[发明专利]用于燃料电池系统的冷却系统、用于冷却燃料电池系统的方法和燃料电池系统

说明书

相关申请

本发明要求2009年10月6日提交的申请号为No.102009048394.2和No.102009048393.4的德国专利申请以及申请号为No.61/249,114和No.61/249,116的美国临时专利申请的优先权，其内容在此通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的冷却系统、一种用于冷却燃料电池系统的方法、冷却系统的应用以及一种具有至少一个燃料电池系统以及用于冷却燃料电池系统的冷却系统的飞机。

背景技术

燃料电池系统在运输工具中，尤其是在飞机中的应用，在运输工具的不同运行阶段中提供了非常低的噪声和有害物质排放。除了提供电功率之外，燃料电池系统也根据尺寸和结构形式产生相应的需排出的废热。为此，在现有技术中，此外使用水通流的载热体，所述载热体与燃料电池系统保持热连接。由一个或多个所谓的“堆”形成的性能高的燃料电池系统由于局部相当高的热产生而在这种冷却时要求冷却空气的显著的量，以便将燃料电池系统的运行温度保持在最理想的水平上。

此外在DE 10 2006 046 114A1中示出了一种用于冷却飞机燃料电池的冷却装置，所述冷却装置具有帕尔贴元件，该帕尔贴元件以其冷侧与燃料电池接触。

DE 10 2007 0604 28B3和WO 2009 077 048A1此外示出一种蒸发冷却系统，其与燃料电池保持热接触，以便将在燃料电池工作时由燃料电池产生的热通过冷却介质的蒸发而吸收，并且从燃料电池中排出。

燃料电池系统的冷却尤其在集成到飞机中的情况下是巨大的挑战。特别尤其在低温燃料电池的情况下是这种情况，其中，温度水平通常明显低于100℃。由此，在温暖的日子里，在燃料电池系统和环境空气之间产生相应低的温度梯度，从而使得到周围环境中的热传导变得困难。

发明内容

尤其在使用飞机中的燃料电池和与其相关的冷却需求时，提供足够的冷却空气量或者在飞机上产生为了冷却或为了输送高的冷却空气量而言必需的电功率可能被视作为是不利的，因为尤其在飞机上存在试图最小化能量需求，以便降低燃料消耗。

因此，本发明的目的可在于，提供一种用于冷却燃料电池系统的冷却系统，其中，既可以达到燃料电池系统的充分冷却，然而也可以同时最小化用于冷却的能量需求和冷却空气需求。

本发明的另一目的可在于，提出这种冷却系统，该冷却系统尽可能具有紧凑的构造方式，并且实现可靠且尽可能低维护的运行。

另一目的可在于，提出一种燃料电池系统，其可具有尽可能紧凑的构造方式，并且可有效地被冷却。

所述目的可通过一种冷却系统、一种燃料电池系统、一种用于冷却燃料电池系统的方法以及一种具有带有独立权利要求的特征的燃料电池系统的飞机来实现。有利的改进方案可由从属权利要求获取。

根据本发明的第一方面，说明具有第一热交换器的至少一个冷却回路，该冷却回路既与燃料电池系统也与燃料箱热连接，使得第一热交换器可将燃料电池系统的热输出给在燃料箱中的燃料。

这具有技术上的影响，即燃料电池系统的改善的冷却可通过以例如煤油的燃料形式实现的冷源来实现。这由燃料的相比空气明显更高的热容量并且由以下事实引起，即，在较大的运输工具中通常提供相应大量的燃料，该运输工具可具有带有显著的放热的较大的燃料电池系统。在飞机中，作为冷源的燃料例如在飞机上由于燃料的相比周围空气通常更低的温度而非常有利。相比于在传统风冷系统的情况，相对燃料电池系统或者与燃料电池系统热连接的热交换器的温差可相应地更大，从而实现更好的热传递。

由于这种优点，可实现与燃料电池系统连接的热交换器的尺寸的减小，这表现出在所需结构空间和重量方面的显著优点。同时，通过在更大的运输工具或者飞机中相对大的燃料质量可引起，燃料的温度不受到过度的波动，从而可以引起永久可靠且充分的冷却，所述冷却可借助具有低重量的低维护的冷却系统来执行。

就此需要指出的是，第一热交换器的概念指的是能够将燃料电池系统的热输出给任意分类的冷却介质的装置。第一热交换器可以直接集成在燃料电池系统中和/或燃料电池系统的燃料电池中，通过单独的结构单元借助冷却介质通流的流道集成在燃料电池壳体中或类似部件中。第一热交换器不必强制地在两个物质流之间，例如在热排气和冷却介质之间传热，而是可以考虑，第一热交换器按照冷却体的形式构成，其中，冷却体可具有用于将冷却介质导通或导经的流道。最后，本发明不局限于第一热交换器的实施形式，而是由此仅表达为，存在一种装置，可将燃料电池系统产生的热借助于冷却介质（在下文中也称为“流体”）排出。