JP2015513941A - 火災及び/又は爆発の防止のための燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
少なくとも一つの燃料電池システム、燃料タンクに連結された少なくとも一つの乾燥装置、貨物室に連結された第1排出口及び前記乾燥装置に連結された第2排出口を備える少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁、及び制御装置を備える燃料電池/不活性化システムが記載されている。前記燃料電池/不活性化システムは、前記燃料電池システムからの酸素貧化空気出力量を検出し、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口の両方を開くように指示し、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに不十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口の一方を閉じるように指示する信号を前記酸素貧化空気流路切替弁に伝達する。
Description
関連出願の参照情報:本願は、2012年3月19日に出願され「不活性化システム用燃料電池構造」と題された米国仮特許出願第61/612,493号(「493出願」)に関連するとともにその優先権を主張し、その開示全てをここに援用して本文の記載の一部とする。
本発明の実施形態は一般的に、燃料電池システムの副生成物が、航空機のタンク及び貨物室における火災又は爆発を防止するための不活性化システム及び局所的周辺機器のために使用される航空宇宙機の分野に関する。
航空機に搭載された多くの構成部品(構成要素)が作動するためには電力を必要とする。これらの構成部品の多くは、航空機を航行させるために実際に必要とされる電気的構成部品(すなわち、航行システム、燃料計、飛行制御装置、及び水圧(油圧)システム)からは分離されている。例えば、航空機はまた、ケータリング(配膳)設備、加熱/冷却システム、化粧室、パワーシート(電動により位置調整が可能な座席)、温水器、ウイングヒータ、燃料加熱器、及びその他の電力を要する構成部品を有している。外部の電源(外部の動力)を必要とし得る具体的な構成部品は、ごみ圧縮機(調理室及び/又は化粧室における)、オーブン及び加温器(例えば、スチームオーブン、対流式オーブン、ロールパン加温器)、随意的な食器洗い機、冷凍庫、冷蔵庫、コーヒー及びエスプレッソメーカー、湯沸かし器(お茶用の)、空気冷却装置、チルド室、調理室廃棄処理部、加熱又は冷却した飲料ワゴン/カート、表面洗浄、局所的ヒータ、客室内換気装置、独立換気装置、局所的又はスポット照明装置(例えば、客室灯及び/又は乗客用座席のための読書灯)、給水設備、凍結防止のための水道管加熱装置、乗客の電子機器のための充電ステーション、電気コンセント、真空発生装置、真空トイレアセンブリ、雑排水インターフェイス弁、パワーシート(例えば、特にビジネスクラス又はファーストクラス用の)、乗客用娯楽ユニット、非常用点灯装置、防氷用ウイングヒータ、燃料加熱器、及びそれらの組み合わせを含むが、上記には限定されない。これらの構成部品は乗客の快適性及び満足のために重要であり、多くの構成部品は絶対的な必需品である。
さらに、航空機製造業者に対し、燃料タンクにおける可燃性を最小化して爆発のリスクを大幅に減少させることを要求する、2008年に公布されたアメリカ連邦航空局(FAA)の規則(FAR 25.981)に従い、航空宇宙機及び航空機には典型的に、燃料タンク不活性化システムも装備されている。背景として、燃料タンク中の温かい燃料蒸気が空気と組み合わさると、低エネルギーの火花により発火する可能性があり、航空機墜落の原因となることが知られている。不活性化システムは燃料タンク内の空気の酸素濃度を減少させる。不活性化システムは、空気を個々の要素(すなわち、酸素、窒素等)で濃縮された流れに分解する空気分離モジュールを用いて、窒素富化空気のような不活性ガスを生成する。これらの不活性化システムは典型的に、機上不活性ガス生成システム(OBIGGS:on board inert gas generation system)又は燃料タンク不活性化システム(FTIS:fuel tank interting system)と呼ばれる。
空気分離モジュール(ASM:air separation module)は典型的に、高分子系の有寿命構成部品を含む。例えば、材料の経時劣化のため、高分子系構成部品は通常約25,000〜30,000時間ごとに交換される。さらに、ASMの汚染を防ぐために、ASMの上流に粒子フィルタ及びオゾンフィルタが設置されるが、これらは典型的に約5,000〜10,000時間ごとに交換される。この慣例的に行われるASM及びフィルタの交換によって、不活性化システムのメンテナンスに関連するコストは著しいものとなる。
さらに、OBIGGSの上流の構成部品の故障(例えばエンジン故障又は不適切なメンテナンス動作によって生じる配管設備の汚染)により引き起こされる、さらなる予期しない汚染が、不活性化システムの構成部品の性能、究極的にはその寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。
多くの場合において、不活性化システムへの注入気体の供給は、典型的にエンジン燃焼室から出力された高温加圧空気(抽気)又は客室空気から取り出されて行われる。いずれの場合においても、注入空気は、OBIGGSの最適な性能及びタンクへの不活性ガスの最適な分配を確実にする圧力及び温度に調整されなければならない。また、エンジンコンプレッサでくみ上げる場合(すなわち抽気の注入)、注入空気の消費によりエンジン効率が減少し、それにより燃料消費が増加する。専用の電気コンプレッサでくみ上げる場合(すなわち客室空気の注入)においても、注入空気の消費により電気コンプレッサの動力需要が増加して電力消費が増加する。また、上述されたこれらのシステムは、エンジンから直接又は間接的に動力を伝達する必要があり、結果として余分な燃料消費が発生する。したがって改善された不活性化システムが望まれている。
そこで本発明者らは、航空機上で使用するための燃料タンク不活性化システムのさらなるオプションとして、航空機に搭載された構成部品を作動させるための電力を発生させるとともに、その発電の有益な副生成物、具体的には酸素貧化空気(酸素減損空気、ODA:oxygen depleted air)を利用する新規な方法を追及した。
燃料電池の比較的新しい技術は、すでに航空機に搭載されたエネルギー源を補うための、より清潔でより静かな有望な手段をもたらしている。燃料電池は電力に加えていくつかの出力物(産出物)を有しているが、これらの他の出力物は多くの場合利用されていない。燃料電池システムは、燃料源の圧縮水素を空気中の酸素と結合させて、主生産物(主生成物)として電力及び熱出力を作り出す。副生成物として水及びODAが作り出されるが、これらは現存の航空機における発電プロセスからのCO2の排出よりもはるかに害は少ない。
この特許において用いられている「発明」、「前記発明」、「この発明」、「本発明」という用語は、この特許と以下の特許請求項の主題事項全てに広く言及するように意図されている。これらの用語を含む記載は、本文に記載される主題事項又は以下の特許請求項の意味もしくは範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。この特許により保護される発明の実施形態は以下の特許請求の範囲によって定められるものであり、この「発明の概要」によって定められるものではない。この「発明の概要」は、本発明の様々な態様の大まかな概要であり、後述の「発明を実施するための形態」においてさらに記載される概念のいくつかを提起するものである。この「発明の概要」は、請求項の主題事項の重要又は必須の特徴を特定することを意図するものではなく、請求項の主題事項の範囲を定めるために単独で用いられることを意図するものでもない。主題事項は、この特許の全明細書、いずれかの図面又は全図面、及び各請求項の適切な部分を参照することにより理解されるべきである。
本発明の様々な実施形態は、燃料電池/不活性化システムであって、
燃料タンク供給管及び不活性化システム供給管を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
気体流入口及び窒素富化空気(NEA)排出口を備える少なくとも一つの不活性化システムと、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された第1流入口、第2気体供給源に連結された第2流入口、及び前記少なくとも一つの不活性化システムの前記気体流入口に連結された排出口を備える、少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁と、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された第1流入口、前記少なくとも一つの不活性化システムの前記NEA排出口に連結された第2流入口、及び燃料タンクに連結された排出口を備える、少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と、
