[发明专利]燃料电池应急系统

说明书

本申请要求2005年3月7日提交的美国临时专利申请60/659 359和2005年3月7日提交的德国专利申请102005010399.5的优先权，其公开内容在此处引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用于飞行器的应急动力供应。具体地讲，本发明涉及一种为飞行器供应动力的燃料电池系统、包括相应燃料电池系统的飞行器、燃料电池系统的应用以及飞行器中应急动力供应的方法。

背景技术

现代飞行器中，假如发动机、发电机或者液压系统失效，使用冲压空气涡轮(RAT)通过产生朝向转子的自由流来提供应急动力。此处，冲压空气涡轮在非操作状态时位于空气动力包层内，而在紧急状况下以机械方式打开。

根据飞行器的系统构造，通过气流驱动的冲压空气涡轮的转子轴为液压泵或发电机供以动力。此处冲压空气涡轮的能量首先用于基本飞行控制。

冲压空气涡轮系统由于展开机构(打开机构)及旋转部件的原因而使机械结构复杂。该系统性能随着飞行速度的降低以及外界压力的下降而下降，然而恰恰在降落之前或降落时对于应急动力的需求格外高。冲压空气涡轮及其操作性不能被持久的监测。冲压空气涡轮只能在尽可能不被飞行器附面层影响的气流中才能保证最大动力输出。为此，将冲压空气涡轮整合到飞行器中是一个复杂的过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的应急动力供应系统。

根据本发明的示例性实施方式，通过为飞行器供应动力的燃料电池系统实现了上述目的，其包括燃料电池、储氢罐和储氧罐，其中储氢罐和储氧罐连接到燃料电池以供给燃料电池。

该燃料电池系统的实施方式总是确保燃料电池在其运行的全程供应有足量的氢气和氧气，即使飞行器处于例如外部气压较低的高空也是如此。直接从相应容器或储罐中为燃料电池系统供应氢气和氧气确保了燃料电池系统的快速启动，而不必为了供给燃料电池而预先压缩周围空气。因为燃料电池系统具有很少或不具有活动部件，因此保证了很高的系统实用性。

在本发明另一示例性实施方式中，燃料电池设计成低温燃料电池，其中燃料电池设置在飞行器机舱内。

将燃料电池设置在飞行器机舱内有利于在飞行器正常运行期间一直提供足够高的环境温度，使得即使没有预热阶段燃料电池也能够直接快速地启动。这样可以有利地节省加热能量，如果燃料电池安装在机舱的加热加压区域之外的周围条件下则加热能量是必需的。

在本发明另一示例性实施方式中，储氢罐设计成氢压缩气瓶；以及储氧罐的形式是氧压缩气瓶。

这样提供了氢资源和氧资源可靠且灵活的聚积和储存。例如，氢压缩气瓶和氧压缩气瓶能够存放成便于维护人员接近的方式，从而维护人员能够检查其可操作性或者更换气瓶。这显著地降低了应急系统的维修和修理费用。

在本发明另一示例性实施方式中，储氧罐还能够进一步用于在机舱气压下降期间给乘客供应应急氧。因此，能够有利地减少应急供应部件(储氧器)，从而不需要用于燃料电池系统的单独的、额外的储氧罐。另外，燃料电池系统的储氧罐能够设计成为乘客供应应急氧以及同时供给燃料电池，其产生了进一步提高安全性的冗余。

在本发明另一示例性实施方式中，燃料电池系统还包括动力分配单元。燃料电池系统在飞行器正常运行期间不工作，并且动力分配系统设计成在动力供应不足的情况下其能够自动启动燃料电池系统。

这有利地确保了燃料电池系统在飞行器正常运行期间不耗费(在紧急状况下使用的)资源，从而降低了应急系统的维护费用(因为，例如仅需要在燃料电池系统使用之后或者在限定的维护周期之后对储氢罐和储氧罐进行更换)。另外，动力分配单元能够被设计成自动且迅速地启动燃料电池系统，例如其对飞行器动力供应系统的电压下降作出反应。为了增加系统可靠性，燃料电池系统的自动连接如下：其使得继电器或者类似的开关元件在动力供应不足或电压下降的情况下自动启动燃料电池系统。

在本发明的另一示例性实施方式中，燃料电池系统还包括转换器(变压器)，其被设计成产生适于机上操作的电流/电压特性。

另外，能够连接设计用于冷却至少燃料电池的冷却系统。这样确保防止不期望的燃料电池工作温度的升高，即使是在燃料电池提升动力输出的情况下也是如此。因此，燃料电池能够连续运行。

另外，变压器或其他调节装置(例如，动力分配单元)与燃料电池连接或断开以在变化的动力要求下将系统动力调节到变化的需求量。

在本发明另一示例性实施方式中，燃料电池系统还包括用来调节燃料电池温度的温度调节装置，从而使燃料电池的温度维持在预定范围内。