[发明专利]冷却回路以及具有冷却回路的交通工具

说明书

公开了冷却回路以及具有冷却回路的交通工具。可利用燃料电池系统(10)的燃料操作的冷却回路(100)包括：燃料箱(101)，其储存用于燃料电池系统(10)的燃料；燃料压缩机(120)，其被配置成增大燃料的压力；第一热交换器(131)，其被配置成对所加压的燃料进行冷却；第一导管(114)，其联接至第一热交换器(131)的出口；第一涡轮机(123)，其联接至第一导管(114)并被配置成使所加压并冷却的燃料膨胀；以及第二导管(115)，其联接至第一涡轮机(123)的出口(123b)并被配置成将膨胀的燃料引导至燃料电池系统(10)。交通工具(2)包括至少一个冷却回路(100)或具有冷却回路(100)的冷却系统(1)。

技术领域

本发明涉及一种可利用燃料电池系统的燃料操作的冷却回路，以及一种包括这样的冷却回路的交通工具。特别地，本发明涉及一种冷却回路，其中用于燃料电池系统的燃料在被引导至燃料电池系统之前被加压、冷却、并且膨胀。本发明还涉及一种具有这样的冷却回路并使用冲压空气来对燃料进行冷却的交通工具。

背景技术

燃料电池在交通工具中成为越来越重要的能量源，这是因为燃料电池和燃料可以比相应的电池系统轻，并且因为再填充燃料可以比给电池充电快。例如氢的燃料可以在压力和/或低温下储存，使得燃料可以另外用于涡轮机以便产生机械能，并且用作用于冷却目的的散热器。由于燃料在被提供给燃料电池之前的可用冷却能力由于燃料电池中当前消耗的燃料量而受到限制，因此需要额外的冷却能力并且通常通过其他方式来提供这种额外的冷却能力。例如，环境空气被用作用于冷却目的的散热器，例如呈冲压空气或在移动的交通工具上的蒙皮热交换器的形式。

然而，冲压空气的使用和蒙皮热交换器的表面结构在交通工具的外部蒙皮处产生阻力，这导致较高的燃料消耗。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有提高的冷却效率的冷却回路和交通工具。

该目的通过具有本发明的技术方案的特征的冷却回路和具有本发明的技术方案的特征的交通工具来实现。

根据一方面以更好地理解本发明，可利用燃料电池系统的燃料操作的冷却回路包括：燃料箱，其储存用于燃料电池系统的燃料；燃料压缩机，其被配置成增大燃料的压力；以及第一热交换器，其被配置成对加压燃料进行冷却。燃料电池系统的/用于燃料电池系统的燃料例如氢通常在高压和/或低温下储存。例如，氢可以在50巴至150巴或甚至上至700巴下储存在箱中。也可以在2巴与10巴之间、优选地在大约3巴下、具有在-260℃至-150℃之间、优选地大约-250℃+/-5℃的温度，将氢储存在箱中。

当燃料在燃料压缩机中被压缩时，燃料温度升高，使得压缩燃料与第一热交换器所采用的作为散热器的冷却介质之间的温度差增大。换言之，由于较热的压缩燃料，燃料可以被冷却，同时保持与燃料箱中的压力相比增大的压力。如果第一热交换器所采用的冷却介质具有相对高的温度，则这是特别有用的。例如，冷却介质可以是冷却回路周围环境中的环境空气，其温度可以根据位置、一天中的时间、阳光的入射、高度(海拔)等而显著变化。因此，燃料压缩机可以用于调节燃料与第一热交换器中用作散热器的环境空气之间的温度差。仅作为示例，在第一热交换器所采用的冷却介质相当冷(例如，大约0℃或更低)的情况下，燃料压缩机可以仅略微增大燃料的压力，并因此增大燃料的温度，或者可以根本不对燃料进行压缩。另一方面，如果冷却介质相当热(例如，大约50℃、60℃或更高)，则燃料压缩机可以增大燃料的压力，并因此增大燃料的温度，例如上至200℃或甚至更高。

冷却回路还可以包括：第一导管，其联接至第一热交换器的出口；第一涡轮机，其联接至第一导管并被配置成使加压并冷却的燃料膨胀；以及第二导管，其联接至第一涡轮机的出口并被配置成将膨胀的燃料引导至燃料电池系统。在第一涡轮机中使燃料膨胀允许从压缩燃料中以机械能的形式回收能量，并且同时调节燃料的压力以针对燃料电池系统的操作进行优化。例如，燃料电池系统可以在大约1巴至5巴、优选地大约2巴的压力下操作。燃料可以被引入燃料电池系统的阳极部分中，在阳极部分中燃料用于产生电能。