特開 2024-163006 不活性化システムを有する燃料電池システム及び航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163006

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】不活性化システムを有する燃料電池システム及び航空機

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241114BHJP

   H01M 8/04791 20160101ALI20241114BHJP

   B64D 37/30 20060101ALI20241114BHJP

   B64D 37/32 20060101ALI20241114BHJP

   B64D 27/33 20240101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/04791

H01M8/04 J

H01M8/04 H

B64D37/30

B64D37/32

B64D27/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024017990

(22)【出願日】2024-02-08

(31)【優先権主張番号】23172692

(32)【優先日】2023-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】504154506

【氏名又は名称】エアバス オペレーションズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ａｉｒｂｕｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100126848

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ ベックス

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AB04

5H127AC02

5H127BA02

5H127BA05

5H127BA22

5H127BA39

5H127BB02

5H127BB07

5H127DC35

(57)【要約】

【課題】 不活性化システムを有する燃料電池システム及び航空機を提供する。
【解決手段】 本開示は、燃料電池（１１０）と、燃料タンク（１３０）と、燃料タンク（１３０）を燃料電池（１１０）の燃料入口（１１６）と流体接続する燃料分配管（１３５）と、燃料分配管（１３５）の少なくとも一部を囲むシュラウド（１３７）と、窒素富化空気（ＮＥＡ）及び酸素富化空気（ＯＥＡ）を生成するように構成された不活性化システム（１２０）と、シュラウド（１３７）に窒素富化空気を導くＮＥＡ管（１２４）とを備える燃料電池システム（１００）に関する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池（１１０）と、
燃料タンク（１３０）と、
前記燃料タンク（１３０）を前記燃料電池（１１０）の燃料入口（１１６）と流体接続する燃料分配管（１３５）と、
前記燃料分配管（１３５）の少なくとも一部を囲むシュラウド（１３７）と、
窒素富化空気（ＮＥＡ）及び酸素富化空気（ＯＥＡ）を生成するように構成された不活性化システム（１２０）と、
前記シュラウド（１３７）に前記窒素富化空気を導くＮＥＡ管（１２４）と
を備える、
燃料電池システム（１００）。

【請求項2】

前記燃料電池（１１０）の酸化剤入口（１１４）に前記酸素富化空気を導くＯＥＡ管（１２２）
をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム（１００）。

【請求項3】

前記不活性化システム（１２０）に加圧空気（１２１）が供給される、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム（１００）。

【請求項4】

前記燃料タンク（１３０）が水素を貯蔵する、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム（１００）。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の燃料電池システム（１００）を少なくとも１つ備える、
航空機（１）。

【請求項6】

前記燃料電池（１１０）によって生成されたエネルギーが供給されるエンジン（５０）
をさらに備える、
請求項５に記載の航空機（１）。

【請求項7】

液体燃料タンク（６０）と、
前記液体燃料タンク（６０）から液体燃料が供給されるエンジン（５０）と
をさらに備え、
前記燃料電池システム（１００）の前記不活性化システム（１２０）が、前記液体燃料タンク（６０）に前記窒素富化空気を導くさらなるＮＥＡ管（１３９）をさらに備える、
請求項５に記載の航空機（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般に、不活性化システムを有する燃料電池システム、及びそのような燃料電池システムを備える航空機に関する。特に、本開示は、燃料電池システムに関し、シュラウドは燃料分配管を囲み、不活性化システムはシュラウドに導かれる窒素富化空気を生成する。さらにまた、そのような燃料電池システムを有する航空機も開示される。

【背景技術】

【0002】

従来の燃料電池システムは、水素を導く１つ又は複数の管などの、水素分配を備える。水素分配から水素が漏出又浸透することがあるので、水素分配のベントが必要である。いくつかのシステムは、漏出又は浸透した水素を収集するために、シュラウド管を提供する。

【0003】

しかしながら、シュラウド内の水素レベルを検出するために、シュラウド管のセンサシステムが必要である。そうしなければ、水素の蓄積により、爆発性混合物及び／又は水素の非制御燃焼のリスクが増加することがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本開示の目的は、改良された燃料電池システム、特に、より安全な燃料電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、独立請求項で定義されるように、本発明によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項によって定義される。

