[发明专利]用于燃料电池应急动力系统的冷却设计

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年7月6日提交的美国临时专利申请No.61/223,153和2009年7月6日提交的德国专利申请No.10 2009 031 880.1的优先权，上述申请的公开以引入的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及用于冷却交通工具中的设备的系统和方法、这种系统在飞行器中的应用以及包括至少一个这种系统的飞行器。

背景技术

在所有类型的现代交通工具中，用于多种不同目的的设备经常集成在一起，这些设备产生热并且相应地需要进行冷却。通过吹动空气使其经过散热器并进入交通工具的周围环境中，通常能够以非常传统且容易的方式实现该任务。在特定的应用中，例如，关于飞行器中待冷却的设备，这种与环境空气的交换并非始终可行。可以想象如下情况：飞行器飞过具有涡旋的或漂浮的火山灰的区域，这样将很可能导致发动机的故障，并且因此用于提供舱室压力的取决于发动机的常见系统会停止运行。在巡航高度飞行的情况下面对该情况——其也被称为TEFO(“发动机熄火”)——的通常的措施包括相对于周围环境关闭飞行器的舱室，以便防止舱室压力的任何降低。在该过程中，用于调节压力的排气阀完全关闭。中断了从舱室至外部的调节空气流动因此相应地将致使与用于执行冷却任务的环境空气的连通变得不再可能。

仍以飞行器的为例，为了冷却的目的也可以将热交换器布置在飞行器的外部并且使环境空气流经所述热交换器。然而，当飞行器飞过包括火山灰的区域时，散热器将变得完全阻塞并且因此基本上无法操作。

作为通过外部空气冷却的可替代方式，可以通过交通工具的舱室内的现有空气冷却产生热的设备，然而，这样在设备是相对较强力地放热的设备的情况下将导致客舱中的温度显著增加。由于在发动机故障的情况下飞行器的舱室中缺少空气交换，还由于关于飞行器的外蒙皮的良好的隔离性，因此舱室内的温度将逐渐地变得使人不舒服或不能忍受。

例如，燃料电池可以被认为是强力放热的设备，在飞行器发动机故障的示例性情况下可以使用燃料电池向飞行器内的主要的系统供应电力，从而能够确保紧急着陆。这种情况意味着仅在与环境空气连通的冷却设备完全失效的情况下，强力放热的设备将被起动。

发明内容

因此应当认为，本发明的目的是提出用于冷却交通工具中的设备的系统，该系统不具有上述缺点。具体地，所提出的系统将能够提供适当的冷却，其不与客舱内的温度的显著增加相关联并且同时也不需要与周围环境的任何空气交换。

该目的由根据独立权利要求1所述的系统来实现。在从属权利要求中公开了有利的改进。

在本发明的上下文中的重要的一个方面包括用于冷却交通工具中的设备的热交换器以如下方式布置，即：通过空气输送设备，来自交通工具的客舱的空气能够流经所述热交换器，该空气经由空气入口到达热交换器，并且能够经由空气出口流出并进入交通工具的区域中，该区域布置在客舱的外部。在飞行器的情况下，例如，该区域可以是所谓的“地板下区域”。通过热交换器加热的空气散布在该区域中并且它的热均匀地分散至存在于该区域中的气团，该气团进而通过交通工具的外蒙皮将热分散至交通工具的周围环境。

通常在交通工具中，客舱与位于客舱外部的区域中的情况相比具有更好的隔热。相应地，在位于交通工具的客舱外部的区域中的热与客舱的情况相比能够更容易地分散至周围环境。

在上下文中，大体上应当注意，位于客舱外部的区域仍然位于交通工具本体或机身内。

由于将空气从客舱移除并引导至位于客舱的外部的区域，因此压力差导致引导空气流到客舱中。仍以飞行器为例，相应地导致来自地板下区域的空气流通过护壁板中的流通开口到达位于地板下区域上方的客舱。由于地板下区域中的加热的空气已经与存在于该区域中的空气混合并且由于始终发生一定程度的向周围环境的散热，因此流到客舱中的空气已经被预冷却。剩余的热通过混合而分散至客舱中的空气。应当指出，尽管客舱的隔热性较好，但是如果存在与周围环境的温度梯度，则就能够注意到从客舱至交通工具的周围环境的一定程度的热传递。因此可以预期，尽管待冷却的设备的热量输入，但是导致的客舱内的空气温度的增加相对较小。

为了将来自舱室的空气引导经过热交换器，使用能够主动地将来自客舱的空气输送通过热交换器的输送设备。例如，其可以是鼓风机或通风机。

在根据本发明的系统的特别有利的改进中，热交换器位于舱室地板下面的区域中，从而使得输送空气需经过的距离尽可能地短。