背景技术：
本发明涉及一种用于产生气态二氢的装置，特别用于在飞行器上供给燃料电池。
现有技术中已知各种用于供给燃料电池的产生二氢的装置。然而，将期望通过使这些设备更紧凑来改进这些设备。
因此需要提供比现有装置更紧凑的用于产生二氢的新型装置。
还需要提供紧凑的燃料电池系统，特别是用于集成在飞行器中。
技术实现要素：
为此，在第一方面，本发明提供了一种用于产生气态二氢的装置，该装置包括：
-限定内部体积的主体，其中包括：
-由第一壁限定并用于接收储氢材料的储料第一隔室；
-输送第二隔室，第一隔室包围第二隔室并通过第二壁与第二隔室隔开，存在于第二隔室中的输送系统并配置为将储氢材料从与第一隔室连通的第二隔室的入口运送到第二隔室的出口；以及
-与第二隔室的出口连通并连接到第一和第二壁的回收支撑件，所述支撑件配置为在第一隔室内移动；
-用于致动输送系统和回收支撑件在第一隔室中移动的驱动系统；以及
-配置为加热第二隔室的加热系统。
本发明使得可以有利地提供一种用于产生气态二氢的装置，由于其中第一和第二隔室被放置在同一外壳中的特定布置而特别紧凑和轻便，第一隔室包围第二隔室，并且其中用过的储氢材料(即，在热的作用下已经转化以释放气态二氢的材料)被回收在相同的外壳中。与其中储氢材料、输送系统和用过的储氢材料分别存在于各个单独的外壳中的解决方案相比，由本发明提出的解决方案因此能够非常显著地减小装置的整体尺寸。
回收支撑件设计用于回收用过的储氢材料。举例来说，回收支撑件可以是回收盘的形式。在一个变型中，回收支撑件可以呈现具有非平面形状(例如凹形或凸形)的底部。
在一个实施方式中，加热系统可以配置为通过感应来加热第二隔室，特别是加热存在于第二隔室中的输送系统。在一个变型中，加热系统可以配置为通过电阻加热来加热第二隔室。
在一个实施方式中，输送系统和回收支撑件的移动可以配置为由驱动系统的单个电动机驱动。
在一个实施方式中，驱动系统可以包括至少一个电动机，所述电动机配置为经由磁耦合致动至少输送系统。
这样的实施方式有利地赋予主体针对二氢的极好的密封性。
在一个实施方式中，输送系统可以是输送螺杆的形式。
在一个实施方式中，回收支撑件的第一边缘可以经由滑道连接件连接到第一和第二壁中的一个，并且所述支撑件的第二边缘可以经由螺旋连接件连接到第一和第二壁中的另一个，并且第一和第二壁可配置成通过驱动系统导致相对于彼此旋转，以使得回收支撑件沿着第一隔室的纵向轴线移动。
在一个实施方式中，回收支撑件的第一边缘可以经由滑道连接件连接到第一壁，并且所述支撑件的第二边缘可以经由螺旋连接件连接到第二壁，并且第一和第二壁可配置成通过驱动系统导致相对于彼此旋转，以使得回收支撑件沿着第一隔室的纵向轴线移动。在这样的情况下，驱动系统可配置为使得第一壁旋转且第二壁可配置为保持固定。
本发明还提供了一种燃料电池系统，包括：
-如上所述的装置；以及
-燃料电池，其阳极连接到所述装置，阳极被设计成由所述装置产生的气态二氢供给。
本发明还提供一种装配有如上所述的系统的飞行器。
本发明还提供了一种通过使用如上所述的在第一隔室中存在储氢材料的装置来产生气态二氢的方法，该方法包括致动输送系统以便将储氢材料从第二隔室的入口朝向第二隔室的出口运送的驱动系统，当储氢材料在第二隔室中被运送时，储氢材料由加热系统加热以产生气态二氢，用过的储氢材料在第二隔室的出口处通过回收支撑件回收。
在一个实施方式中，储氢材料可以是颗粒形式。
本发明还提供了一种用二氢供给燃料电池的方法，该方法包括通过执行如上所述的方法产生气态二氢，并且将以这种方式产生的气态二氢带到燃料电池的阳极。
附图说明
本发明的其他特征和优点从作为非限制性实施例并且参照附图给出的本发明的特定实施方式的以下描述中显现，其中：
图1是本发明的实施例装置的纵向剖视图；
图2示出了图1装置的细节；
图3示出了本发明的实施例系统；以及
图4是本发明的变体的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于产生气态二氢的本发明的实施例装置1。装置1包括限定内部体积的主体2，该内部体积中具有储料第一隔室4，该第一隔室4由第一壁6横向限定。主体2沿着纵向轴线x延伸并且由底壁17a和顶壁17b纵向限定。主体2还具有围绕第一壁6和第一隔室4的侧壁17c。在所示的实施例中，轴线x也构成第一隔室4的纵向轴线。第一隔室4纵向地由第一隔室的底壁5a和顶壁17b限定。回收支撑件，例如以所示的回收盘15的形式存在于第一隔室4中，并配置为沿着第一隔室4的纵向轴线x移动，如以下更详细地描述。自然地，支撑件回收支撑件的底壁呈现非平面的形状，例如，凹形或凸形的形状，不会超出本发明的范围。
