(57)【要約】  航空機燃料電池システム（１０）は、酸素含有媒体を燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）に供給するための酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）を有する燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）を具備する。酸化剤供給ライン（１６）は、燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の前記酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に接続する第一端を有する。前記酸化剤供給ライン（１６）の第二端は、航空機のキャビン（２０）の使用済み空気排気口（１８）に接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム（１０）と空調ユニットを有する航空機システムであって、前記燃料電池システム（１０）は、
酸素含有媒体を燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）へ供給するための酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）を有する燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）と、
第一端が前記燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の前記酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に接続されており、第二端が前記航空機のキャビン（２０）の使用済み空気排気口（１８）に接続されている酸化剤供給ライン（１６）と、及び
前記酸化剤供給ライン（１６）に設置される熱交換器（３０ａ，３０ｂ）とを有し、
前記熱交換器（３０ａ，３０ｂ）は、前記燃料電池システム（１０）の前記酸化剤供給ライン（１６）を流れる前記媒体と、キャビンエアーコンプレッサー下流の前記空調ユニットの空調過程空気ライン（３２ａ，３２ｂ）を流れる媒体とを熱的に結合するものであることを特徴とする航空機システム。
【請求項２】
前記酸化剤供給ライン（１６）内に設置されたコンプレッサー（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の航空機システム。
【請求項３】
前記熱交換器（３０ａ，３０ｂ）をバイパスするためのバイパスラインと、前記酸化剤供給ライン（１６）を流れる前記媒体の温度を制御するためのバルブとを有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の航空機システム。
【請求項４】
前記酸化剤供給ライン（１６）は、外気ライン（３４ａ，３４ｂ）を介して、航空機ラムエアーダクトへ接続できるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の航空機システム。
【請求項５】
前記燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の排ガス排気口（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）は、伸縮装置（３８）に接続されるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４にいずれか１項に記載の航空機システム。
【請求項６】
複数の燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）と複数のコンプレッサー（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）を有し、一つのコンプレッサー（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）がそれぞれの燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）と接続されているものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１項に記載の航空機システム。
【請求項７】
燃料電池システム（１０）と空調ユニットを有する航空機システムを稼働する方法であって、
燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）を酸化剤供給ライン（１６）の第一末端と接続した状態で、前記燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）へ酸素含有媒体を供給するための前記酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）を有する燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）を設置する工程と、
前記航空機のキャビン（２０）の使用済み空気排気口（１８）からの使用済み空気を、前記酸化剤供給ライン（１６）を通して前記燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の前記酸化剤供給口（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）へ供給する工程とを有し、
前記酸化剤供給ライン（１６）を流れる前記媒体が、熱交換器（３０ａ，３０ｂ）の補助により、キャビンエアーコンプレッサーの下流の前記空調ユニットの空調過程空気ライン（３２ａ，３２ｂ）を流れる媒体と熱的に統合される工程を有することを特徴とする航空機システムを稼働する方法。
【請求項８】
前記酸化剤供給ライン（１６）を流れる前記媒体の温度は、前記熱交換器（３０ａ，３０ｂ）をバイパスする為のバイパスラインとバルブの補助により制御されることを特徴とする請求項７に記載の航空機システムを稼働する方法。
【請求項９】
前記酸化剤供給ライン（１６）に、外気ライン（３４ａ，３４ｂ）を介して前記航空機のラムエアーダクトからのラムエアーが供給されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の航空機システムを稼動する方法。
【請求項１０】
