントを具備する航空機（３２）用の燃料電池システムモジュール（１０）であって、
   前記燃料電池システムモジュール（１０）を航空機構造のフレームに切り離し可能に固定するよう設計された固定装置を用いて、前記燃料電池システムモジュール（１０）が前記航空機（３２）の胴体部分（３０）と接続されるときに、前記燃料電池システムモジュール（１０）の筐体部材が前記航空機（３２）の外板（３４）の一部を形成するように、前記燃料電池システムモジュール（１０）が前記航空機（３２）の該胴体部分（３０）とモジュール式に接続可能であるものであることを特徴とする燃料電池システムモジュール。
2. 前記燃料電池システムモジュール（１０）が、燃料タンク（１２）、燃料電池システム筐体（２２）、燃料電池システムの周辺コンポーネント、及び／又は燃料電池（２４）を具備するものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムモジュール。
3. 前記燃料電池システムモジュール（１０）が前記航空機（３２）の前記胴体部分（３０）と接続されるとき、前記航空機（３２）の前記外板（３４）の一部分を形成するように設計された前記燃料電池システムモジュール（１０）の前記筐体部材は、少なくとも一部燃料タンク筐体（１４）の部分により形成されるものであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムモジュール。
4. 前記燃料タンク筐体（１４）は、外側シェルと該外側シェルと間隔を有して配置された内側シェルとを具備し、前記燃料タンク筐体（１４）の該外側シェルと該内側シェル間の空間は低熱伝導率物質で満たされているものであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムモジュール。
5. 前記燃料タンク（１２）が、高圧下で水素ガスを貯蔵できるように設計されたものであることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムモジュール。
6. 前記燃料電池システムモジュール（１０）が前記航空機（３２）の前記胴体部分（３０）に接続されるとき、前記航空機（１０）の前記外板（３４）の一部分を形成するように設計された前記燃料電池システムモジュール（１０）の前記筐体部材は、燃料電池システムの周辺コンポーネント、及び／又は燃料電池（２４）を収容する燃料電池システム筐体（２２）の一部分により少なくとも部分的に形成されるものであることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システムモジュール。
7. 前記燃料電池システムモジュール（１０）は、前記航空機（３２）の前記胴体部分（３０）とモジュール式に接続できる尾部支材として形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システムモジュール。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システムモジュール（１０）を複数具備する航空機（３２）用の一組の燃料電池システムモジュール（１０）であって、前記燃料電池システムモジュール（１０）は異なる容量の燃料タンク（１２）を備えるものであることを特徴とする一組の燃料電池システムモジュール。
9. 航空機（３２）における請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池システムモジュール（１０）の使用。
   

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