JP5436539B2 - 高温燃料電池の代替経路冷却 - Google Patents

Description

本願は、「高温燃料電池の代替経路冷却」に関する発明を開示する。

燃料電池は、流入燃料流と酸化剤流との間の電気化学反応を発生させて発電することにより動作する。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のような多くの燃料電池は、高温で動作する。電池故障を防ぐためには、燃料電池内の電気化学反応により発生する廃熱を除去して、燃料電池の温度を制御せねばならない。典型的な熱管理システムは、電気化学反応に必要な量を超えた余分の反応物を燃料電池を通じて循環させて、熱を吸収することを含む。しかしながら、燃料電池が航空機上で利用される航空機搭載用途といったある特定の用途においては、重量が最重要事項である。燃料電池の温度維持に必要な余分の反応物を保管することは、重量の点で禁止されかねない。

燃料電池から出る気体は、冷却のために流入反応物流へと再循環可能である。しかしながら、そうするためには、燃料電池から吸収された熱が原因となり、再利用流を冷却する追加の冷却サブシステムが必要である。追加の冷却サブシステムにより、制御システムがより複雑となり、輸送手段の熱負荷が追加され、システム全体の重量が増大する。別の従来の熱管理システムは、保管された冷却剤を燃料電池および冷却サブシステムを通じて循環させるための別個の閉鎖系冷却ループを含む。上に説明した他の熱管理システムと同様に、別個の閉鎖系冷却ループにより、重量が増大し、かつ、追加のポンプ、冷却剤、ラインおよび消費電力要件とともに複雑性が増す。

これらの考慮事項およびその他に関して、ここに記載する開示が提示される。

本概要は、詳細な説明において下にさらに説明する概念から選ばれた一部を単純化した形態で紹介するよう提供されていることを理解されたい。本概要は、特許請求される主題の範囲を限定するよう用いられることを意図されていない。

ここに説明するシステムおよび方法は、用途により空気または水などの周囲の冷却剤を用いて燃料電池の冷却を可能とする。ここに提供されている開示の一態様にしたがって、反応物とは別個の冷却剤を燃料電池に提供する。冷却剤は、燃料電池を通じて流れ、熱を吸収した後に、燃料電池から放出され、そこから離れた方向へ導かれる。さまざまな実施形態にしたがって、流入する周囲の冷却剤は、燃料電池に付随する輸送手段の環境を通じた動きから生じるラム圧力を用いるか、または、コンプレッサやポンプのような流れ制御装置を用いて、燃料電池を通じて導かれてもよい。これに加えて、実施形態は、加熱された冷却剤を燃料電池からタービンへと導き、このタービンを今度は追加の発電用発電機の駆動またはコンプレッサの駆動に用いることができる。加熱された冷却剤はまた、熱衝撃による燃料電池の損傷を防ぐために、燃料電池に流入する前に、流入する周囲の冷却剤内へ再循環して、周囲の冷却剤の温度を上昇させてもよい。

取り上げた特徴、機能および利点は、本発明のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わせてもよい。

図１は、ここに提示されているさまざまな実施形態に係る燃料電池冷却システムを示すブロック図である。 図２は、ここに提示されているさまざまな実施形態に係る、タービン駆動コンプレッサを利用した燃料電池冷却システムを示すブロック図である。 図３は、ここに提示されているさまざまな実施形態に係る、再循環冷却剤を利用して燃料電池に流入する周囲の冷却剤の温度を上昇させる燃料電池冷却システムを示すブロック図である。 図４は、ここに提示されているさまざまな実施形態に係る、システム内のさまざまな段階における熱伝達を示すための燃料電池冷却システムを通じた冷却剤の流れを示す略図である。 図５は、ここに提示されているさまざまな実施形態に係る、高温燃料電池の温度を制御するための方法を示す工程系統図である。

詳細な説明
以下の詳細な説明は、燃料電池の温度を制御するためのシステムおよび方法に関する。上に簡潔に取り上げたように、燃料電池システムは、燃料および酸化剤という２つの入力流を含む。典型的な熱管理システムは、余分な反応物流および／または別個の閉鎖系冷却ループを利用して、対応する燃料電池の温度を制御する。これらシステムは、燃料電池が、重量、空間および電力の厳しい制約を有する輸送手段またはプラットホームにおいて動作する際は、常に最適であるとは限らない。