【0006】

本開示をよりよく理解する第１の態様によると、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料タンクと、燃料タンクを燃料電池の燃料入口と流体接続する燃料分配管と、燃料分配管の少なくとも一部を囲むシュラウドとを備える。よって、シュラウドは、燃料分配管を包み（すなわち、燃料分配のためのシュラウド管を形成し）、燃料分配管から漏出又は浸透する水素の捕捉又は収集を可能にする。

【0007】

燃料電池システムは、１つより多い燃料タンク及び／又は１つより多い燃料電池を備えてもよく、そのため、１つより多い燃料分配管がシステムに存在し、燃料分配を一緒に形成することが理解されるべきである。燃料分配の任意の部分、又は、燃料分配全体（すべての燃料分配管）は、そのようなシュラウドを備えることができる。

【0008】

さらにまた、燃料電池システムは、窒素富化空気（ＮＥＡ）及び酸素富化空気（ＯＥＡ）を生成するように構成された不活性化システムを備える。そのような不活性化システムは、気流を受け入れて、受け入れた気流よりも多くの窒素を含有する第１の部分と、受け入れた気流よりも多くの酸素を含有する第２の部分とに気流を分割する任意のシステムとすることができる。

【0009】

燃料電池システムは、シュラウドへ窒素富化空気を導くＮＥＡ管も備える。よって、燃料分配管は、窒素富化空気によって囲まれる。換言すれば、より少ない酸素を含有する又は酸素を含有しないガスで実際の燃料管を囲む、燃料分配のためのシュラウド管が形成される。燃料分配管から漏出又は浸透する、水素、メタン、又は燃料電池の他の燃料などの任意の燃料は、酸素と接触しない。したがって、（最終的に燃焼又は爆発の燃焼につながる）燃料及び酸素の危険な混合物を有するリスクは、大きく減少する。

【0010】

さらにまた、不活性化システムが窒素富化空気を連続的に生成することができるので、シュラウドを通るＮＥＡの流れを実現することができる。ＮＥＡのこの流れは、燃料分配の外側に燃料分配管から漏出又は浸透する任意の燃料を、ＮＥＡ流れによって排出又は輸送している。よって、シュラウドの内側に燃料検出システムは必要ない。

【0011】

実施態様の変形において、燃料電池システムは、燃料電池の酸化剤入口へ（不活性化システムからの）酸素富化空気を導くＯＥＡ管をさらに備えることができる。よって、酸素富化空気は、燃料電池の酸化剤入口に通常の空気を提供することと比較して、燃料電池の性能向上を可能にする。よって、燃料電池システムを、より効率的に且つより安全に作動させることができる。同時に、燃料電池システムの全体重量は、わずかにのみ増加することがある。すなわち、不活性化システムは、全体重量を増加させることがあり、その一方で、燃料電池自体は、より高い効率のために、より小さく、よって、より軽く設計することができる。

【0012】

別の実施態様の変形において、燃料電池システムは、燃料分配管に圧力センサを備えることができる。圧力センサが圧力低下を示す場合、燃料分配管からの燃料の漏出を検出することができる。そのような圧力センサは、たとえば、燃料電池の燃料入口における燃料圧力を検知するために、従来の燃料電池システムにすでに含まれていることがある。

【0013】

さらなる実施態様の変形において、不活性化システムは、加圧空気を供給することができる。これにより、ＮＥＡ及びＯＥＡのより高い効率及びより大きな出力流れで、不活性化システムを作動させることができる。

【0014】

さらに別の実施態様の変形において、燃料タンクは水素を貯蔵することができる。水素は、非常に揮発性のガスであり、他のガスと比較して、燃料分配管からより簡単に漏出又は浸透することができる。よって、開示される燃料電池システムは、水素作動式燃料電池に関して、特に安全である。

【0015】

本開示をよりよく理解する第２の態様によると、航空機は、第１の態様又はその変形の１つによる少なくとも１つの燃料電池システムを備える。単なる例として、航空機は、航空機の特定の制御構成要素を作動させるための電気を発生させるために、燃料電池を採用してもよい。

【0016】

実施態様の変形において、航空機は、燃料電池によって生成されたエネルギーが供給されるエンジンをさらに備えることができる。たとえば、燃料電池は、電気を発生させることができ、それは、航空機を推進する電気モータを駆動するために使用される。

