专利名称：利用所使用的液态氢作为冷源来干燥燃料电池系统的废气的概念的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于干燥燃料电池系统的废气的系统，一种用于干燥燃料电池系统的废气的方法，ー种应用以及ー种具有至少ー个燃料电池系统和用于干燥燃料电池系统的废气的系统的飞机。
背景技术：
对于现代客机単独地设计或者已经使用燃料电池系统，以用于完成各种任务。除了产生电力之外还能够执行其他任务，例如借助于来自燃料电池系统的废气惰化燃料箱。通常，在使用湿润的空气惰化燃料箱时存在下述问题尤其是煤油的动カ燃料是吸湿性的，并且此外，在箱中能够形成影响用于检测箱的液位状态的传感器并且使所述传感器不精确地工作的菌群，并且还能够形成当飞机处于巡航时或者在底板处位于冰点之下的温度时能够导致推进器喷油嘴和燃料过滤器的损坏的冰晶。
DE 10 2005 054 885 Al和US 2007/0111060 Al示出用于降低动カ燃料箱爆炸危险的安全系统，其中保护气体产生设备包括具有燃料电池的燃料电池系统并且在燃料电池系统工作时提供由燃料电池产生的保护气体。
在现有技术中已知用于干燥空气的不同的方法和系统。因此，例如可能的是，通过例如硅胶的吸湿性的介质进行吸附。但是，吸湿性介质的吸水能力是有限的，使得其必须进行更换或者进行再生。更换在飞机中尤其导致显著的重量问题并且持续的排空和再填充导致提高的维护耗费。此外，通过相应的热输入进行再生是可能的，例如通过加热的空气。然而这使燃料电池系统的效率成问题，因为为了热再生需要显著的能量耗费。如果不应该进行热再生，废气干燥仅对于受限的时长是可能的。通常，在这种方法中达到露点，即存在冷凝的并且蒸发的水的平衡状态的温度，所述温度直至两位数的负值的范围内。
用于干燥空气的另ー种方法通过借助可选择的薄膜利用局部压カ差的水转移来进行。为此，使用将待干燥的气体与相当干燥的气体分离的薄膜，其中由于局部压カ差通过薄膜引起水的穿透。除了所述极其干燥的气体还能够提高在薄膜侧上的静压力，在所述薄膜侧上存在待干燥的气体。该方法的干燥能力受限于可达到的局部压カ差。仅在使用相当高的工作压カ和因此必需的高的压缩机功率的情况下达到薄膜压カ空气干燥器的尤其低的露点。
现有技术中的用于干燥气体的另ー第三方法通过将气体冷却到露点之下来进行，为此基本上仅需要ー个热交換器和一个冷源或者ー种冷却介质。冷却之后和为了使液态水和气态的剩余气体的最終分离，通常使用水滴收集器。然而该原理要求相当高的冷却功率，因为存在液态的产物水并且必须排出在相转换中释放的能量。为冷却气体所使用的冷能够被部分地保持在随后的回热式热交換器中。原则上，在此，可达到的露点通过冰点来限制，因为在热交換器内出现的结冰在如今通常的构造方式中能够导致气体通道的堵塞。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于冷却燃料电池系统的废气的系统，所述系统降低或者完全消除了之前所描述的缺点。
特别地，本发明的目的在于，提供一种用于冷却燃料电池系统的废气的系统，所述系统在同时地最小化额外的重量时借助尽可能少的能量实现废气的尽可能有效的干燥，而没有显著地提高燃料电池系统或者其周边设备的复杂性。
该目的通过根据独立权利要求I所述的用于干燥燃料电池系统的废气的系统来实现。有利的改进形式能够从从属权利要求中得出。
根据本发明的一方面，用于干燥燃料电池系统的废气的根据本发明的系统具有至少ー个第一热交換器、至少ー个第二热交換器、共同的废气入口和共同的废气出口、共同的冷却介质入口和共同的冷却介质出口、共同的排气ロ、具有多个阀的阀装置和至少ー个用于排出冷凝物的冷凝物导出器。阀装置设置用于使第一热交換器或者使第二热交換器在结冰阶段工作并且相应的另ー热交換器在再生阶段工作。在结冰阶段，流入到共同的废气入ロ中的并且通过共同的废气出口流出的废气的至少一部分和流入到共同的冷却介质入ロ中的并且从共同的冷却介质出口中流出的冷却介质流过相应的热交換器，以用于使存在于废气中的水蒸气结冰。在所涉及的热交換器的再生阶段中，废气的至少一部分从共同的废气入ロ穿过所涉及的热交換器流到共同的排气ロ，并且在此，所形成的冰冷凝物融化并且通过冷凝物导出器排出。
燃料电池系统的工作通常通过输送燃料和足够量的含氧的空气来进行。能够考虑的是，用于燃料电池的燃料尤其在巡航期间，可能地但也在底板上具有相当低的温度，所述温度能够足够使位于废气中的水蒸气在热交換器中结冰。在没有对完整性提出要求的情况下，该燃料能够例如为传统的燃油，所述燃油用于使飞机的推进器工作并且所述燃油在到达转换器之前相应地能够流过第一或第二热交換器。另ー方面还可能的是，使用纯氢，所述纯氢必须以低温的状态存放在飞机的机舱处并且相应地具有极其低的温度。
在使用用于冷却废气的传统的热交換器时，尤其在冷却介质的低温度水平时能够在热交換器之内出现结冰物，所述结冰物易于阻塞在热交換器内的管道。由此，从一定的结冰度起热交換器不再正常地工作。但是然而，当这两个热交換器交替地，即轮换地工作吋，还能够通过两个分离的热交換器的集成以有利的方式来利用水蒸汽的结冰。为此前提在于，燃料电池废气的质量流被分开。如果第一热交換器例如借助冷却介质来加载，使得穿流的废气由于水蒸汽的结冰而干燥，那么缓慢地借助冰来填充第一热交換器。为了防止由于结冰使得热交換器不再能工作，可中断冷却介质的输送并且减少对在到第一热交換器处的废气的输送，以便接下来借助冷却介质和更大量的废气加载第二热交換器。在这种切換之后，第一热交換器不再处于结冰阶段，而是处于再生阶段。在再生阶段中，热交換器能够逐渐地通过燃料电池废气的部分流的热的质量流来加热，使得积聚的冰能够缓慢地融化并且
全文摘要
一种用于干燥燃料电池系统的废气的系统(2)具有交替地被废气加载的两个热交换器(4、6)，所述热交换器通过冷却介质使来自废气的水蒸气结冰并且积聚。为此设置具有多个阀(160-169)的阀装置，以使两个热交换器(4、6)之一在结冰阶段工作并且使相应的另一热交换器在再生阶段工作，在所述再生阶段中，所积聚的冰被融化并且被排出。该系统尤其适合于应用在飞机中，以用于干燥用于箱惰化的、燃料电池系统的氧气耗尽的废气。
文档编号H01M8/04GK102714326SQ201080049921
公开日2012年10月3日 申请日期2010年8月30日 优先权日2009年9月3日
发明者克劳斯·霍夫亚, 约翰内斯·劳克纳 申请人:空中客车德国运营有限责任公司