本開示全体にわたり、航空機または航空機サブシステムのための発電に用いられるＳＯＦＣのような高温燃料電池の動作に関して、例示目的でさまざまな実施形態を説明する。ただし、ここに提供されている開示は、冷却剤の周囲の流れが容易に得られるあらゆる用途において用いられるあらゆる種類の燃料電池に等しく適用可能であることは理解されたい。ここに開示されている「冷却剤」の一例として、航空機および輸送手段は、周辺の空気を通じて自らを推進し、ここで説明されているさまざまな実施形態にしたがって冷却剤として用いることのできる周囲の空気流を発生させている。同様に、船舶および潜水艦といった大型船は、周辺の水を通じて自らを推進し、さまざまな実施形態に関連して下に説明する冷却剤として用いることのできる周囲水流を発生させている。よって、ここで説明されている「周囲の冷却剤」および「冷却剤」の流れは、あらゆる流体の流れに該当し、さまざまな実施形態によれば、冷却される燃料電池を含むプラットホームを取り囲む環境内の流体に該当する。「周囲の冷却剤」の流れはまた、冷却剤の流れがシステムに導かれる定置システムにも該当する。

ここに説明されている概念および技術を利用して、高温燃料電池システムは、燃料電池スタックの熱制御を可能とするように動作させ、燃料電池へ流入する反応物流とは別個の冷却剤流を利用することができる。燃料電池内の熱交換により一旦加熱されると、加熱された冷却剤は、追加の電力を発生させ、かつ／または、下に説明するようにさらなるシステム構成部品を駆動するために利用してもよい。保管部ではなく周囲の環境から別個の冷却剤流が燃料電池システムに入力されること、ならびに、システム構成部品の駆動および追加の発電のために燃料電池からの廃熱を含む出力冷却剤を利用してもよいことから、ここに開示されている実施形態は、効率的かつ重量の面で効果的な熱管理システムを提供できる。

以下の詳細な説明において、その一部を成し、かつ、例示、特定の実施形態または実施例により示される添付図面に言及する。ここで、いくつかの図を通じて同様の番号が同様の構成要素を表す図面を参照して、高温燃料電池冷却システムの熱管理を説明する。図１は、ここに説明されている一実施形態に係る高温燃料電池冷却システム１００を示す。高温燃料電池冷却システム１００は、酸素および燃料を含む反応物１０４の電気化学反応から水および電気のような生成物１０６を発生させる働きをする燃料電池１０２を含む。

非反応性冷却剤１０８は、燃料電池１０２へと送られる。一実施形態にしたがって、非反応性冷却剤１０８は、高温燃料電池冷却システム１００を含む輸送手段を急激に通過する周囲の空気から高温燃料電池冷却システム１００により捕捉されるラム空気を含む。ラム空気を燃料電池１０２へ供給するための冷却剤供給機構は、周囲の空気流を捕捉して燃料電池１０２内およびこれを通じて伝達するダクティングおよびその他の何らかの構成部品を含んでもよい。図２に関連して、下に代替冷却剤供給機構の一例を説明する。

燃料電池１０２内において、周囲の空気は、燃料電池全体を通じてダクト、導管、開口またはその他の流路を介して送られ、内部の電気化学反応からの廃熱を吸収することができる。このようにして、燃料電池１０２または非反応性冷却剤１０８に熱接続する燃料電池の部分は、熱交換器として動作し、より高温の燃料電池からより低温の非反応性冷却剤１０８へと熱を伝達する。廃熱で飽和した非反応性冷却剤１０８を含む加熱された冷却剤１１０が燃料電池１０２から放出される。

高温燃料電池冷却システム１００は、燃料電池１０２から加熱された冷却剤１１０を受け取り、これを廃棄またはそうでなければ利用する熱廃棄機構を含んでもよい。加熱された冷却剤１１０は、ここに説明されているさまざまな実施形態にしたがったあらゆる数および組み合わせの手法で利用してもよい。第一に、熱廃棄機構は単に、加熱された冷却剤１１０を周囲の環境へ逃すためのダクティングおよび構成部品を含んでもよい。例えば、燃料電池１０２を強制的に通過させられるラム空気を大気中へ放出してもよい。

