具有催化燃烧器系统的飞机燃料电池系统的制作方法
【专利说明】具有催化燃烧器系统的飞机燃料电池系统
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3 月 8 日的题为 “FUEL CELL SYSTEM WITH INTEGRATEDCATALYTIC BURNER”的美国临时申请N0.61/774，955 (代理人案号41052/869352或者93358-869352)的权益，由此其整体公开内容通过引用并入于此。
【背景技术】
[0003]大量的人每天经由飞机、火车、公交车以及其它商用载具旅行。这种商用载具通常配备有对于乘客舒适性和满意度重要的部件。例如，商用客机可以具有餐饮设备、加热/制冷系统、厕所、热水器、电动座椅、乘客娱乐单元、照明系统以及其它部件。飞机上的若干这些部件需要电力以用于它们的启动。虽然这些部件中的很多部件与实际上用于运行飞机所需要的电部件(即导航系统、燃油表、飞行控制以及液压系统)分离，但是对于这些部件的持续关注是其能量消耗。通常，这种系统需要相比于可以从飞机引擎的驱动发电机所抽取的而言更多的电力，从而需要附加的电源，诸如燃油的辅助电力单元(APU)(或者如果飞机尚未在飞行中，通过地面电力单元)。来自这些电源的能量可能必须行进长距离到达消耗电力的部件，从而导致传输期间的电力损耗和电力系统整体效率的降低。总的能量消耗还可能相当大，尤其对于具有数百名乘客的长途飞行而言，并且可能需要大量的化石燃料用于运行。此外，飞机电力的使用通常产生噪音和CO2排放，从而期望这两者都降低。
[0004]相对新的燃料电池系统技术提供了有希望更清洁并且更安静的手段以补充商用飞机上已有的能量源。燃料电池系统通过将液态、气态或者固态氢燃料源与诸如空气中的氧、压缩氧或者化学生成的氧之类的氧源化合，来产生作为主产物的电能。燃料电池系统具有除电力之外的若干输出，并且这些其它输出通常不被利用且因此变为废物。例如，热力(热量)、水以及贫氧空气(ODA)作为副产物产生。这些副产物与来自当前飞机电力生成过程的0)2排放相比危害小得多。
[0005]此外，燃料电池系统的运行状态可能发生显著变化。这种变化可能导致关于需要用于特定飞行的资源量的不可预测性、降低燃料电池系统的效率、和/或以其它方式负面影响飞机上部件的运行。因此，对于改进效率和飞机上的部件的运行寿命而言，期望如下系统，其可以被实现为进一步增强飞机上的燃料电池系统的功能性。
【发明内容】
[0006]以下内容给出了对本发明的一些实施例的简要总结，以便于提供对本发明的基本理解。这一总结不是对本发明的全面概述。其不旨在标识本发明的关键/决定性元素或者刻画本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式给出本发明的一些实施例，作为对稍后给出的更详细描述的前序。
[0007]作为示例实施例，所公开的是用于飞机的燃料电池系统。该燃料电池系统可以包括氢存储容器、燃料电池组件以及催化剂系统。燃料电池组件可以被配置为接收包括来自氢存储容器的氢的氢输入、接收包括具有初始氧含量的流体的氧输入、以及转换氢输入和氧输入以便产出若干产物。产物可以包括:包括水的水产物、包括热量的热产物、包括具有低于初始氧含量的第二氧含量的流体的贫氧产物、以及包括电力的电产物。燃料电池组件可以向飞机的一个或者多个运行系统供应这些产物的任何组合。催化剂系统可以接收并且燃烧来自燃料电池组件和/或氢存储容器的氢。氢燃烧可以处理来自燃料电池系统的废气，和/或提供用于使水加温(诸如用于飞机的运行系统)和/或用于使燃料电池系统部件加温(诸如在启动阶段期间)的热量。
[0008]在进一步的示例实施例中，提供了用于分配来自与用于飞机的燃料电池系统关联的催化剂系统的热量的方法。该方法可以包括在飞机上提供燃料电池系统和催化剂系统，经由催化剂系统生成热量，以及将生成的热量路由到燃料电池系统、氢存储容器、和/或用于飞机的运行系统的水源。
[0009]为了更充分地理解本发明的本质和优势，应该参照以下详细描述和附图。
【附图说明】
[0010]说明书参照了以下附图，其中在不同图中使用相同附图标记旨在图示相同或者类似的部件。
[0011]图1是示出了燃料电池系统的输入和输出以及根据某些实施例的可以如何使用输出的非限制性示例的图。
[0012]图2是示出了根据某些实施例的机载燃料电池系统的示例的运行的图。
[0013]图3是示出了根据某些实施例的催化燃烧器系统的示例的图。