前記燃料電池（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の排ガス排気口（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）から出る燃料電池排ガスが、伸縮装置（３８）に供給され、前記伸縮装置（３８）の補助により大気圧レベルにまで膨張されることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の航空機システムを稼動する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、特に飛行機内で使用するために設置される燃料電池システムに関する。さらに、本発明はこの種の航空機燃料電池システムを稼働する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、低排気かつ高レベル効率で電力を生み出すことができる。このため、現在、飛行機内で必要とされる電気エネルギーを生み出すために、航空機構造内で燃料電池システムを使用するための努力もされている。例えば、メインエンジン又は補助タービンにより稼動され、現在機内電力供給のために使われている発電機を燃料電池システムにより部分的に置き換えることが考えられる。さらにまた、燃料電池システムは、飛行機への電力の緊急供給のためにも利用でき、これまで緊急電力ユニットとして利用されてきたラムエアータービン（ＲＡＴ）を置き換えることもできるだろう。
【０００３】
燃料電池は、一般的にカソード領域と、カソード領域から電解質により分離されるアノード領域を具備する。燃料電池が稼動されるとき、例えば水素等の燃料は、燃料電池のアノード側に供給され、例えば空気等の酸素含有酸化剤は、燃料電池のカソード側に供給される。ポリマー電解質膜燃料電池の場合には、水素分子は、例えば下記反応式に従い、アノード領域のアノード触媒で反応し、その際に正に帯電した水素イオンを形成し、電子をアノード電極に放出する。
【化１】
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【０００４】
続いて、アノード領域で形成されたＨ＋イオンは、電解質を介してカソードへと拡散し、そこでＨ＋イオンは、カソード領域のカソード触媒で、カソードに供給される酸素と外部回路を経由してカソードへ供給される電子と反応して、下記反応式に従い、水を形成する。
【化２】
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【０００５】
前記燃料電池システム内の圧損を最小化し、前記燃料電池の電極へのガスの拡散が均一であることを保証し、及び前記燃料電池を通る流量をできる限り小さく保つためには、外気圧より高い圧力の空気である圧縮空気を燃料電池のカソードに供給することが有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、エネルギー効率の良い方法で燃料電池に圧縮空気を供給することを可能にする航空機燃料電池システムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、この種の航空機燃料電池システムを稼動する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る航空機燃料電池システムは、燃料電池に酸素含有媒体を供給するための酸化剤供給口を有する燃料電池を具備する。燃料電池には、酸化剤としての空気が供給されることが好ましい。燃料電池が、例えばポリマー電解質膜燃料電池である場合には、前記酸化剤供給口は燃料電池のカソード領域に接続される。燃料電池のアノード領域は、燃料電池のアノード領域に、好ましくは水素等の燃料を供給することができる燃料供給口を有することが好ましい。さらに、本発明に係る航空機燃料電池システムは、酸化剤供給ラインを具備することが好ましい。前記酸化剤供給ラインの第一端は、前記燃料電池の前記酸化剤供給口に接続される。前記酸化剤供給ラインの第二端は、航空機のキャビンの使用済み空気排気口へ接続され得る。これは、前記酸化剤供給ラインを経由して、航空機のキャビンからの使用済み空気を燃料電池の前記酸化剤供給口へ送ることを可能にする。前記燃料電池では、キャビンからの使用済み空気内の酸素は、例えば上述のカソード反応により変換される。
【０００８】
本発明は、例えば飛行機等の航空機のキャビンは、航空機飛行時において空調ユニットの補助により大気圧より高い圧力に保たれるという事実を利用する。例えば、飛行機が巡航高度であり、大気圧がたったの０．２５ｂａｒのときでさえ、旅客飛行機内のキャビンの圧力は約０．８ｂａｒである。一般的に、キャビンからの使用済み空気の一部は、空調ユニットの混合室へ再循環空気として戻されるが、他は使用されずに航空機外に送られる。ここで、本発明は、好ましくは従来システムでは使用されずに航空機外に送られた使用済み空気流から取り除かれるキャビンからの使用済み空気の一部を、航空機内に設置される燃料電池を稼動するために用いることができる。キャビンからの使用済み空気は、すでに航空機飛行時の大気よりも著しく高い圧力レベルであるので、キャビンからの使用済み空気が燃料電池内で酸化剤として用いられる場合においては、燃料電池の適切な機能を保証するために必要な、燃料電池に供給される空気の圧力の増加は、外気が用いられるときより著しく小さくできる。結果として、本発明は、稼働中に燃料電池に供給される酸化剤の流れを圧縮するためのエネルギー消費を最小化することができる。本発明に係る航空機燃料電池システムの更なる利点は、前記燃料電池システムへ空気を供給するために、追加ラムエアー取入れ口が航空機に設置される必要がないということである。これは、航空機の空気抵抗の増大という不利点を回避できるという意味である。
【０００９】