代替熱廃棄機構は、図１に示されているようにタービン１１２を含んでいてもよい。タービン１１２は、発電機１１４に結合されていてもよい。本実施形態において、加熱された冷却剤１１０は、タービン１１２を駆動し、これが今度は発電機１１４を駆動して、電気を発生させる。発電機１１４は、燃料電池１０２内で電気化学反応により発生した電力に加えて、航空機システムに電力を供給可能である。タービン１１２を後にした加熱された冷却剤１１０は、周囲の環境へ逃されてもよい。熱廃棄機構はさらに再循環装置３０２を含んでもよく、この再循環装置３０２を図３に関して下に詳説する。

図２は、代替冷却剤供給機構を利用する代替高温燃料電池冷却システム２００を示す。特に、代替冷却剤供給機構は、非反応性冷却剤１０８を燃料電池１０２に供給するためのコンプレッサ２０２を含む。本実施形態によると、ラム空気は、燃料電池１０２の冷却には利用されない。むしろ、低圧非反応性周囲空気流がコンプレッサ２０２へ送られ、これにより、非反応性冷却剤１０８をある程度加圧して、燃料電池１０２へ供給する。一例として、再生式高高度航空機電力システムにおいて、酸素および水素はいずれも加圧下で保管される。しかしながら、冷却空気流は反応性がないので、該空気流を高度に加圧する必要はないだろう。この結果、コンプレッサ２０２は、中間冷却なしの単一段階システムを利用することができる。

さらに本実施形態にしたがって、燃料電池１０２からの加熱された冷却剤１１０を管理するための上に説明した熱廃棄機構のタービン１１２を用いて、コンプレッサ２０２を機械的に駆動する。コンプレッサはまた、代替電源のような他の手段により、または発電機（１１４）から駆動されてもよい。加熱された冷却剤１１０の特徴により、タービン１１２および発電機１１４の所望の出力が得られるのであれば、タービン１１２および発電機１１４を利用して、本開示の範囲内のあらゆる数および種類の所望のプラットホーム構成部品を機械的または電気的に駆動してもよいことは理解されるべきである。

図３を参照して、さらに別の代替高温燃料電池冷却システム３００は、加熱された冷却剤１１０の一部を燃料電池１０２内に流入する非反応性冷却剤１０８へと再度送る再循環装置３０２を含む。再循環装置３０２は、燃料電池へ流入する非反応性冷却剤１０８流に加熱された冷却剤１１０を供給する働きをするファンまたはエジェクタを含んでいてもよい。コンプレッサ２０２を出る周囲の冷却剤と燃料電池１０２との間に存在する可能性のある相当の温度差が原因となり、燃料電池１０２反応より大幅に温度の低い非反応性冷却剤１０８の利用から生じるであろう熱衝撃により燃料電池１０２が損傷する可能性が高いかもしれない。その結果、ここに説明する実施形態は、コンプレッサ２０２を出る非反応性冷却剤１０８の温度より高いが、燃料電池１０２の温度より低い温度まで非反応性冷却剤１０８流を加熱することができる。

さまざまな実施形態にしたがって、燃料電池１０２から上流で加熱された冷却剤１１０による非反応性冷却剤１０８の加熱が、２つの流れを実際に混合することにより、または、非反応性冷却剤１０８と加熱された冷却剤１１０が混じり合うことなしに２つの流れを熱接触させることを介して、行われるかもしれない。２つの流れを混じり合わせることなしに加熱された冷却剤１１０からの熱を非反応性冷却剤１０８へと伝達するために、回収熱交換器または熱交換器を用いてもよい。回収熱交換器を利用した実施構成を図４に関して説明する。