【0017】

別の実施態様の変形において、航空機は、液体燃料タンクと、液体燃料タンクから液体燃料が供給されるエンジンとをさらに備えることができる。液体燃料タンク内の液体燃料は、灯油、ガソリン、ディーゼル油、又は同様のものとすることができる。よって、航空機のエンジンは、航空機の従来のモータ及び／又はジェットエンジンとすることができる。単なる例として、液体燃料タンクは、航空機の翼内に配置することができる。

【0018】

さらにまた、燃料電池システムは、液体燃料タンクに不活性化システムからの窒素富化空気を導くさらなるＮＥＡ管をさらに備えることができる。よって、さらなるＮＥＡ管は、シュラウドに窒素富化空気を導くＮＥＡ管とは異なる。

【0019】

いかなる場合でも、不活性化システムは、航空機の従来の不活性化システムとすることができ、それは、液体燃料タンクにＮＥＡを充填するために設置される。よって、不活性化システムは、燃料電池システムのためにさらに使用することができ、そのため、航空機の効率的な作動が可能である。同様に、不活性化システムからのＯＥＡは、より高いレベルの酸素によるより効率的な方法で燃料電池を作動させるために採用することができる。

【0020】

本開示は、記載された形態及び順序の態様及び変形に限定されない。特に、態様及び変形の説明は、特定の限定的なグループの特徴として理解されるべきではない。本開示が態様及び変形の組合せも包含することが理解されるべきである。よって、各変形の特徴又は任意選択の特徴は、任意の他の態様、変形、任意選択の特徴、又はさらにその組合せと組み合わせることができる。

【0021】

以下において、本開示は、図に示される例示的な実施態様に関してさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】燃料電池システムを概略的に示す。

【図2】燃料電池システムを有する航空機を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下の説明において、限定目的ではなく説明目的のために、特定の詳細が、本開示の詳細な理解を提供するために示される。本開示がこれらの特定の詳細から離れる他の実施態様で実施されてもよいことが、当業者には明らかであろう。

【0024】

図１は、燃料電池１１０を備える燃料電池システム１００を概略的に示す。燃料電池１１０は、燃料及び酸化剤が反応する、電気化学反応を行うように構成され、たとえば、水素及び酸素、或いは、メタン、プロパン、又は他の液体若しくは気体燃料が、酸化剤からの酸素と反応し、電気エネルギーは、燃料電池１１０によって生成されて、供給される。たとえば、燃料電池１１０は、酸化剤入口１１４と燃料入口１１６とを有する。さらにまた、燃料電池１１０は、エネルギー端子１１２及び／又は（増加する重力のための１つの出口として示される）水出口１１３を有する。

【0025】

さらにまた、燃料電池システム１００は、図示される水素タンク１３０などの、燃料タンク１３０を備える。燃料タンク１３０は、燃料分配管１３５を介して、燃料電池１１０、特に、燃料入口１１６に流体接続される。ことに留意されたい。燃料分配管１３５は、単に説明目的のためであるその図示されたサイズに関係なく、燃料タンク１３０から燃料電池１１０の燃料入口１１６まで延在することができる。

【0026】

燃料電池システム１００は、燃料分配管１３５の少なくとも一部を囲むシュラウド１３７を備える。換言すれば、燃料タンク１３０からの燃料は、シュラウド管１３５／１３７を通って、燃料電池１１０の燃料入口１１６まで流れている。シュラウド１３７は、燃料分配管１３５とシュラウド１３７との間に内部空間を形成し、燃料分配管１３５を通して漏出又は浸透する任意の燃料を、収集及び蓄積することができる。

【0027】

さらに、燃料電池システム１００は、窒素富化空気（ＮＥＡ）及び酸素富化空気（ＯＥＡ）を生成するように構成された不活性化システム１２０を備える。そのような不活性化システム１２０は、任意の従来の不活性化システム１２０とすることができる。単なる例として、入口１２１において、不活性化システム１２０には、空気（たとえば、加圧空気）が提供される。不活性化システム１２０は、ＮＥＡ及びＯＥＡのためのそれぞれの出口を備える。

【0028】

燃料電池システム１００は、不活性化システム１２０によって生成される酸素富化空気及び窒素富化空気をそれぞれ導くＯＥＡ管１２２及びＮＥＡ管１２４を備える。たとえば、ＮＥＡ管１２４は、シュラウド１３７に窒素富化空気（ＮＥＡ）を導く。これにより、窒素富化空気、すなわち、酸素貧化空気で、燃料分配管１３５を囲むことができ、燃料分配管１３５を通して燃料が漏出又は浸透した場合の、燃料及び酸素の爆発性混合物のリスクが大きく減少する。

