[发明专利]用于防火和/或防爆的燃料电池装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2012年3月19日提交的、名称为“FUEL CELL ARCHITECTURE FOR INERTING SYSTEM”的、序列号为61/612,493的美国临时申请(“‘493申请”)并要求享有其优先权。在此，通过引用将‘493申请整体并入本文。

技术领域

本发明的实施例总体涉及航空飞行器领域，其中将燃料电池系统副产物用于惰化系统以防止航空器油箱和货仓中的火灾或爆炸以及用于局部外围应用。

背景技术

航空器机载的许多部件需要电力来启动它们。这些部件中的许多部件是与运行航空器实际需要的电部件(即导航系统、燃料表、飞行控制和液压系统)分离的。例如，航空器也具餐饮设备、加热/冷却系统、盥洗室、电动座椅、热水器、翼加热器、燃料加温器和同样需要电力的其它部件。可能需要外部电力的具体部件包括，但不限于，垃圾压缩机(在厨房和/或盥洗室)，烤箱和保温箱(例如，蒸汽烤箱、对流恒温烤箱、面包加温器)，可选的洗碗机，制冷机，冰箱，咖啡机和浓缩咖啡机，(泡茶用)热水机，空气冷却机和低温室，厨房垃圾处理装置，加热或冷却饮料小推车/手推车，表面清洁装置，区域加热器，舱室通风装置，独立通风装置，区域照明装置或聚光照明装置(例如，舱室照明装置和/或用于乘客座位的阅读照明装置)，水供应装置，用于防止结冻的输水管线加热装置，用于乘客的电子设备的充电站，电插座，真空发生器，真空厕所组件，灰水界面阀，电动座椅(例如，特别是用于商务或头等舱的座椅)，乘客娱乐单元，紧急照明装置，用于防止结冰的翼加热器，燃料加温器，以及它们的组合。这些部件对于乘客的舒适和满意是十分重要的，并且许多部件是绝对必需的。

另外，根据2008年颁布的FAA规定(FAR 25.981)，航空飞行器和航空器通常还装配有燃料箱惰化系统，这需要航空器制造商使燃料箱的易燃性最小化以显著降低爆炸的风险。以现有技术中的方式，燃料箱内的热燃料蒸汽和空气的组合物可以通过低能量火花而被点燃，这也是已知的空难原因。惰化系统降低燃料箱内空气的氧气水平。惰化系统通过将空气分解成以单独的组分(例如氧气、氮气等)浓缩的气流的空气分离模块来产生惰性气体，例如富含氮气的空气。这些惰化系统通常被称为机载惰性气体生成系统(“OBIGGS”)或燃料箱惰化系统(“FTIS”)。

ASM通常包括具有有限使用寿命的基于聚合物的组分。例如，由于材料老化，基于聚合物的组分通常每25,000-30,000小时就要被更换。此外，为了保护ASM免受污染，将颗粒和臭氧过滤器安装在ASM的上游，它们通常约每5,000-10,000小时就要被更换。这种常规的ASM和过滤器的更换产生了与维持惰化系统相关的巨大成本。

此外，由OBIGGS的部件上游的故障(例如，由不正确的维护操作产生的引擎故障或管道污染)造成的额外的不期望的污染会不利地影响惰化系统内的部件的性能，并最终影响其预期寿命。

在许多情况下，向惰化系统的惰性气体供应通常提取自从引擎燃烧室输出的热加压空气(排出空气)或机舱空气。在这两种情况下，必须调节入口空气的压力和温度以确保OBIGGS的最佳性能和惰性气体向燃料箱中的分布。当由引擎压缩机抽气(即，排出空气入口)时，入口空气的消耗降低了引擎的效率，从而增加了燃料消耗。当由专用的电动压缩机抽气(即，机舱空气入口)时，该入口空气消耗同样因为增加了电动压缩机电力需求而增加了电力消耗。上述系统还需要直接或间接从引擎递送电力，这同样会转化成额外的燃料消耗。因此，需要改进的惰化系统。

为了航空器机载的附加燃料箱惰化系统选项，本发明人因此探寻了新的方式来产生电能以运行机载部件，并且利用该电能产生的有益副产物，特别是贫氧空气(oxygen depleted air，“ODA”)。

燃料电池的相对新的技术提供有前景的更清洁且更安静的手段来补充航空器上现有的能量源。除了电力，燃料电池具有几种输出，而这些其它输出通常并未被利用。燃料电池系统将压缩氢气的燃料源与空气中的氧气结合从而生成作为主要产物的电力和热力。水和ODA是作为副产物生成的，与从目前的航空器电力产生过程中排放的CO₂相比，水和ODA几乎无害。

发明内容