输送第二隔室8存在于由主体2限定的内部体积中。第一隔室4包围第二隔室8。第二隔室8沿第一隔室4的纵向轴线x延伸。壁9横向包围第二隔室8。壁9在位于第一隔室4旁边的其表面上具有螺旋形螺纹。壁9具有位于第一隔室4的底壁5a旁边的第一端。连通第一隔室4的第二隔室8的入口13a位于该第一端。类似地，壁9具有位于顶壁17b旁边的第二端。与第一隔室4和盘15连通的第二隔室8的出口13b位于该第二端。
第一隔室4具有位于第一隔室的底壁5a和盘15之间的底部4a。第一隔室4的底部4a用于接收储氢材料(未示出)。第一隔室4的底部4a与第二隔室8的入口13a连通。另外，第一隔室4具有位于盘15和顶壁17b之间的顶部4b。第一隔室4的顶部4b用于接收用过的储氢材料(未示出)。第一隔室4的顶部4b与第二隔室8的出口13b连通。如图所示，第一隔室4的顶部4b叠置在第一隔室4的底部4a上。第一隔室4的顶部4b位于第一隔室4的底部4a的上方。第一隔室4的底部和顶部4a和4b沿着第一隔室4的纵向轴线x位移。盘15将第一隔室4的底部4a与第一隔室的顶部4b分隔开。
储氢材料可以是颗粒形式，例如，以粉末、珠子或丸粒的形式。举例来说，储氢材料可以是环硼氮烷(“硼烷氨”)。在一个变体中，储氢材料可以是封装氢的珠子形式，这些珠子的壁适于在热的作用下变成可渗透氢。在这种情况下，珠子的壁，例如可以由二氧化硅制成。
输送系统11，在所示的实施例中以输送螺杆形式存在于第二隔室8中，并配置为将储氢材料从第二隔室8的入口13a朝向第二隔室8的出口13b运送。输送螺杆11可以具有中空或实心的芯部。输送螺杆11可以可选地具有变螺距。输送螺杆11可以由金属材料制成，例如钢，可以通过感应加热。如图所示，所示实施例中的输送螺杆11沿着纵向轴线x延伸。输送螺杆11配置为沿着纵向轴线x运送储氢材料。输送螺杆11包括轴12以使其通过具有一个或多个电动机的驱动系统(未示出)绕纵向轴线x旋转。输送螺杆11限定螺旋11a，螺旋11a在轴12的旋转期间用于沿着纵向轴线x运送第二隔室8中的储氢材料。在所示的实施例中，输送螺杆11的轴12经由连接到位于主体2外部的驱动系统的电动机的孔口19穿过底壁17a。密封系统诸如机械密封可以存在于孔口19中以针对产生的二氢密封。
在所示的实施例中，输送螺杆11和回收盘15的移动由驱动系统的单个电动机驱动。以下描述详细描述了这个方面。轴12配置为使第一壁6旋转。更确切地说，轴12配置为经由齿轮系统驱动第一壁6的旋转，例如包括与一个或多个外齿轮20b配合的内齿轮20a。内齿轮20a位于轴12上，并且外齿轮20b与第一壁6配合。有利地，齿轮系统构成具有内齿轮20a和多个外齿轮20b的行星齿轮系，壁6本身具有齿。齿轮系统具有多个内齿轮，这些齿轮中的每一个与外齿轮连接，并不超出本发明的范围。因此，当驱动系统导致轴12旋转移动时，该旋转移动经由齿轮系统传递到第一壁6。驱动系统的单个电动机因此用于驱动输送系统和第一壁6的旋转。第一壁6的旋转用于致动盘15在第一隔室4中的移动。特别地，盘15具有第一边缘15a经由滑道连接件16连接到第一壁6。因此，第一壁6具有多个沿轴线x延伸的凹槽，盘15可以沿着该凹槽滑动。盘15具有第二边缘15b，其通过螺旋连接件连接到第二壁9。驱动系统配置为使轴12旋转，其自身配置为驱动第一壁6的旋转。当第一壁6旋转时，主体2的第二壁9和侧壁17c保持固定。绕纵向轴线x的第一壁6的旋转导致盘15沿纵向轴线x平移移动，结合绕纵向轴线x旋转移动。驱动系统包括配置为致动所述输送系统的第一电动机和与所述第一电动机不同的第二电动机，第二电动机配置为驱动第一壁的旋转和回收盘在第一隔室内的移动，这不会超出本发明的范围。回收盘的一个边缘经由滑道连接件与第二壁连接，而盘的另一边缘经由螺旋连接件与第一壁连接，并且驱动系统配置为使第一和第二壁以相对旋转的方式移动，以使盘沿着纵向轴线x移动，这不超出本发明的范围。在这种情况下，驱动系统可以配置为使第二壁绕轴线x旋转而第一个壁保持固定。