制御装置と、
前記制御装置、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁、及び前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と通信している一つ以上の処理装置とを備える燃料電池/不活性化システムに関する。
燃料タンク供給管及び不活性化システム供給管を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
気体流入口及び窒素富化空気(NEA)排出口を備える少なくとも一つの不活性化システムと、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された第1流入口、第2気体供給源に連結された第2流入口、及び前記少なくとも一つの不活性化システムの前記気体流入口に連結された排出口を備える、少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁と、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された第1流入口、前記少なくとも一つの不活性化システムの前記NEA排出口に連結された第2流入口、及び燃料タンクに連結された排出口を備える、少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と、
制御装置と、
前記制御装置、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁、及び前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と通信している一つ以上の処理装置とを備える燃料電池/不活性化システムに関する。
様々な実施形態において、前記燃料電池/不活性化システムは、さらに、前記少なくとも一つの燃料電池システムのODA排出口に連結された流入口、貨物室に連結された第1排出口、並びに前記不活性化システム供給管及び前記燃料タンク供給管に連結された第2排出口を備える、少なくとも一つのODA流路切替弁を備える。少なくとも一つの乾燥装置が前記少なくとも一つのODA流路切替弁の前記第2排出口に連結されてよい。前記第2気体供給源は、少なくとも一つの空気調整システムを備えてよい。
ある実施形態によると、前記燃料電池/不活性化システムは、
ODA排出口を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
燃料タンクに連結された少なくとも一つの乾燥装置と、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記ODA排出口に連結された流入口、貨物室に連結された第1排出口、及び前記少なくとも一つの乾燥装置に連結された第2排出口を備える少なくとも一つのODA流路切替弁と、
制御装置と、
前記制御装置と通信している一つ以上の処理装置とを備える。少なくとも一つの冷却装置が、前記少なくとも一つの乾燥装置の上流に配置され、前記少なくとも一つのODA流路切替弁の前記第2排出口に連結されてよい。
ODA排出口を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
燃料タンクに連結された少なくとも一つの乾燥装置と、
前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記ODA排出口に連結された流入口、貨物室に連結された第1排出口、及び前記少なくとも一つの乾燥装置に連結された第2排出口を備える少なくとも一つのODA流路切替弁と、
制御装置と、
前記制御装置と通信している一つ以上の処理装置とを備える。少なくとも一つの冷却装置が、前記少なくとも一つの乾燥装置の上流に配置され、前記少なくとも一つのODA流路切替弁の前記第2排出口に連結されてよい。
いくつかの実施形態において、前記燃料電池/不活性化システムはさらに、空気供給源に連結された第1流入口、及び補助酸素源に連結された第2流入口を備える少なくとも一つの酸素源流路切替弁を備える。ある実施形態において、前記少なくとも一つの不活性化システムの酸素富化空気(OEA:oxygen enriched air)排出口が前記空気供給源に連結されてよい。
前記燃料電池/不活性化システムは、さらに、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁の前記第1流入口に連結された少なくとも一つのコンプレッサを備えてよい。前記少なくとも一つの燃料電池システムの電力出力が、前記少なくとも一つのコンプレッサに接続されてよい。
ある実施形態に従うと、前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように、前記少なくとも一つの不活性化システムにODAを供給するように、又は前記燃料タンクへの質量流量を増幅するように前記制御装置に指示する信号を受信し、
前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に信号を伝達し、該信号は(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記(第1及び第2)流入口の両方を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムにODAを供給するように指示された場合に、前記第2気体供給源に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第1流入口を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に指示する信号であり、
前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に信号を伝達し、該信号は(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システムの前記NEA排出口に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムにODAを供給するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第1流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記(第1及び第2)流入口の両方を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に指示する信号である。
前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に信号を伝達し、該信号は(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記(第1及び第2)流入口の両方を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムにODAを供給するように指示された場合に、前記第2気体供給源に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第1流入口を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に指示する信号であり、
前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に信号を伝達し、該信号は(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システムの前記NEA排出口に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムにODAを供給するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第1流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記(第1及び第2)流入口の両方を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に指示する信号である。
ある実施形態に従うと、前記燃料電池/不活性化システムは、
前記少なくとも一つの燃料電池システムからのODA出力量を検出してよく、
前記ODA出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に前記(第1及び第2)排出口の両方を開くように指示する、又は、前記ODA出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに不十分であると前記制御装置が判断した場合は、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に前記(第1及び第2)排出口のうち一方を閉じるように指示する信号を、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に伝達してもよい。
