[发明专利]用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统

说明书

本申请要求下列专利申请的优先权：2005年9月8日提交的美国临时专利申请第60/715277号；2006年1月18日提交的美国临时专利申请第60/759888号；2005年9月8日提交的德国专利申请第102005042749.9号；2006年1月18日提交的德国专利申请第102006002470.2号，上述专利申请的内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统。具体而言，本发明涉及用于给航空器或重航空器供应饮用水和氧气的燃料电池系统、包括用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统的航空器、以及相应的用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统在航空器中的应用。

背景技术

在常规民用航空器中，供应给乘客的饮用水存储在航空器上的存储罐中并且在飞行过程中从这些存储罐分配给乘客。这意味着，所需的全部体积的水必须在起飞之前装入所述罐中并通过发动机的能量提升到飞行高度。

另外，在飞行高度乘客需要用于呼吸的足量空气，所述空气通过航空器的空调系统供给。空调系统从发动机的压缩机段吸取压缩空气，因此需要用来自发动机的能量获取压缩空气。

为了使乘客能够在机舱中自由移动，航空器设置有所谓的加压机舱，加压机舱使空气压力维持在人体器官能够忍受的水平。通常，这种加压机舱在大约750hPa的压力水平下运行。该压力水平大致对应于海拔2450米处的空气压力。在海拔10000米处平均的外部压力大约为260hPa，这意味着外部压力与机舱内维持的压力之间存在大约490hPa的压差。机舱必须在结构上适应或吸收该压差。

对于现代民用航空器来说，所追求的平均飞行高度是大约12000米。在该高度，平均的外部空气压力是大约190hPa。由此，在常规设计方案中，机舱压力与外部空气压力之间将会产生大约560hPa的压差。该压差需要附加措施以加强机舱结构，这又意味着附加的重量以及由此而增加的整体燃料消耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于向飞行器供应饮用水和氧气的高效系统。

该需要可通过根据独立权利要求的特征的用于给飞行器或重航空器供应饮用水和氧气的燃料电池系统、包括用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统的飞行器以及相应的供应饮用水和氧气的燃料电池系统在飞行器中的应用来满足。

根据本发明的实施方式，上述需要可通过一种用于给航空器供应饮用水和氧气的燃料电池系统来满足，所述燃料电池系统包括燃料电池和电解槽。电解槽进一步包括空气阴极并联接到燃料电池。燃料电池和电解槽设计为使得燃料电池输出的能量保障电解槽的能量需求。

本发明的示例性实施方式的基本理念是：燃料电池和包括空气阴极的电解槽——即形成具有空气阴极的电解槽——连接在一起而形成燃料电池系统，从而燃料电池可用作电解槽的能量供应源。优选地，燃料电池与电解槽的关系设计为使得燃料电池保障电解槽的全部能量需求。

根据本发明示例性实施方式的燃料电池系统可以形成一种将航空器机舱的不同供给需求集成起来的系统。一方面，这种高集成度系统可用于产生纯氧。氧气通过电解槽产生，并且该氧气可用于增加诸如航空器的飞行器中的乘客和机组人员的呼吸空气中的氧气分压，即改变氧气和氮气中氧气所占的百分比。以此方式，可以减小机舱压力，机舱压力的减小又可以抵消在飞行高度增加的情况下描述的倾向，因为在机舱上作用了较小的机械应力，因此可以减小结构部件的重量。例如，通过增加机舱空气压力的氧气分压，可以获得大约600hPa的值，这意味着在大约490hPa的上述常规压差下可以实现大约15500米的飞行高度，而不用进行额外的结构加强以及增加相关的重量。而且，在保持目前的常规飞行高度的情况下，可以相应地制作更轻的机舱结构。两种情况都有助于大幅度地节省燃料。

可替代地，在将机舱压力保持为常规的750hPa的同时还可以增加乘客的舒适度，因为氧气分压增加的同时二氧化碳分压减小(CO₂分压减小)。医学上认为呼吸空气中的CO₂值增加是头痛、身体不适以及乘客中发生攻击行为的可能性略微增加的可能原因之一。