装置1还具有配置为加热第二隔室8的加热系统。图2示出了合适的加热系统的实施例。在所示的实施例中，装置1包括感应线圈18，感应线圈18适于通过感应来加热输送螺杆11，并因此加热第二隔室8。如图所示，感应线圈18沿着纵向轴线x延伸。感应线圈18包围输送螺杆11。在所示的实施例中，感应线圈18被容纳在壁9的厚度中，壁9本身可渗透电磁场。然而，本发明不限于通过感应加热第二隔室的加热系统。具体而言，在一个变型中，可以利用电阻加热来加热第二隔室。在这种情况下，一个或多个加热器电阻丝可以存在于第二隔室中或其附近。
下面描述使用图1所示的装置1产生二氢的方法。最初，储氢材料存在于第一隔室4的底部4a中，第一隔室4的顶部4b没有用过的储氢材料；如图1所示，盘15位于第二隔室8的出口13b(高位)。驱动系统然后被致动以使输送螺杆11绕纵向轴线x旋转。由于输送螺杆11旋转，存在于第二隔室8的入口13a处的储氢材料被朝向第二隔室8的出口13b运送。在运送通过第二隔室8的同时，储氢材料被加热系统加热以释放气态二氢。此外，如上所述，输送螺杆11的轴12的旋转与运送储氢材料以使第一壁6绕纵向轴线x旋转同时动作，并因此使得回收盘15向下移动。因此，随着储氢材料被运送到第二隔室8中，第一隔室4的底部4a的体积减小，同时第一隔室4的顶部4b的体积增加。在产生气态二氢的过程中，底部4a的体积加上顶部4b的体积的总和是恒定的。在通过第二隔室8之后，用过的储氢材料在第二隔室8的出口处被盘15回收。随着二氢的产生，第一隔室4的顶部4b变得充满了用过的储氢材料，同时第一隔室的底部4a的储氢材料变空。产生的二氢通过存在于顶壁17b中的一个或多个排出孔(参见图3中的孔29)排出。一旦产生氢气的过程终止，则通过移除顶壁17b打开该装置，并将用过的储氢材料从第一隔室中取出。然后取出盘15，并将填充的储氢材料放入第一隔室中以备下次使用。然后将盘15重新定位在第一隔室中，然后通过将顶壁17b放置到位将该设备关闭，然后该设备为新的使用做好准备。
图3示出了本发明的燃料电池系统的一个实施例。这种系统包括本发明的装置1，例如如图1所示，以及燃料电池30。燃料电池30包括阴极32、电解质34和阳极36。如图3所示，阳极36与排出孔29经由通道28连通，排出孔29存在于装置1的顶壁17b。产生的二氢经由通道28从排出孔29带到阳极36。在一个实施方式中，可以添加用于过滤二氢的装置以及可能还有膨胀器和阀门，例如排出口29与阳极36之间的电磁阀。
本发明的系统可以有利地存在于飞行器中，例如，用于为飞行器的各种辅助系统(不用于使飞行器移动的系统)提供动力，诸如机舱通风系统、存在于飞行器上的厨房或飞行器的除冰系统。在一个变型中，本发明的系统可以存在于飞行器中，并且可以传送对于使飞行器移动有用的能量。举例来说，由所述系统产生的能量可用于为滑行阶段和/或飞行阶段提供动力。特别地，本发明的系统可以集成在具有电力推进的飞行器中。本发明的系统还可以形成飞行器的辅助动力单元的一部分。只要能够避免消耗矿物燃料，实施本发明的系统是有利的。
图4示出了变型实施方式，其中驱动系统的单个电动机m配置成通过磁耦合的方式致动输送系统以及回收支撑件的移动。在图4所示的实施例中，底壁17'a存在于第一旋转磁性元件25a与第二旋转磁性元件25b之间。第一磁性元件25a存在于主体2的外部，第二磁性元件25b存在于主体2的内部并且连接至输送螺杆11的轴。第一磁性元件25a与第二磁性元件25b之间没有机械接触。驱动系统的电动机m将旋转传递给第一磁性元件25a。由于该旋转，第二磁性元件25b被驱动绕轴线x旋转(磁耦合)，从而具有使得输送螺杆11旋转并因此致动输送系统的效果。输送螺杆11的旋转也驱动齿轮系统的旋转，例如，如在实施例中所示的那样包括与一个或多个外齿轮20'b配合的内齿轮20'a，外齿轮与第一壁6配合，壁6本身具有齿。因此，当驱动系统将旋转运动传递给第二磁性元件25b时，该旋转运动经由齿轮系统传递到第一壁6，由此致动盘15在第一隔室4中移动。在所示的实施例中，盘15的第一边缘15a经由滑道连接件16连接到第一壁6，盘15的第二边缘15b经由螺旋连接件16a连接到第二壁9。在该实施方式中，第二壁9在第一壁6的旋转期间保持固定。
由于使用未被穿通的底壁17'a，以及构成比使用机械密封的解决方案更简单的解决方案，这种使用磁耦合的解决方案有利地提供了针对产生的二氢的极好的密封，。
“在…范围内…”这一术语应理解为包括界限在内。