前記少なくとも一つの燃料電池システムからのODA出力量を検出してよく、
前記ODA出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に前記(第1及び第2)排出口の両方を開くように指示する、又は、前記ODA出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに不十分であると前記制御装置が判断した場合は、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に前記(第1及び第2)排出口のうち一方を閉じるように指示する信号を、前記少なくとも一つのODA流路切替弁に伝達してもよい。
また、前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの燃料電池システムからのODA出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つ、又は、前記少なくとも一つの不活性化システムからのNEA出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを検出してよく、
前記燃料電池/不活性化システムは、制御装置が前記少なくとも一つの燃料電池システム及び/又は前記少なくとも一つの不活性化システムが最適に動作していないと判断した場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムに入る空気供給の条件を調節させる信号を、前記少なくとも一つのコンプレッサに伝達してもよい。
前記燃料電池/不活性化システムは、制御装置が前記少なくとも一つの燃料電池システム及び/又は前記少なくとも一つの不活性化システムが最適に動作していないと判断した場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムに入る空気供給の条件を調節させる信号を、前記少なくとも一つのコンプレッサに伝達してもよい。
また、前記燃料電池/不活性化システムは、前記少なくとも一つの燃料電池システム及び/又は前記少なくとも一つの不活性化システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に前記(第1及び第2)流入口の両方を開けて、前記空気供給に混合されている前記補助酸素の量を調節するように指示する信号を、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に伝達してもよい。
本明細書は以下の添付図面を参照するが、異なる図において似た参照符号を使用することにより、似た又は類似の構成部品を示すことが意図されている。
本発明の実施形態の主題事項を、法定の要件を満たすために具体的にここに記載するが、この記載は必ずしも特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。請求項の主題事項は他の方法によって具体化されてもよく、異なる要素又は工程を含んでよく、他の既存の技術又は将来の技術と共に用いてもよい。この記載は、個々の工程の順番又は要素の配置が明示的に記載されている場合を除いて、様々な工程又は要素のいかなる特定の順番又は配置を暗示していると解釈されるべきではない。
燃料電池システムから動力を供給され、及び/又は、燃料電池システムの副生成物を不活性化システムへの入力物として組み込む不活性化システムを提供するためのシステム及びプロセスをここに開示する。不活性化システムは航空機での用途について論じられているが決してそれに限定されず、不活性化システムはバス、電車、又は燃料タンクもしくは貨物室等の可燃性蒸気の発火のリスクがある他の構成部品が設けられた、その他の輸送形態において用いられてもよい。また、本文で論じられている不活性化システムは、いかなる他の好適な環境で用いられてもよい。不活性化システムが適切な燃料電池システムから動力供給され、及び/又は適切な燃料電池システムからのその他の副生成物と共に用いられる場合、不活性化システムの動作を車両(又は周辺環境)の電力システムから独立させる(又は電力システムへの依存をより小さくする)ことができる。
燃料電池システム10は水素又はその他の燃料源と酸素に富む気体(例えば空気)が関与する化学反応による化学エネルギーを、使用可能な電気エネルギーに変換する装置である。図1に示すように、水素又は別の燃料源は、燃料電池システム10内の酸素と結合して電気エネルギー(電力)を発生させる。燃料電池システム10は、発生した電気エネルギーと共に、副生成物として水、熱出力(熱)及びODAを生み出す。水、熱、ODAの副生成物は使用されずに無駄になることが多い。
いくつかの実施形態において、ODAは食料(例えば果物、野菜等)の酸化防止に用いられてもよい。また、ODAは、航空機又は車両が地上にあるとき及び/又は停止しているときに、航空機又は車両のタイヤに空気を入れる又は加圧するために使用されてもよい。他の実施形態において、熱出力を薄膜絶縁、航空機又は車両の暖房、及び/又は一つ以上の燃料タンク40に保管された燃料の加熱に用いてもよい。本文に開示されるように、電気エネルギー及びODAの少なくとも一部又は全てを、不活性化システム12に動力を与える又は不活性化システム12に供給するために用いてもよく、不活性化システム12は例えば航空機で用いられる不活性化システムなどであるがこれに限定されない。
プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、直接メタノール型燃料電池(DMFC)、アルカリ電解質型燃料電池(AFC)、又はリン酸型燃料電池(PAFC)を含むがこれらに限定されない、いかなる適切な燃料電池システムを使用し得る。また、複合的な解決法を含むがこれに限定されない、いかなるその他の既存又は将来の燃料電池技術を用いてもよい。
図2に示すように、不活性化システム12は典型的に燃料タンク40及び貨物室38を不活性化するために用いられる。場合によっては、燃料タンク40のシステム全体を不活性化するために不活性化システム12を用いてもよい。燃料タンク40のシステムは、図3に示すように、中央翼タンク、左翼タンク、右翼タンク、ベントタンク、供給タンク、機尾タンク及び/又はいかなる他の燃料タンク位置を含んでもよい。
図4に示すように、不活性化システム12は一般的に、少なくとも一つの空気調整システム24、少なくとも一つの空気分離モジュール(ASM)14、及び制御装置36を備える。ある実施形態において、図6に示すように、ASM14から出る不活性ガスの酸素含有量を監視するために、酸素分析装置52がさらに含まれている。
ある実施形態において、エンジン燃焼室から出力された高温高圧空気(抽気)を好適な温度及び圧力に調節するために、空気調整システム24が含まれている。例えば、空気調整システム24に入る抽気は450°F(約232℃)以下であってよい。空気調整システム24内の熱交換器が、抽気を不活性化システム12に導入するのに許容可能な範囲に冷却する。例えば、好適な温度は160°F〜190°F(約71℃〜約88℃)の範囲であってよい。しかし、関連する技術分野において通常の知識を有するものであれば、不活性化システム12に適合するいかなる好適な温度を用いてもよいことを理解するであろう。
ASM14は、注入気体流(つまり空気)を窒素富化空気(NEA)流と酸素富化空気(OEA)流に分離する。ある実施形態において、ASM14は、気体流入口、NEA排出口、OEA排出口の3つの出入口を有する圧力格納キャニスタに入れられた中空繊維反透過膜の束である。
ある実施形態において、図5、6に示すように、不活性化システム12とともに燃料電池システム10の動作を管理するために、燃料電池/不活性化システム20が含まれていてもよい。燃料電池/不活性化システム20は、少なくとも一つの燃料電池システム10、少なくとも一つの不活性化システム12、少なくとも一つのコンプレッサ22、少なくとも一つの空気調整システム24、少なくとも一つの乾燥装置26、少なくとも四つの流路切替弁28、30、32、34、及び制御装置36を備えてもよい。
上述の様に、水素及び酸素が流入口を介して燃料電池10に入り、ODAがODA排出口を介して燃料電池10から出ていく。これらの実施形態において、燃料電池システム10によって作り出されたODAの酸素含有量は、不活性ガスとして用いるのに十分低いが、湿気及び水蒸気も含んでいる。湿潤ODAを燃料タンク40に直接注入すると大惨事を引き起こす可能性があるため、ODAを燃料タンク40に直接導入する前及び/又は不活性化システム12に導入する前に乾燥させるために、乾燥装置26、又はフィルタ、コンデンサ、熱交換器等のようなその他の機器を単独で又は組み合わせて使用してもよい。いくつかの実施形態において、ODAを燃料電池システム10から燃料タンク40及び/又は不活性化システム12に運ぶために、既存の不活性化システム12の管網(パイプネットワーク)を改装してもよい。他の実施形態において、ODAを燃料電池システム10から燃料タンク40及び/又は不活性化システム12に運ぶために、新たな管網を構築してもよい。
