[發(fā)明專利]冷卻回路以及具有冷卻回路的交通工具

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110149523.2
• 申請(qǐng)日: 2021-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN113306729A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弗蘭克·克利姆佩爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 空中客車德國運(yùn)營有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B64D33/10
• 分類號(hào): B64D33/10;B64D37/34
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;楊林森

公開了冷卻回路以及具有冷卻回路的交通工具。可利用燃料電池系統(tǒng)(10)的燃料操作的冷卻回路(100)包括：燃料箱(101)，其儲(chǔ)存用于燃料電池系統(tǒng)(10)的燃料；燃料壓縮機(jī)(120)，其被配置成增大燃料的壓力；第一熱交換器(131)，其被配置成對(duì)所加壓的燃料進(jìn)行冷卻；第一導(dǎo)管(114)，其聯(lián)接至第一熱交換器(131)的出口；第一渦輪機(jī)(123)，其聯(lián)接至第一導(dǎo)管(114)并被配置成使所加壓并冷卻的燃料膨脹；以及第二導(dǎo)管(115)，其聯(lián)接至第一渦輪機(jī)(123)的出口(123b)并被配置成將膨脹的燃料引導(dǎo)至燃料電池系統(tǒng)(10)。交通工具(2)包括至少一個(gè)冷卻回路(100)或具有冷卻回路(100)的冷卻系統(tǒng)(1)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可利用燃料電池系統(tǒng)的燃料操作的冷卻回路，以及一種包括這樣的冷卻回路的交通工具。特別地，本發(fā)明涉及一種冷卻回路，其中用于燃料電池系統(tǒng)的燃料在被引導(dǎo)至燃料電池系統(tǒng)之前被加壓、冷卻、并且膨脹。本發(fā)明還涉及一種具有這樣的冷卻回路并使用沖壓空氣來對(duì)燃料進(jìn)行冷卻的交通工具。

背景技術(shù)

燃料電池在交通工具中成為越來越重要的能量源，這是因?yàn)槿剂想姵睾腿剂峡梢员认鄳?yīng)的電池系統(tǒng)輕，并且因?yàn)樵偬畛淙剂峡梢员冉o電池充電快。例如氫的燃料可以在壓力和/或低溫下儲(chǔ)存，使得燃料可以另外用于渦輪機(jī)以便產(chǎn)生機(jī)械能，并且用作用于冷卻目的的散熱器。由于燃料在被提供給燃料電池之前的可用冷卻能力由于燃料電池中當(dāng)前消耗的燃料量而受到限制，因此需要額外的冷卻能力并且通常通過其他方式來提供這種額外的冷卻能力。例如，環(huán)境空氣被用作用于冷卻目的的散熱器，例如呈沖壓空氣或在移動(dòng)的交通工具上的蒙皮熱交換器的形式。

然而，沖壓空氣的使用和蒙皮熱交換器的表面結(jié)構(gòu)在交通工具的外部蒙皮處產(chǎn)生阻力，這導(dǎo)致較高的燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有提高的冷卻效率的冷卻回路和交通工具。

該目的通過具有本發(fā)明的技術(shù)方案的特征的冷卻回路和具有本發(fā)明的技術(shù)方案的特征的交通工具來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)一方面以更好地理解本發(fā)明，可利用燃料電池系統(tǒng)的燃料操作的冷卻回路包括：燃料箱，其儲(chǔ)存用于燃料電池系統(tǒng)的燃料；燃料壓縮機(jī)，其被配置成增大燃料的壓力；以及第一熱交換器，其被配置成對(duì)加壓燃料進(jìn)行冷卻。燃料電池系統(tǒng)的/用于燃料電池系統(tǒng)的燃料例如氫通常在高壓和/或低溫下儲(chǔ)存。例如，氫可以在50巴至150巴或甚至上至700巴下儲(chǔ)存在箱中。也可以在2巴與10巴之間、優(yōu)選地在大約3巴下、具有在-260℃至-150℃之間、優(yōu)選地大約-250℃+/-5℃的溫度，將氫儲(chǔ)存在箱中。

當(dāng)燃料在燃料壓縮機(jī)中被壓縮時(shí)，燃料溫度升高，使得壓縮燃料與第一熱交換器所采用的作為散熱器的冷卻介質(zhì)之間的溫度差增大。換言之，由于較熱的壓縮燃料，燃料可以被冷卻，同時(shí)保持與燃料箱中的壓力相比增大的壓力。如果第一熱交換器所采用的冷卻介質(zhì)具有相對(duì)高的溫度，則這是特別有用的。例如，冷卻介質(zhì)可以是冷卻回路周圍環(huán)境中的環(huán)境空氣，其溫度可以根據(jù)位置、一天中的時(shí)間、陽光的入射、高度(海拔)等而顯著變化。因此，燃料壓縮機(jī)可以用于調(diào)節(jié)燃料與第一熱交換器中用作散熱器的環(huán)境空氣之間的溫度差。僅作為示例，在第一熱交換器所采用的冷卻介質(zhì)相當(dāng)冷(例如，大約0℃或更低)的情況下，燃料壓縮機(jī)可以僅略微增大燃料的壓力，并因此增大燃料的溫度，或者可以根本不對(duì)燃料進(jìn)行壓縮。另一方面，如果冷卻介質(zhì)相當(dāng)熱(例如，大約50℃、60℃或更高)，則燃料壓縮機(jī)可以增大燃料的壓力，并因此增大燃料的溫度，例如上至200℃或甚至更高。

冷卻回路還可以包括：第一導(dǎo)管，其聯(lián)接至第一熱交換器的出口；第一渦輪機(jī)，其聯(lián)接至第一導(dǎo)管并被配置成使加壓并冷卻的燃料膨脹；以及第二導(dǎo)管，其聯(lián)接至第一渦輪機(jī)的出口并被配置成將膨脹的燃料引導(dǎo)至燃料電池系統(tǒng)。在第一渦輪機(jī)中使燃料膨脹允許從壓縮燃料中以機(jī)械能的形式回收能量，并且同時(shí)調(diào)節(jié)燃料的壓力以針對(duì)燃料電池系統(tǒng)的操作進(jìn)行優(yōu)化。例如，燃料電池系統(tǒng)可以在大約1巴至5巴、優(yōu)選地大約2巴的壓力下操作。燃料可以被引入燃料電池系統(tǒng)的陽極部分中，在陽極部分中燃料用于產(chǎn)生電能。