図４は、高温燃料電池冷却システム４００を通じた冷却剤流の経路を示す。ここで、システム内の種々の段階におけるさまざまな熱伝達を例示的な温度値を用いて説明する。説明される温度値は例示目的でしかないことは理解されるべきである。高温燃料電池冷却システム４００のさまざまな段階間の実際の温度差は、あらゆる数の要因に依存している。これら要因には、なかでも、燃料電池１０２の動作特性、非反応性冷却剤１０８の熱容量、システム全体にわたる非反応性冷却剤１０８の流量、コンプレッサ２０２およびタービン１１２の動作仕様、ならびに、回収熱交換器４０２の特性が含まれるがこれらに限定されない。

段階１において、非反応性冷却剤１０８は、高高度にある航空機の外側からの周囲の空気流として、−５１℃でコンプレッサ２０２に流入する。非反応性冷却剤１０８は、コンプレッサにより加圧されるにつれて加熱し、段階２におおいて８４℃でコンプレッサ２０２を後にする。非反応性冷却剤１０８は、段階２から回収熱交換器４０２へ流入する。上に説明したように、回収熱交換器４０２は、燃料電池１０２に流入する非反応性冷却剤１０８と燃料電池１０２内の熱との過剰な温度差の結果、熱衝撃により燃料電池１０２が損傷するのを防ぐために、燃料電池１０２からの加熱された冷却剤１１０から燃料電池１０２に流入する非反応性冷却剤１０８へと熱を伝達する熱交換器である。回収熱交換器４０２内で非反応性冷却剤１０８を加熱した後、非反応性冷却剤１０８は、回収熱交換器４０２を後にして、段階３において６２５℃で燃料電池１０２に流入する。

非反応性冷却剤１０８は、燃料電池１０２内においてさらに熱を吸収して、加熱された冷却剤１１０となる。加熱された冷却剤１１０は、燃料電池１０２を後にして、段階４において８００℃で回収熱交換器４０２に再流入する。加熱された冷却剤１１０は、回収熱交換器４０２内の非反応性冷却剤１０８の加熱に用いられる。加熱された冷却剤１１０は、回収熱交換器４０２を後にして、段階５において２４６℃でタービン１１２に流入する。加熱された冷却剤はさらに、タービン１１２を通じて冷却され、段階６において１１０℃でタービン１１２を後にする。

ここで図５に注目して、高温燃料電池１０２の温度を管理するための例示的な手順５００を詳細に説明する。図５に示され、かつ、ここに説明されているより多くのまたは少ない動作を行ってもよいことは理解されたい。そのうえ、これら動作は、ここでの説明とは異なる順序で行うこともできる。手順５００は、非反応性冷却剤１０８が燃料電池１０２を通じて送られる動作５０２で開始する。上に説明したように、非反応性冷却剤１０８は、ラム空気として燃料電池１０２により、または、コンプレッサ２０２を用いて駆動することができる。動作５０４において、燃料電池１０２からの熱は、低温非反応性冷却剤１０８へ伝達されて、加熱された冷却剤１１０を生成する。加熱された冷却剤１１０は、動作５０６において燃料電池１０２から離れた方向へ導かれる。

高温燃料電池冷却システム３００が、動作５０８において熱廃棄機構の一部としてタービン１１２を含んでいなければ、手順５００は、動作５１０へ進む。動作５１０では、加熱された冷却剤１１０が、環境へ逃されるか、または、高温燃料電池冷却システムが動作５２２において下に説明するような再循環システムを含んでいる場合は、部分的に再循環される。しかしながら、高温燃料電池冷却システム１００がタービン１１２を含んでいれば、手順５００は、動作５０８から動作５１２へと続く。コンプレッサ２０２が、高温燃料電池冷却システム３００内に存在し、かつ、燃料電池１０２への非反応性冷却剤１０８の提供に利用されれば、手順５００は、動作５１２を介して動作５１４へと続く。ここで、コンプレッサは、タービン１１２を用いて駆動されている。しかしながら、非反応性冷却剤１０８が、ラム空気として直接燃料電池１０２へ供給される場合、手順５００は、動作５１２から動作５１６へと進む。