燃料タンク40と対照的に、貨物室38における火災及び/又は爆発に対して湿潤ODAの湿気は有益であるため、ODAを貨物室38に導入する前に乾燥装置26又はその他の装置を通過させて、湿気及び/又は水蒸気を除去する必要がない。貨物室38は慣例的にハロンで守られているため、ODAを燃料電池システム10から貨物室38に運ぶ既存の管網が存在しないことがある。それゆえ、ある実施形態において、ODAを燃料電池システム10から貨物室38に運ぶために新たな管網を構築してもよい。いくつかの実施形態において、NEAを不活性化システム12から貨物室38に運ぶためにも、付加的な管が管網に加えられてもよい。
ひとたびODAが燃料タンク40及び/又は貨物室38に到達すると、不活性ガスは貨物室38に広がり、又は、ノズル及び/又は任意のその他の好適な分配技術により燃料タンク40内の気相又は液相の燃料に注入される。
少なくとも一つのODA流路切替弁28は燃料電池システム10のODA排出口に連結される。ODA流路切替弁28は、貨物室38及び燃料タンク40/不活性化システム12の間のODAの分配を制御する。ODA流路切替弁28の第1排出口は貨物室38に連結され、ODA流路切替弁28の第2排出口は燃料タンク供給管42及び/又は不活性化システム供給管44に連結される。ODA流路切替弁28は、(1)第1排出口及び第2排出口の両方を開け、ODAが全ての場所に流れるようにする、(2)上記排出口の両方を閉じ(又は流入口を閉じ)、ODAがODA流路切替弁28を通過しないようにする、又は(3)上記2つの排出口のうち1つを選択的に閉じるように構成されてよい。
乾燥装置26はODA流路切替弁28の第2排出口に連結されてよく、それによって燃料タンク供給管42及び/又は不活性化システム供給管44がODA流路切替弁28の第2排出口に連結された場所の上流のODAから湿気及び水蒸気を除去して、どちらの経路から燃料タンク40に入るODAも燃料タンク40に導入するのに十分乾燥されてよい。そして燃料タンク供給管42は燃料タンク流路切替弁32の第1流入口に連結される。
少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁30は、不活性化システム供給管44に連結された第1流入口を備えるとともに、空気調整システム24の排出口等の第2気体供給源に連結された第2流入口を備える。したがって、不活性化システム流路切替弁30は、不活性化システム12に導入される気体源を制御する。不活性化システム流路切替弁30は、(1)第1流入口及び第2流入口の両方を開け、乾燥ODAと調整した空気の両方が不活性化システム12に入ることを許容するように、(2)上記流入口の両方を閉じ(又は排出口を閉じ)、不活性化システム12にどの気体も入らないように、又は(3)第1流入口又は第2流入口のどちらかを選択的に閉じ、2つの気体源のうち1つのみからの気体を不活性化システム12に入れるように構成されてよい。
また、少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁32は、不活性化システム12の排出口に連結された第2流入口を備える。それゆえ、燃料タンク流路切替弁32は、燃料タンク40に導入される気体源を制御する。燃料タンク流路切替弁32は、(1)第1流入口及び第2流入口の両方を開け、乾燥ODA及びNEAを燃料タンク40に入れるように、(2)上記流入口の両方を閉じ(又は排出口を閉じ)、燃料タンク40にどの気体も入らないように、又は(3)第1流入口又は第2流入口のどちらかを選択的に閉じ、2つの気体源のうち1つのみからの気体を燃料タンク40に入れるように構成されてよい。
上述の様に、いくつかの実施形態において、副生成物として不活性化システム12から出るOEAは、航空機から排出される。しかし、ある実施形態において、OEAは燃料電池システム10の酸素入力として再利用されてもよい。
例えば、上述の様に、水素及び酸素は、流入口を通って燃料電池システム10に流れる。いくつかの実施形態において、少なくとも一つの酸素源流路切替弁34が燃料電池システム10への酸素流入口の上流に配置される。
客室空気、抽気、及び/又はその他の(加圧及び/又は無加圧)空気供給源は、酸素源流路切替弁34の第1流入口を通って導入される。必要に応じて燃料電池システム10への酸素入力の圧力を調節して燃料電池システム10の性能を最適化するために、コンプレッサ22がこの第1流入口の上流に配置されてよい。
燃料電池システム10への付加的な空気源を与えるために、不活性化システム12からのOEA排出口はコンプレッサ22に流れ込む空気配管に連結されてもよい。燃料電池システム10に供給するためにOEA(酸素含有量が21%より多い)を利用することにより、燃料電池効率を高めるためにより高い酸素含有量を用い得る。例えば、制御装置36が、少なくとも一つの温度センサ48、少なくとも一つの圧力センサ50及び/又は少なくとも一つの酸素分析装置52によりもたらされる情報を分析して、燃料電池システム10の動作設定値を最適化してよい。この最適化を行う場合、そのようなセンサ48、52及び/又は52は、貨物室38及び/又は燃料タンク40の入口に近接して配置されてよい。
ある実施形態において、図6に示すように、第1酸素分析器52がODA流路切替弁28の第1排出口から出る配管に設置されてよく、第2酸素分析器52が燃料タンク流路切替弁32の排出口から出る配管に設置されてよい。このような配置によって、第1及び第2酸素分析器52はこれらの各位置に入る不活性ガス(NEA及び/又はODA)の酸素含有量を測定するように構成される。
他の実施形態において、第1酸素分析器52は、ODA流路切替弁28の第1排出口を出る配管に連結された入力部を有してよく、第2酸素分析器52は、燃料タンク流路切替弁32の第1流入口に送り込まれる配管(燃料タンク供給管42)に連結された入力部を有してよく、第3酸素分析器52は、燃料タンク流路切替弁32の第2流入口に送り込まれる配管に連結された入力部を有してよい。代替的に、第1酸素分析器52は、ODA流路切替弁28の第1排出口を出る配管に連結された入力部を有してよく、第2酸素分析器52は、燃料タンク流路切替弁32への2つの流入口に送り込まれる配管に連結された少なくとも二つの入力部を有してよい。さらに別の実施形態において、第1酸素分析器52は、ODA流路切替弁28の第1排出口を出る配管に連結された第1入力部、及び燃料タンク流路切替弁32の第1流入口に送り込まれる配管(燃料タンク供給管42)に連結された第2入力部を有してよく、第2酸素分析器52は、燃料タンク流路切替弁32の第2流入口に送り込まれる配管に連結された入力部を有してよい。また、さらに別の実施形態において、第1酸素分析器52は、ODA流路切替弁28の流入口に送り込まれる配管に連結された入力部を有してよく、第2酸素分析器52は、燃料タンク流路切替弁32の第2流入口に送り込まれる配管に連結された入力部を有してよい。このような配置によって、これらの酸素分析器52は不活性ガス源の各酸素含有量を別々に測定するように構成される。
燃料電池/不活性化システム20の効率及びスループットを最適化するために制御装置36に好適なフィードバックを与える任意の好適な場所、配置又はそれらの組み合わせで、酸素分析器52、温度センサ48及び圧力センサ50が燃料電池/不活性化システム20に連結されてよいことを、関連技術分野において通常の技能を有する者は理解するであろう。
OEAは、上述の様に不活性化システム12から燃料電池システム10に直接供給されてよく、及び/又は、酸素貯蔵部を介して燃料電池システム10に入る空気流の中で運ばれてもよい。
また、酸素源流路切替弁34は、補助酸素供給源に連結された第2流入口を備える。それゆえ、酸素源流路切替弁34は酸素源を制御し、及び/又は、燃料電池システム10に導入される気体の酸素含有量を調節してもよい。酸素源流路切替弁34は、(1)第1流入口及び第2流入口の両方を開け、空気流(OEAを含有する)及び補助酸素源の両方が燃料電池システム10に入るように、(2)上記流入口の両方を閉じ(又は排出口を閉じ)、燃料電池システム10にどの気体も入らないように、又は(3)空気流(OEAを含有する)に連結された第1流入口又は補助酸素原に連結された第2流入口のどちらかを選択的に閉じ、2つの気体源のうち1つのみからの気体を燃料電池システム10に入れるように構成されてよい。
ある実施形態において、制御装置36は、少なくとも、流路切替弁28、30、32、34及びコンプレッサ22に接続されてよい。不活性化システム12からのNEA出力物及び/又は燃料電池システム10からのODA出力物の温度、圧力及び酸素含有量の少なくとも一つを測定するために、センサ48、50及び/又は52が含まれてもよく、このようなセンサ48、50及び/又は52は貨物室38及び/又は燃料タンク40の入口に近接して設置されてよい。上述の様に、燃料電池システム10及び/又は不活性化システム12の動作を最適化するために、これらのセンサ48、50及び/又は52からの出力が制御装置36に接続されてよい。