【0029】

燃料分配管１３５からの漏出又は燃料の浸透を検出するために、たとえば、燃料電池１１０の燃料入口１１６に、圧力センサ（明示的に図示されていない）を設けることができる。そのような圧力センサは、燃料電池１１０の作動状態に応じて、十分な量の燃料を提供するために、燃料電池１１０の通常作動のために、いずれにしても、必要とされることがある。

【0030】

さらに、燃料電池システム１００は、燃料分配管１３５から漏出又は浸透した燃料の（小さい）一部を含んでもよい、周囲環境又はＮＥＡに対処することができる別の構成要素に、シュラウド１３７からＮＥＡを導くＮＥＡ排出管１３８を含むことができる。不活性化システム１２０は、シュラウド１３７を通して且つＮＥＡ排出管１３８を通して案内されるＮＥＡを連続的に生成することができるので、燃料分配管１３５から離れるように、漏出又は浸透された燃料を搬送するＮＥＡの連続流れを実現することができる。これは、燃料電池システム１００の安全性をさらに向上させる。

【0031】

図２は、そのような燃料電池システム１００を備える航空機１を概略的に示す。航空機１は、燃料電池１１０によって生成されたエネルギーが加えられるエンジン５０を備えることができる。図２は、単一のラインによるエンジン５０と燃料電池システム１００との間の接続を示し、それは、燃料電池端子１１２とエンジン５０との間の電気的接続を表すことができる。

【0032】

代替的に又は付加的に、航空機１は、エンジン５０及び液体燃料タンク６０を備えることができ、エンジン５０は、液体燃料タンク６０から液体燃料を供給される（そのような液体燃料管は簡潔さのために図２には示されていない）。１つより多い液体燃料タンク６０を設けることができることが理解されるべきである。図２は、簡潔さのために、１つの液体燃料タンク６０のみ示す。よって、従来のプロペラ及び／又はジェットエンジン５０を、航空機１で採用することができる。燃料電池システム１００の不活性化システム１２０は、液体燃料タンク６０に導かれるＮＥＡを生成するために使用することができる。そのような不活性化システム１２０は、液体燃料タンク６０を有する航空機１の大部分で一般的である。

【0033】

さらにまた、不活性化システム１２０には、ジェットエンジン５０からの抽気などの、エンジン５０からの加圧空気を提供することができる。そのような加圧空気は、不活性化システム１２０によってＮＥＡ及びＯＥＡに分離される。

【0034】

液体燃料タンク６０に導かれるＮＥＡは、シュラウド１３７とは別に、たとえば、さらなるＮＥＡ管１３９（図１）を介して、不活性化システム１２０のＮＥＡ出口１２４から直接、提供されてもよい。図２は、簡潔さのために、液体燃料タンク６０と燃料電池システム１００との間に１つの管のみ示すが、より多くの管及びラインが設けられてもよい。

【0035】

よって、重量、エネルギー、及び資源の相乗効果を、航空機１で活用することができる。たとえば、液体燃料で推進される航空機１の場合、燃料電池システム１００のために追加の不活性化システム１２０は必要ない。さらに、電気エネルギーは、より安全な方法で航空機１の燃料電池１１０で発生させることができる。

【0036】

本明細書に示される技術の利点は前述の説明から完全に理解されると信じられ、本開示の範囲を逸脱しない範囲で、又は、その有利な効果のすべてを犠牲にすることなく、その例示的な態様の形態、構造、及び配置においてさまざまな変更が行われてもよいことは明らかであろう。本明細書に示される技術が多くの方法で変化させることができるので、本開示は後に続く特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることは認識されるであろう。

【符号の説明】

【0037】

１ 航空機
５０ エンジン
６０ 液体燃料タンク
１００ 燃料電池システム
１１０ 燃料電池
１１２ エネルギー端子
１１３ 水出口
１１４ 酸化剤入口
１１６ 燃料入口
１２０ 不活性化システム
１２１ 加圧空気
１２２ ＯＥＡ管
１２４ ＮＥＡ管
１３０ 燃料タンク
１３５ 燃料分配管
１３７ シュラウド
１３８ ＮＥＡ排出管
１３９ ＮＥＡ管

【図1】

【図2】