発電機１１４が、動作５１６において高温燃料電池冷却システム３００内に存在していなければ、手順５００は、動作５２２へと進み、下に説明するように引き続き行われる。しかしながら、発電機１１４を高温燃料電池冷却システム３００内で利用する予定であれば、手順は、タービン１１２を用いて発電機１１４を駆動して発電する動作５１８へと続く。動作５２０において、電気は、高温燃料電池冷却システム３００が利用されているプラットホームに付随する１つ以上のシステムへと送られる。ここに説明されている燃料電池１０２の電気化学反応により発生した電気に加えて、加熱された冷却剤１１０を利用して発電することにより、燃料電池システム全体の効率が高まる。

高温燃料電池冷却システム３００が、動作５２２において加熱された冷却剤１１０を再度非反応性冷却剤１０８へ再利用するための再循環システムを含まない場合、手順５００は終了する。しかしながら、高温燃料電池冷却システム３００が再循環装置３０２を含めば、手順５００は、動作５２２から動作５２４へと続く。ここで、加熱された冷却剤１１０の一部が、燃料電池１０２に流入する非反応性冷却剤１０８流へ再循環される。上に説明したように、加熱された冷却剤１１０の再循環流は、タービン１１２の前段といった流れシステム中の早い段階に位置していてもよい。加熱された冷却剤１１０は、燃料電池１０２の熱衝撃を防ぐように非反応性冷却剤１０８流の温度上昇に用いられる。回収熱交換器４０２は、上に説明したように用いて、加熱された冷却剤１１０から非反応性冷却剤１０８への熱伝達を可能としてもよい。

ここに記載した開示が、高温燃料電池の温度を管理するための重量の点で効率的なプロセスを提供することは、上に説明したさまざまな実施形態から明らかなはずである。燃料電池１０２を冷却するために非反応性周囲空気流または水流を利用することにより、冷却目的で用いられる過剰の反応物１０４の保管、および、別個の閉鎖系冷却ループの提供が回避できる。そのうえ、上に説明した高温燃料電池冷却システム３００は、特定の用途のパラメータにしたがったシステムを調整するための柔軟性を提供する。例えば、非反応性冷却剤１０８は、プラットホームの動作パラメータにより、ラム空気またはコンプレッサを介して提供されてもよい。同様に、タービン１１２を高温燃料電池冷却システム３００に追加して、加熱された冷却剤１１０内のエネルギーのいくらかを再捕捉してもよく、次いで、このエネルギーを用いてコンプレッサ２０２の駆動および／または発電機１１４を用いた追加の発電を行うことにより、燃料電池システム全体の効率を高めることができる。