燃料電池システム10は航空機のいかなる好適な場所に配置されてよく、燃料電池/不活性化システム20に加えて航空機の別の態様に動力を与えるために用いられてよい。又は、別個の燃料電池システム10が燃料電池/不活性化システム20に動力を与えるために用いられてもよい。例えば、燃料電池システム10からの電力出力が、少なくともコンプレッサ22に動力を供給するために接続されてもよい。他の実施形態において、燃料電池システム10は流路切替弁28、30、32、34、乾燥装置26、空気調整システム24、制御装置36、及び/又は様々な測定センサ48、50、及び/又は52にも動力を供給してよい。燃料電池/不活性化システム20が必要とする動力は、一つ以上の燃料電池システム10から直接供給されてよい。又は、燃料電池/不活性化システム20が必要とする動力は、燃料電池システム10又はその他から発生した電力によって充電された任意の好適な電気エネルギー貯蔵部(例えば、バッテリーパック、ウルトラコンデンサバンク、スーパーコンデンサバンク、エネルギー貯蔵源等)によって供給又は増補されてよい。地上動力装置又は航空機動力装置等の航空機の典型的な動力源によって、補助的な動力が供給されてもよい。
燃料電池システム10が不活性化システム12内又は近傍に位置づけられる場合、動力は使用される位置の近くで生成され、長距離を伝達される必要がない。そのため、電力損失が最小化される。さらに、燃料電池システム10が不活性化システム12内又は近傍に位置づけられる場合、例えば乗客用座席、乗客用娯楽システム、非常用照明、読書灯、化粧室ユニット等であるがこれらに限定されないその他の航空機システムが不活性化システム12の近傍にあるかどうかに関わらず、燃料電池システム10がこれらのその他の航空機システムに動力を与えるためにも使われて、必要なエネルギー/動力の出力がより安定し、エネルギーの無駄がより少なくなるようにしてもよい。
必要に応じて、一つ以上の燃料電池システム10が使用されてもよく、一つ以上の燃料電池システム10の大きさは、不活性化システム12及び/又は他の装置のエネルギー/動力の要件に基づいてよい。
ある実施形態において、低負荷期間の間に充電するために、及び食事準備/提供時間等の高負荷(最大負荷)期間の間にさらなる動力を供給するために、少なくとも一つのバッテリーパック又はその他のエネルギー源も燃料電池/不活性化システム20に接続されてよい。いくつかの実施形態において、バッテリーパックもしくはその他のエネルギー源の代わりに、又はバッテリーパックもしくはその他のエネルギー源と共に、少なくとも一つのウルトラコンデンサバンク、スーパーコンデンサバンク、及び/又はエネルギー貯蔵源が用いられてもよい。バッテリーパック又はその他のエネルギー源は、燃料電池システム10の一部であってもよいし、別の場所に設置されてもよい。
これらの実施形態に従い、燃料電池/不活性化システム20の様々な動作モードが図7〜9の概略フローチャートに示されている。
燃料電池/不活性化システム20は、ハードウェア(電気回路、専用論理回路等)、ソフトウェア(汎用コンピュータシステム又は専用装置で実行されるような)、ファームウェア(組み込みソフトウェア)又はこれらの任意の組み合わせを備え得る処理論理を含んでよい。
(A)独立型不活性化システム
ある実施形態に従うと、図7に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は独立した不活性化システムとして動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び不活性化システム12は作動されない。
ある実施形態に従うと、図7に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は独立した不活性化システムとして動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び不活性化システム12は作動されない。
ステップ110において、制御装置36は、制御装置36に不活性化システム12を迂回するように指示する信号を受信する。その信号は乗務員もしくはパイロットが起動した選択スイッチ、又は空気調整システム24及び/又は不活性化システム12が適切に機能していない場合に始動されるセンサを介して生成されてよい。
ステップ115において、制御装置36は不活性化システム流路切替弁30に指示して、両方の流入口を閉じ(又は排出口を閉じ)させ、不活性化システム12にどの気体も入らないようにする。ステップ120において、制御装置36は燃料タンク流路切替弁32に指示して、NEAがそれを介して供給される第2流入口を閉じさせて乾燥ODAのみが燃料タンク流路切替弁32を通って流れるようにする。
ステップ125において、制御装置36は燃料電池システム10からのODA出力量を検出する。もしステップ130においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ135において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、両方の排出口を開かせて両方の場所(貨物室38及び燃料タンク40)にODAが供給されるようにする。もしステップ130においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに不十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ140において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、排出口の少なくとも一方を閉じさせて貨物室38及び燃料タンク40の一方のみにODAが供給されるようにする。関連する技術分野における通常の技能を有するものは、制御装置36による具体的な応答は、制御装置36にプログラムされた不活性流及び効率の優先順位づけに関する論理(ロジック)に依存することを理解するだろう。
ステップ145において、制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを、貨物室38及び/又は燃料タンク40の入口の近傍に設置されたセンサ48、50及び/又は52を介して検出する。もしステップ150において、燃料電池システム10が最適に動作していないと制御装置36が判断した場合、次いでステップ155において、制御装置36は酸素源流路切替弁34に指示して空気入力に混合されている補助酸素量を調節させてよく、及び/又は、コンプレッサ22に指示して燃料電池システム10に入る酸素流の条件を調節させてよい。
制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物を最大限有効利用するために必要な頻度で、ステップ125〜155を繰り返す。
ある実施形態に従うと、図5に示すように、燃料電池システム10は、燃料タンク40及び/又は貨物室38に不活性ガスを供給するために、不活性化システム12、空気調整システム24、又は流路切替弁30もしくは32を必要とすることなく直接用いられてもよい。ゆえに、これらの実施形態において、不活性化システム12を迂回する必要がないため、ステップ110〜120は除外されてもよい。
さらに、ある実施形態において、図5、6に示すように、少なくとも一つの冷却装置46が乾燥装置26の上流に設置されてもよい。
(B)不活性化システム用ODA源
ある実施形態に従うと、図8に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出たODAが不活性化システム12へのODA源となるように動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び燃料タンク40へ直接向かう乾燥ODAの流れは作動されない。
ある実施形態に従うと、図8に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出たODAが不活性化システム12へのODA源となるように動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び燃料タンク40へ直接向かう乾燥ODAの流れは作動されない。
ステップ210において、制御装置36は、不活性化システム12にODAを供給するように制御装置36に指示する信号を受信する。その信号は乗務員もしくはパイロットが起動した選択スイッチ、又は空気調整システム24が適切に機能していない場合に始動されるセンサを介して生成されてよい。
ステップ215において、制御装置36は不活性化システム流路切替弁30に指示して、空気調整システム24からの調節された空気がそれを介して供給される第2流入口を閉じさせ、乾燥ODAのみが不活性化システム12に入るようにする。ステップ220において、制御装置36は燃料タンク流路切替弁32に指示して、乾燥ODAがそれを介して供給される第1流入口を閉じさせて、NEAのみが燃料タンク流路切替弁32を通って流れるようにする。