[0014]图4是示出了根据某些实施例的包括被配置用于处理废气的催化剂系统的机载燃料电池系统的示例的图。
[0015]图5是示出了根据某些实施例的包括被配置用于加热水的催化剂系统的机载燃料电池系统的示例的图。
[0016]图6是示出了根据某些实施例的包括被配置用于加热燃料电池系统的部件的催化剂系统的机载燃料电池系统的示例的图。
[0017]图7是根据某些实施例的计算机装置的图。
[0018]图8是示出了根据某些实施例的用于分配来自与飞机上的燃料电池系统关联的催化剂系统的热量的方法的简化流程图。
【具体实施方式】
[0019]在以下描述中，将描述本发明的各种实施例。为了解释性目的，陈述了具体配置和细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说还将显而易见的是，可以实践本发明而没有具体细节。此外，众所周知的特征可能被省略或者简化以便不模糊所描述的实施例。
[0020]本文所公开的是用作飞机上的电源的并且利用催化燃烧器系统的燃料电池系统。例如，与燃料电池系统集成的催化燃烧器系统可以被配置为减少废气中的未消耗燃料、将水加热以用于在飞机上使用、和/或调节与燃料电池系统关联的部件的运行温度。虽然在本文中关于飞机中的使用讨论了这种燃料电池技术，但是其绝不限制于此，并且可以用于公交车、火车、航天器、或者配备有燃料电池系统的其它形式的交通工具中。
[0021]燃料电池系统是通过涉及氢或者其它燃料源和富氧气体(例如空气)的化学反应将化学能转换为电能的设备。如图1所示，燃料电池系统100将氢或者另一燃料源110的输入与氧120的输入化合以生成电能(电力)160。在某些实施例中，可以包括一个或者多个逆变器，以向利用交流(“AC”)电力的那些适用负载提供交流电力。连同所生成的电能160，燃料电池系统100产生作为副产物的水170、热能(热量)150以及贫氧空气(ODA) 140。如图1进一步示出的那样，燃料电池输出产物电能160、热量150、水170以及ODA 140中的一些或者所有可以用于运行飞机上的系统。例如，燃料电池输出产物可以被供应到飞机的运行的系统，诸如但是不限于飞机上的厕所182系统或者厨房184系统。输出产物可以附加地和/或备选地被路由到这种输出产物有用的其它运行的系统或者区域以使用，包括但是不限于路由到飞机机翼以用于防冰、路由到淋浴器、乘客座舱、乘客座椅和/或燃料箱。一种或者多于一种输出产物可以被利用于任何给定位置，并且任何给定输出产物可以被利用于一个或者多个位置。利用燃料电池输出产物的飞机系统的示例性但是非限制性示例公开在2013年3月13日提交的题为“FUEL CELL SYSTEM POWERED LAVATORY”的国际专利申请N0.PCT/US13/030638(申请人文件参考编号862890) ;2013年3月13日提交的题为“POWERMANAGEMENT FOR GALLEY WITH FUEL CELL” 的国际专利申请 N0.PCT/IB2013/052004 (申请人文件参考编号862904) ;2013年3月13日提交的题为“WING ICE PROTECT1N SYSTEMBASED ON A FUEL CELL”的国际专利申请N0.PCT/IB2013/051981 (申请人文件参考编号867034);以及 2013 年 3 月 13 日提交的题为“VEHICLE SEAT POWERED BY FUEL CELL”的国际专利申请N0.PCT/IB2013/051979(申请人文件参考编号867034)中，由此其整体公开内容通过引用并入于此。
[0022]可以使用任何合适的燃料电池系统100，包括但是不限于质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池(AFC)或者磷酸燃料电池(PAFC)。还可以使用包括但是不限于混合解决方案的任何其它现有或者未来燃料电池系统技术。虽然可以使用任何合适的燃料电池系统100，但是可以参照图2来理解上述燃料电池系统中的很多燃料电池系统所共同具有的若干特征和功能。
[0023]图2是描绘根据某些实施例的机载燃料电池系统200的示例的运行的图。然而，如可以理解的，图2仅描绘燃料电池系统200的说明性示例，并且可以备选地和/或附加地利用其它燃料电池系统。
[0024]图2所描绘的燃料电池系统200包括正极202、电解质204以及负极206。包含氢208的燃料经由正极引入口 210被引入到正极202 (由箭头238示出)。第一催化剂(诸如铂)216的存在可以被利