上に説明した主題は、例示のみにより提供されており、限定的に解釈されるべきではない。例示および説明された例としての実施形態および用途に従うことなく、かつ、本発明の真の精神および以下の請求項に記載されている範囲から逸脱することなく、ここに説明した主題に対して、さまざまな修正および変更を行ってもよい。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
燃料電池の熱管理のためのシステムであって、前記システムが、
非反応性冷却剤を燃料電池に供給する働きをする冷却剤供給機構と、
前記冷却剤供給機構から非反応性冷却剤を受け取り、非反応性冷却剤を燃料電池の一部を通じて送ることにより燃料電池からの熱を吸収して、加熱された冷却剤を生成し、加熱された冷却剤を燃料電池から放出するよう構成されている燃料電池内の熱交換器と、
前記熱交換器から放出された加熱された冷却剤を受け取り、加熱された冷却剤を燃料電池から離れた方向へ導くよう構成されている熱廃棄機構と
を含むシステム。
（態様２）
非反応性冷却剤が、周囲の空気流を含む態様１に記載のシステム。
（態様３）
周囲の空気流が、ラム空気を含み、前記冷却剤供給機構が、ラム空気を前記熱交換器内へ送るための吸気口を含み、かつ、前記熱交換器が、燃料電池の一部を介してラム空気を送り、燃料電池からの熱を吸収するための導管を含む態様２に記載のシステム。
（態様４）
前記冷却剤供給機構が、周囲の空気流を加圧し、かつ、周囲の空気流を前記熱交換器へと導くよう構成されているコンプレッサを含む態様２に記載のシステム。
（態様５）
非反応性冷却剤が、周囲の水流を含む態様１に記載のシステム。
（態様６）
前記熱廃棄機構が、前記熱交換器から放出される加熱された冷却剤の流れから機械的エネルギーを発生させるよう構成されているタービンを含む態様１に記載のシステム。
（態様７）
タービンが、発電機に結合されていることにより、加熱された冷却剤の流れから発生した機械的エネルギーから電気を生成可能である態様６に記載のシステム。
（態様８）
前記冷却剤供給機構が、周囲の空気流を加圧し、かつ、周囲の空気流を前記熱交換器へと導くよう構成されているコンプレッサを含み、かつ、タービンが、コンプレッサを駆動するようさらに構成されている態様６に記載のシステム。
（態様９）
前記熱廃棄機構が、加熱された冷却剤を周囲環境へ逃すよう構成されている排気口を含む態様１に記載のシステム。
（態様１０）
前記熱廃棄機構が、加熱された冷却剤の一部を非反応性冷却剤と組み合わせることにより、非反応性冷却剤の温度を上昇させ、非反応性冷却剤と燃料電池からの熱との間の温度差を減少させる働きをする再循環装置を含む態様１に記載のシステム。
（態様１１）
燃料電池が、航空機システムに電力を提供する固体酸化物形燃料電池を含み、非反応性冷却剤が、ラム空気を含み、加熱された冷却剤が、加熱されたラム空気を含み、前記熱廃棄機構が、前記熱交換器から放出される加熱されたラム空気の流れから機械的エネルギーを生成するよう構成されているタービンを含む態様１に記載のシステム。
（態様１２）
燃料電池を熱的に管理するための方法であって、
反応物を燃料電池内へ導くこと、
燃料電池内の化学反応における反応物を利用して、生成物および廃熱を発生させること、
燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて、燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより、加熱された冷却剤を発生させること、および、
燃料電池から加熱された冷却剤を導くことを含む方法。
（態様１３）
燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより加熱された冷却剤を発生させることが、燃料電池を通じてラム空気を導いて、加熱された空気を発生させることを含む態様１２に記載の方法。
（態様１４）
燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより加熱された冷却剤を発生させることが、周囲の空気流を加圧し、かつ、周囲の空気流を燃料電池へと導くよう構成されているコンプレッサを通じて周囲の空気流を導くことを含む態様１２に記載の方法。
（態様１５）
コンプレッサを駆動するよう構成されているタービンを通じて、燃料電池から加熱された周囲の空気流を導くことをさらに含む態様１４に記載の方法。
（態様１６）
加熱された冷却剤の流れから機械的エネルギーを発生させるよう構成されているタービンを通じて、燃料電池から加熱された冷却剤を導くことをさらに含む方法であって、タービンが、発電機に結合されていることにより、タービンにより発生した機械的エネルギーから電気を生成可能である態様１２に記載の方法。
（態様１７）
燃料電池から加熱された冷却剤の一部を非反応性冷却剤へ導いてから、燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導くことにより、非反応性冷却剤の温度を上昇させ、非反応性冷却剤と燃料電池との間の温度差を減少させることをさらに含む態様１２に記載の方法。
（態様１８）
燃料電池を熱的に管理するための方法であって、
非反応性冷却剤を加圧する働きをするコンプレッサを通じて非反応性空気流を導くこと、
コンプレッサにおいて加圧された非反応性空気流を燃料電池へ導くこと、
燃料電池から非反応性空気流へ熱を伝達して、廃熱空気流を発生させること、
廃熱空気流をタービンへ導き、機械的エネルギーを発生させること、および、
タービンからの機械的エネルギーを利用して、コンプレッサを駆動することを含む方法。
（態様１９）
タービンからの機械的エネルギーを利用して、発電機を駆動することをさらに含む態様１８に記載の方法。
（態様２０）
廃熱空気流の一部を非反応性空気流へ再循環させてから、非反応性空気流をコンプレッサから燃料電池へ導くことにより、非反応性空気流の温度を上昇させ、非反応性空気流と燃料電池との間の温度差を減少させることをさらに含む態様１８に記載の方法。

Claims (13)