ステップ225において、制御装置36は燃料電池システム10からのODA出力量を検出する。もしステップ230においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ235において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、両方の排出口を開かせて両方の場所(貨物室38及び燃料タンク40)にODAが供給されるようにする。もしステップ230においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに不十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ240において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、貨物室38への排出口を閉じさせて乾燥装置26への排出口のみが開いているようにする。関連する技術分野における通常の技能を有するものは、制御装置36による具体的な応答は、制御装置36にプログラムされた不活性流及び効率の優先順位づけに関する論理(ロジック)に依存することを理解するだろう。
ステップ245において、制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物及び/又は不活性化システム12からのNEA出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを、貨物室38及び/又は燃料タンク40の入口の近傍に設置されたセンサ48、50及び/又は52を介して検出する。もしステップ250において、燃料電池システム10及び/又は不活性化システム12が最適に動作していないと制御装置36が判断した場合、次いでステップ255において、制御装置36は酸素源流路切替弁34に指示して空気入力に混合されている補助酸素量を調節させてよく、及び/又は、コンプレッサ22に指示して燃料電池システム10に入る酸素流の条件を調節させてよい。
不活性化システム12に(標準の酸素含有量の空気の代わりに)ODAが供給されると、不活性化システム12に供給されるODAの酸素含有量が標準の空気より低く、結果として得られるNEAも酸素含有量がより少ないため、不活性化システム12の効率が向上する。
さらに、コンプレッサに入力される空気の酸素含有量がより多いため、燃料電池システム10の効率も向上する。換言すると、より低い総空気流量で同じ酸素流速を達成することができる。
制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物を最大限有効利用するために必要な頻度で、ステップ225〜255を繰り返す。
さらに、ある実施形態において、図6に示すように、少なくとも一つの冷却装置46が乾燥装置26の上流に設置されてもよい。
(C)質量流量ブースター
ある実施形態に従うと、図9に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出たODAが燃料電池/不活性化システム20全体の質量流量を増幅させるように動作してよい。
ある実施形態に従うと、図9に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出たODAが燃料電池/不活性化システム20全体の質量流量を増幅させるように動作してよい。
ステップ310において、制御装置36は、燃料タンク40への不活性ガス質量流量を増幅するように制御装置36に指示する信号を受信する。その信号は乗務員もしくはパイロットが起動した選択スイッチ、又は燃料タンク40への不活性ガスのスループットがさらに必要な場合に始動されるセンサを介して生成されてよい。
ステップ315において、制御装置36は不活性化システム流路切替弁30に指示して、そこを介して乾燥ODAが供給される第1流入口を閉じさせ、空気調整システム24からの調節された空気のみが不活性化システム12に入るようにする。ステップ320において、制御装置36は燃料タンク流路切替弁32に指示して、両方の流入口を開かせて、乾燥ODA及びNEAが燃料タンク流路切替弁32の両方の流入口を通って流れるようにする。
ステップ325において、制御装置36は燃料電池システム10からのODA出力量を検出する。もしステップ330においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ335において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、両方の排出口を開かせて両方の場所(貨物室38及び燃料タンク40)にODAが供給されるようにする。もしステップ330においてODA出力量が貨物室38及び燃料タンク40の両方に供給するのに不十分であると制御装置36が判断した場合、次いでステップ340において、制御装置36はODA流路切替弁28に指示して、貨物室38への排出口を閉じさせて乾燥装置26への排出口のみが開いているようにする。関連する技術分野における通常の技能を有するものは、制御装置36による具体的な応答は、制御装置36にプログラムされた不活性流及び効率の優先順位づけに関する論理(ロジック)に依存することを理解するだろう。
ステップ345において、制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物及び/又は不活性化システム12からのNEA出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを、貨物室38及び/又は燃料タンク40の入口の近傍に設置されたセンサ48、50及び/又は52を介して検出する。もしステップ350において、燃料電池システム10及び/又は不活性化システム12が最適に動作していないと制御装置36が判断した場合、次いでステップ355において、制御装置36は酸素源流路切替弁34に指示して空気入力に混合されている補助酸素量を調節させてよく、及び/又は、コンプレッサ22に指示して燃料電池システム10に入る酸素流の条件を調節させてよい。
ODAを不活性化システム12を通過させないことにより、他の構成と比べて使用可能な質量流量(燃料電池システム10からのODA及び不活性化システム12からのNEA)が増加することによって、燃料電池/不活性化システム20の全不活性化性能が向上する。
制御装置36は、燃料電池システム10からのODA出力物を最大限有効利用するために必要な頻度で、ステップ325〜355を繰り返す。
さらに、ある実施形態において、図6に示すように、少なくとも一つの冷却装置46が乾燥装置26の上流に設置されてもよい。
(D)燃料浄化装置
ある実施形態に従うと、図7に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出るODAが燃料電池/不活性化システム20全体に燃料浄化をもたらすように動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び不活性化システム12は作動されない。
ある実施形態に従うと、図7に最もよく示されているように、燃料電池/不活性化システム20は、燃料電池システム10から出るODAが燃料電池/不活性化システム20全体に燃料浄化をもたらすように動作してよい。それゆえ、これらの実施形態では空気調整システム24及び不活性化システム12は作動されない。
燃料電池/不活性化システム20が独立型不活性化システムとして動作するように構成されている実施形態について上述したように、これらの実施形態において燃料電池/不活性化システム20はステップ110〜155に従う。しかしながら、独立型不活性化システムの実施形態について上述したように気相の燃料タンク40に乾燥ODAを導入する代わりに、乾燥ODAは燃料タンク40内の液相の燃料内に注入される。ODAを液相の燃料に導入することにより、(燃料内でODAをバブリングすることで)窒素がその溶解度に従って燃料内に溶解する。燃料タンク40内の気圧が低下すると、窒素が燃料から脱し、タンクの気相を窒素リッチにする。
ある実施形態に従うと、図5に示すように、燃料電池システム10は、燃料タンク40及び/又は貨物室38に不活性ガスを供給するために、不活性化システム12、空気調整システム24、又は流路切替弁30又は32を必要とすることなく直接用いられてもよい。ゆえに、これらの実施形態において、不活性化システム12を迂回する必要がないため、ステップ110〜120は除外される。
さらに、ある実施形態において、図5、6に示すように、少なくとも一つの冷却装置46が乾燥装置26の上流に設置されてもよい。
