[发明专利]用于产生和处理水的设备、用于产生和处理水的方法以及具有这种设备的飞行器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月20日提交的德国专利申请No.102011102177.2以及2011年5月20日提交的美国临时专利申请No.61/488,632的申请日的权益，上述申请的公开内容在此通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及用于产生和处理水的设备、用于产生和处理水的方法以及包括飞行器中的这种设备的飞行器。

背景技术

用于在运输工具上产生水的设备是已知的；它们是基于借助于燃料电池系统的排放气体来产生水的。燃料电池的潮湿的排放气体在冷凝器中被冷却并且随后借助于水分离器与排放气体分离。

此外，对以这种过程获得的水进行处理是已知的：由于离子含量非常小，因此通过盐化作用以增加含盐量或渗透压使得这种水适于人类消耗。即，例如在DE10142215 Al中所公开的内容。

发明内容

从燃料电池的排放气体冷凝的水包含非常低的离子含量，并且实际上没有缓冲容量，并且因此溶液——尤其是从来自环境空气的CO₂——产生的冷凝物的pH值在大约5.5或更小的酸性范围，该pH值低于德国饮用水条例（German Drinking Water Ordinance）的下限。虽然可以借助于使用中性盐使冷凝物盐化而增加冷凝物的含盐量，但是这对过低的pH值和缓冲容量不会有任何影响。

因此，本发明的目的是提出用于产生和处理水的如下设备和方法，在该设备和方法中达到了如下的饮用水质量，该饮用水质量提供充足的含盐量、缓冲容量以及在由通常使用的饮用水规章所规定的数值范围内的pH值。

该目的通过具有独立权利要求1的特征的用于产生和处理水的设备来满足。在从属权利要求中陈述了有利的改进。

根据本发明用于产生和处理水的设备包括：具有水产生系统的燃料电池、使水盐化为具有可变盐浓度的盐化单元、用于获取盐化单元操作状态的状态测量装置、用于容纳水的水容纳储存器、用于测量盐含量已经增加的水的水质的水质测量装置、以及控制单元。盐化单元设计为向水添加具有碱性效应的碱性盐。水容纳储存器设置在盐化单元的下游，用于容纳盐含量已经增加的水，并且水容纳储存器连接至水质测量装置。水质测量装置设置在盐化单元的下游。控制单元连接至水质测量装置并且连接至状态测量装置，并且该控制单元设计成根据盐化单元的操作状态和测得的水质来控制盐化单元，从而设定水容纳储存器中的预定的水质。

如上所述，燃料电池处于如下状态：借助于氢的氧化而产生含有水蒸汽的排放气体，从该排放气体中能够冷凝并且移出水。在水产生系统中获得的冷凝物含有5.5或更低的pH值。作为本发明核心的盐化单元设计成具有适于增加冷凝物pH值的碱性盐或盐混合物。使碱性盐与冷凝物混合，因此同时增加了所获得的水的含盐量、缓冲容量以及pH值。在该上下文中，术语“缓冲容量”是指在添加酸或化学碱时，溶液pH值的改变程度明显小于非缓冲系统中pH值改变程度的能力。优选地，盐或盐混合物以盐含量的优化增加和pH值的优化调节能够同时发生的方式平衡。碳酸氢钠是这种盐的一个示例。

此外，液体能够流动穿过或抵靠其流动的盐本体的几何学上可确定的剩余尺寸、储存在盐化单元中现存的盐、或盐溶液的可用数量被认为是盐化单元的操作状态。在该设备中，操作状态大体上代表与盐化单元的操作特性相关的特性变量，该变量表征盐化单元的盐化行为。另外，对控制单元的基本要求是获知哪些物理参数作为被控制的变量在调节或控制盐化单元以使供给至盐化单元的冷凝物实现期望的盐化时将发生改变。这些参数例如可包括流动穿过盐化单元的水的容积流量。为了控制盐化单元而将这些参数考虑在内，例如可以使用具有可调节容积流量的输送装置，如可以是调节容积流量的阀，或者可使用造成预定容积流量穿过盐化单元的其他装置。

在使用控制单元的情况下，该控制单元既连接至水质测量装置又连接至状态测量装置，水容纳储存器中期望的饮用水质量能够被自动地设定。因此，本发明描述了用于产生和处理水的设备，借助于该设备能够将盐添加至从燃料电池获得的去离子水中，从而使得在考虑燃料电池的可变的水产量和盐化单元的可改变的盐输送的情况下，自动地符合根据饮用水条例的与pH值和电导率有关的限制。理想地，仅将盐添加到水硬度较低的程度。这使装置和管道的钙化作用最小化。