1. 燃料電池の熱管理のためのシステムであって、前記システムが、
   非反応性冷却剤を燃料電池に供給する働きをする冷却剤供給機構と、
   前記冷却剤供給機構から非反応性冷却剤を受け取り、非反応性冷却剤を燃料電池の一部を通じて送ることにより燃料電池からの熱を吸収して、加熱された冷却剤を生成し、加熱された冷却剤を燃料電池から放出するよう構成されている燃料電池内の熱交換器と、
   前記熱交換器から放出された加熱された冷却剤を受け取り、加熱された冷却剤を燃料電池から離れた方向へ導くよう構成されている熱廃棄機構とを含み、
   前記熱廃棄機構が、燃料電池から導かれた加熱された冷却剤の一部と非反応性冷却剤とを、混じり合うことなしに、熱接触させることにより、燃料電池に供給される非反応性冷却剤の温度を上昇させ、非反応性冷却剤と燃料電池からの熱との間の温度差を減少させる再循環装置を含む、システム。
2. 非反応性冷却剤が、周囲の空気流を含む請求項１に記載のシステム。
3. 周囲の空気流が、ラム空気を含み、前記冷却剤供給機構が、ラム空気を前記熱交換器内へ送るための吸気口を含み、かつ、前記熱交換器が、燃料電池の一部を介してラム空気を送り、燃料電池からの熱を吸収するための導管を含む請求項２に記載のシステム。
4. 前記冷却剤供給機構が、周囲の空気流を加圧し、かつ、周囲の空気流を前記熱交換器へと導くよう構成されているコンプレッサを含む請求項２に記載のシステム。
5. 非反応性冷却剤が、周囲の水流を含む請求項１に記載のシステム。
6. 前記熱廃棄機構が、前記熱交換器から放出される加熱された冷却剤の流れから機械的エネルギーを発生させるよう構成されているタービンを含み、タービンが、発電機に結合されていることにより、加熱された冷却剤の流れから発生した機械的エネルギーから電気を生成可能である請求項１に記載のシステム。
7. 前記冷却剤供給機構が、周囲の空気流を加圧し、かつ、周囲の空気流を前記熱交換器へと導くよう構成されているコンプレッサを含み、かつ、タービンが、コンプレッサを駆動するようさらに構成されている請求項６に記載のシステム。
8. 前記熱廃棄機構が、加熱された冷却剤を周囲環境へ逃すよう構成されている排気口を含む請求項１に記載のシステム。
9. 燃料電池が、航空機システムに電力を提供する固体酸化物形燃料電池を含み、非反応性冷却剤が、ラム空気を含み、加熱された冷却剤が、加熱されたラム空気を含み、前記熱廃棄機構が、前記熱交換器から放出される加熱されたラム空気の流れから機械的エネルギーを生成するよう構成されているタービンを含む請求項１に記載のシステム。
10. 燃料電池を熱的に管理するための方法であって、
    反応物を燃料電池内へ導くこと、
    燃料電池内の化学反応における反応物を利用して、生成物および廃熱を発生させること、
    燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて、燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより、加熱された冷却剤を発生させること、
    燃料電池から加熱された冷却剤を導くこと、および、
    燃料電池から導かれた加熱された冷却剤の一部と非反応性冷却剤とを、混じり合うことなしに、熱接触させることにより、燃料電池に導かれる非反応性冷却剤の温度を上昇させ、非反応性冷却剤と燃料電池との間の温度差を減少させることを含む方法。
11. 燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより加熱された冷却剤を発生させることが、燃料電池を通じてラム空気を導いて、加熱された空気を発生させることを含む請求項１０に記載の方法。
12. 燃料電池を通じて非反応性冷却剤を導いて燃料電池からの廃熱の一部を吸収することにより加熱された冷却剤を発生させることが、周囲の空気流を加圧し、かつ、コンプレッサを駆動するよう構成されているタービンを通じて、周囲の空気流を燃料電池へと導き、かつ燃料電池から導くよう構成されているコンプレッサを通じて周囲の空気流を導くことを含む請求項１０に記載の方法。
13. 加熱された冷却剤の流れから機械的エネルギーを発生させるよう構成されているタービンを通じて、燃料電池から加熱された冷却剤を導くことをさらに含む方法であって、タービンが、発電機に結合されていることにより、タービンにより発生した機械的エネルギーから電気を生成可能である請求項１０に記載の方法。

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