図10は、ある例示的な実施形態に従うコンピュータ装置500の図である。上述したシステム図(例えば図5、6の燃料電池/不活性化システム20)における様々な関連部品及び構成部品(構成要素)は、本文に記載される機能を促進するために、コンピュータ装置500において好適な任意の数のサブシステムを用いてもよい。そのようなサブシステム又は構成要素の例を図5、6に示す。図5、6に示されたサブシステム又は構成要素は、システムバス510又はその他の好適な接続部を介して相互に接続されてよい。上記のサブシステムに加え、例えばプリンタ520、キーボード530、固定ディスク540(又はコンピュータ読み取り可能なメディアを備えるその他の記憶装置)、ディスプレイアダプタ560に連結されたモニタ550、その他のような、さらなるサブシステムが示されている。制御装置36に連結する周辺機器及び入出力(I/O)装置(不図示)は、例えばシリアルポート570などの当該技術分野において知られている任意の数の手段によってシステム500に接続され得る。例えば、制御システム500をインターネット等の広域ネットワーク、マウス入力装置又はスキャナに接続するために、シリアルポート570又は外部インターフェイス580を用いてよい。システムバス510を介した相互接続により、サブシステム間の情報の交換と同様に、中央処理装置590が各サブシステムと通信可能となり、且つ、中央処理装置590がシステムメモリ595又は固定ディスク540からの指示の実行を制御できるようになる。システムメモリ595及び/又は固定ディスク540はコンピュータ読み取り可能なメディア(媒体)として具体化(具現化)されてもよい。
本出願に記載されたソフトウェア要素又は機能は、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)により実装されてもよく、PLCはいかなる好適なPLCプログラミング言語を用いてもよい。他の実施形態では、本出願に記載されたソフトウェア要素又は機能は、例えば従来技術又はオブジェクト指向技術を用いた、例えばJava(登録商標)、C++又はPerlなどの任意の好適なコンピュータ言語を用いる一つ以上の処理装置によって実行されるソフトウェアコードとして実装されてよい。ソフトウェアコードは、一連の指示又は命令として、例えばランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、ハードドライブ、フロッピー(登録商標)ディスク等の磁気媒体、CD−ROM等の光媒体、DNA媒体などのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されてよい。このようなコンピュータ読み取り可能な媒体はいずれも、単一のコンピュータ装置上又は単一のコンピュータ装置内に存在してもよいし、システム又はネットワーク内の異なるコンピュータ装置上又はネットワーク上の異なるコンピュータ装置内に存在してもよい。
本発明は、ソフトウェア、ハードウェア又は両者の組み合わせにおける制御ロジックの形で実装されることができる。制御ロジックは、情報処理装置に命令して本発明の実施形態で開示されたステップの組を実行させるように適応された複数の指示として、情報記憶媒体に記憶されてよい。本文に記載された開示及び教示に基づいて、当該技術分野において通常の知識を有する者は、本発明を実行するための他のやり方及び/又は方法を理解するだろう。
実施形態において、本文に記載されたいかなる物(物体)は、ここに開示された機能及び工程のいずれか又は全てを実行するコンピュータによって具現化され得る。
以上の記載は、本発明の実施形態を例示し、説明し及び記述する目的のために与えられている。これらの実施形態に対するさらなる改変及び改造は、当業者にとっては明らかとなるであろうし、そのような改変及び改造は、本発明の範囲又は精神から逸脱することなしに行い得る。一例として、燃料電池システムの代わりに、航空機の主電力系統から独立した別の好適な電源を用いてよい。
Claims (20)
- 燃料電池/不活性化システムであって、
(a)燃料タンク供給管及び不活性化システム供給管を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
(b)気体流入口及び窒素富化空気排出口を備える少なくとも一つの不活性化システムと、
(c)前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された第1流入口、第2気体供給源に連結された第2流入口、及び前記少なくとも一つの不活性化システムの前記気体流入口に連結された排出口を備える、少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁と、
(d)前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された第1流入口、前記少なくとも一つの不活性化システムの前記窒素富化空気排出口に連結された第2流入口、及び燃料タンクに連結された排出口を備える、少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と、
(e)制御装置と、
(f)前記制御装置、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁、及び前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁と通信している一つ以上の処理装置と、
(g)指示を含む記憶装置とを備え、該指示は、前記一つ以上の処置装置によって実行された場合に、
前記一つ以上の処理装置に信号を受信させ、該信号は、前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように、前記少なくとも一つの不活性化システムに酸素貧化空気を供給するように、又は前記燃料タンクへの質量流量を増幅するように、前記制御装置に対して指示する信号であり、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に対して信号を伝達させ、該信号は、(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第1及び第2流入口の両方を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムに酸素貧化空気を供給するように指示された場合に、前記第2気体供給源に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記不活性化システム供給管に連結された、前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁の第1流入口を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの不活性化システム流路切替弁に指示する信号であり、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に対して信号を伝達させ、該信号は、(i)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムを迂回するように指示された場合に、前記少なくとも一つの不活性化システムの窒素富化空気排出口に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第2流入口を閉じること、(ii)前記制御装置が前記少なくとも一つの不活性化システムに酸素貧化空気を供給するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記燃料タンク供給管に連結された、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第1流入口を閉じること、又は(iii)前記制御装置が前記燃料タンクへの前記質量流量を増幅するように指示された場合に、前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁の前記第1及び第2流入口の両方を閉じることのうち、少なくとも一つを実行するように前記少なくとも一つの燃料タンク流路切替弁に指示する信号である燃料電池/不活性化システム。 - 前記第2気体供給源が少なくとも一つの空気調整システムを備える請求項1に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの燃料電池システムの酸素貧化空気排出口に連結された流入口、貨物室に連結された第1排出口、並びに前記不活性化システム供給管及び前記燃料タンク供給管に連結された第2排出口を備える少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁をさらに備える請求項1に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁の前記第2排出口に連結された少なくとも一つの乾燥装置をさらに備える請求項3に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記指示が前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、前記指示は、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの燃料電池システムからの酸素貧化空気出力量を検出させ、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に対して信号を伝達させ、該信号は、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口の両方を開くように指示し、又は、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに不十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口のうち一方を閉じるように指示する信号である請求項3に記載の燃料電池/不活性化システム。 - 空気供給源に連結された第1流入口及び補助酸素源に連結された第2流入口を備える少なくとも一つの酸素源流路切替弁をさらに備える請求項1に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁の前記第1流入口に連結された少なくとも一つのコンプレッサをさらに備える請求項6に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記指示が前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、前記指示は、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの燃料電池システムからの酸素貧化空気出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つ、又は、前記少なくとも一つの不活性化システムからの窒素富化空気出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを検出させ、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つのコンプレッサに対して信号を伝達させ、該信号は、前記少なくとも一つの燃料電池システム及び/又は前記少なくとも一つの不活性化システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの燃料電池システムに入る空気供給の条件を調節させる信号である請求項7に記載の燃料電池/不活性化システム。 - 前記指示が前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、前記指示は前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に対して信号を伝達させ、
該信号は、前記少なくとも一つの燃料電池システム及び/又は前記少なくとも一つの不活性化システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に、前記第1及び第2流入口の両方を開けて前記空気供給に混合されている前記補助酸素の量を調節するように指示する信号である請求項8に記載の燃料電池/不活性化システム。 - 前記少なくとも一つの不活性化システムの酸素富化空気排出口が前記空気供給源に連結されている請求項6に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの燃料電池システムの電力出力が前記少なくとも一つのコンプレッサに接続されている請求項7に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 燃料電池/不活性化システムであって、
(a)酸素貧化空気排出口を備える少なくとも一つの燃料電池システムと、
(b)燃料タンクに連結された少なくとも一つの乾燥装置と、
(c)前記少なくとも一つの燃料電池システムの前記酸素貧化空気排出口に連結された流入口、貨物室に連結された第1排出口、及び前記少なくとも一つの乾燥装置に連結された第2排出口を備える少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁と、
(d)制御装置と、
(e)前記制御装置及び前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁と通信している一つ以上の処理装置と、
(f)指示を含む記憶装置とを備え、該指示は、前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、
前記一つ以上の処理装置に前記少なくとも一つの燃料電池システムからの酸素貧化空気出力量を検出させ、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に対して信号を伝達させ、該信号は、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口の両方を開くように指示する、又は、前記酸素貧化空気出力量が前記貨物室及び前記燃料タンクに供給するのに不十分であると前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁に前記第1及び第2排出口のうち一方を閉じるように指示する信号である燃料電池/不活性化システム。 - 空気供給源に連結された第1流入口、及び補助酸素源に連結された第2流入口を備える少なくとも一つの酸素源流路切替弁をさらに備える請求項12に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁の前記第1流入口に連結された少なくとも一つのコンプレッサをさらに備える請求項13に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記指示が前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、前記指示は、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つの燃料電池システムからの酸素貧化空気出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを検出させ、
前記一つ以上の処理装置に、前記少なくとも一つのコンプレッサに対して信号を伝達させ、該信号は、前記少なくとも一つの燃料電池システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に前記燃料電池システムに入る空気供給の条件を調節させる信号である請求項14に記載の燃料電池/不活性化システム。 - 前記指示が前記一つ以上の処理装置によって実行された場合に、前記指示は、前記一つ以上の処理装置に前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に対して信号を伝達させ、
該信号は、前記少なくとも一つの燃料電池システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に、前記第1及び第2流入口の両方を開けて前記空気供給に混合されている前記補助酸素量を調節するように指示する信号である請求項15に記載の燃料電池/不活性化システム。 - 前記少なくとも一つの燃料電池システムの電力出力が前記少なくとも一つのコンプレッサに接続されている請求項14に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 前記少なくとも一つの乾燥装置の上流に配置され、且つ前記少なくとも一つの酸素貧化空気流路切替弁の前記第2排出口に連結された少なくとも一つの冷却装置をさらに備える請求項12に記載の燃料電池/不活性化システム。
- 少なくとも一つの燃料電池システム、少なくとも一つの乾燥装置、少なくとも一つのコンプレッサ、及び制御装置を備える燃料電池/不活性化システムの作動方法であって、
前記少なくとも一つの燃料電池システムからの酸素貧化空気出力物の温度、圧力及び酸素含有量のうち少なくとも一つを検出することと、
前記少なくとも一つの燃料電池システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に前記少なくとも一つの燃料電池システムに入る空気供給の条件を調節させる信号を、前記少なくとも一つのコンプレッサに伝達することとを含む燃料電池/不活性化システムの動作方法。 - 前記燃料電池/不活性化システムは、空気供給源に連結された第1流入口及び補助酸素源に連結された第2流入口を備える少なくとも一つの酸素源流路切替弁をさらに備え、
前記少なくとも一つの燃料電池システムが最適に動作していないと前記制御装置が判断した場合に、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に、前記第1及び第2流入口の両方を開けて前記空気供給に混合されている前記補助酸素量を調節するように指示する信号を、前記少なくとも一つの酸素源流路切替弁に伝達することをさらに含む請求項19に記載の燃料電池/不活性化システムの作動方法。
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