本発明に係る航空機燃料電池システムの好ましい実施態様では、前記酸化剤供給ライン内にコンプレッサーが配置される。本発明に係る航空機燃料電池システムを有する航空機が地上で操作されるとき、及び飛行中に操作されるときの両方の場合において、コンプレッサーは、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気流を、前記燃料電池システムの適切な機能を保証する圧力レベルにまで圧縮するように働く。コンプレッサーは、前記燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気を約１．３〜１．４ｂａｒの圧力レベルにまで圧縮できるように設置されることが好ましい。さらに、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気流の温度は、圧縮により上昇する。圧縮後には、燃料電池に供給される空気流は、おおよそ燃料電池の稼動温度に一致する温度となることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る航空機燃料電池システムが、比較的低レベルの稼動温度で稼動する低温ポリマー電解質膜燃料電池のような燃料電池を利用する場合においては、ひとたび前記酸化剤供給ライン内に設置されるコンプレッサーによって圧縮されれば、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気は、場合によっては既に所望の温度となる。しかしながら、さらに、比較的高レベルの稼動温度で稼動する高温ポリマー電解質膜燃料電池のような燃料電池を有する航空機燃料電池システムは、前記酸化剤供給ライン内に配置された熱交換器を更に具備することが好ましい。前記熱交換器は、熱伝達媒体から燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気へ熱を伝達するように働く。前記酸化剤供給ライン内のコンプレッサーの上流に前記熱交換器が配置される場合においては、比較的大きい温度差のため、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気へのエネルギー効率の良い熱伝達が可能である。その為、比較的大きい温度差の結果、特に、この配置の状態では、伝達装置の熱伝達表面とサイズと重さは比較的小さく保つことができる。
【００１１】
本発明に係る航空機燃料電池システムの特に好ましい実施形態では、前記熱交換器は、前記酸化剤供給ラインを流れる前記媒体と航空機空調ユニットのラインを流れる媒体とを熱的に結合するように備えられる。例えば、航空機の空調パックによって供給され、例えば航空機のキャビンを換気するために供給される、冷却される空調過程空気は前記熱交換器を流れることができる。燃料電池に入ってくる空気がキャビンエアーコンプレッサー（ＣＡＣ）によって圧縮された後、前記熱交換器に空調過程空気が供給される場合において、この場合空調過程空気は比較的高い温度レベルを持つので、冷却される空調過程空気から、加熱される燃料電池に入ってくる空気への熱伝達は、特にエネルギー効率が良い。その為、比較的大きな温度差の結果、特に、この配置の状態では、伝達装置の熱伝達表面とサイズと重さは比較的小さく保つことができる。この為、前記熱交換器は、航空機空調ユニットの空調過程空気ライン中のキャビンエアーコンプレッサーの下流に設置することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る航空機燃料電池システムと航空機空調ユニットの結合により、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気を用意するためのエネルギー消費を最小化できる。同時に、前記熱交換器内の空調過程空気から熱が奪われるので、より低い性能が航空機空調ユニットの電動空調システムに要求される。また、これは、より低い性能が、前記キャビンエアーコンプレッサー、又は空調過程においてラムエアーを要求するような航空機空調ユニットの第一及び第二熱伝達装置に要求される結果となる。ラムエアーに対するより低い要件は、航空機の空気抵抗の有利な減少についての直接的な効果を有する。
【００１３】
さらに、本発明に係る航空機燃料電池システムは、前記熱交換器をバイパスするためのバイパスラインを有することが好ましい。これにより、航空機のキャビンの使用済み空気排気口へ流れる使用済み空気は、状況に応じて又は部分的に、温度上昇のために前記熱交換器を通る様に導かれるか又は前記熱交換器を通り過ぎる様に送られることができる。前記熱交換器またはバイパスラインを通過する流れを制御するために、一つ又は複数のバルブを設置することができる。一つ又は複数のバルブの補助により、前記酸化剤供給ラインを流れる前記媒体の温度を制御することができる。
【００１４】
本発明に係る航空機燃料電池システムの前記酸化剤供給ラインは、外気ラインを介して航空機のラムエアーダクトへ接続されることができる。前記外気ラインはコンプレッサー上流の前記酸化剤供給ラインから分岐することが好ましい。前記外気ラインを介した外気の供給を制御するためのバルブは、外気ライン内に設置できる。たとえ航空機キャビンの使用済み空気排気口を介して燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気が燃料電池の適切な稼動を保証するのに十分でなかったとしても、燃料電池は前記外気ラインを介して十分な空気を供給されることができる。結果として、本発明に係る航空機燃料電池システムが航空機内の安全関連装置へ電気エネルギーを供給するために設置される場合において、前記外気ラインは、冗長性と、特に重要な安全機能を満たすことができる。
【００１５】
本発明に係る航空機燃料電池システムの多くの稼働状況において、燃料電池から放出される燃料電池排ガスの圧力は大気圧より大きい。燃料電池排ガスの圧力は、航空機の飛行高度、燃料電池の搭載状態等の周囲の条件に依存するが、大気圧の三倍にまでなることができると見積もられる。燃料電池排ガス内に蓄えられる圧力エネルギーの回収を可能とするために、燃料電池の排ガス排気口が伸縮装置に接続されることが好ましい。前記伸縮装置は、例えば、タービン型にでき、高圧の燃料電池排ガスは大気圧まで膨張するよう働くことができる。
【００１６】
例えばタービン型をした前記伸縮装置は、前記タービンの機械的エネルギーを電気エネルギーへ変換する発電機と結合させることができる。前記発電機から得られる前記電気エネルギーは、例えば航空機の機内供給システムへ送ることができる。しかしながら、これに代えて、前記伸縮装置は一以上のコンプレッサーと結合させることができる。前記一以上のコンプレッサーは、前記伸縮装置の一つの共通のシャフトに設置されることができる。前記伸縮装置によって駆動される前記一以上のコンプレッサーは、燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気を圧縮するための前記酸化剤供給ラインに設置される前記コンプレッサーとすることができる。しかしながら、またこれに代えて、前記伸縮装置により駆動される前記一以上のコンプレッサーは、航空機空調ユニットに統合されることもできる。前記排気口の空気内に蓄えられるエネルギーの一部は前記空調ユニットによって圧縮動作として貢献されるので、前記酸化剤供給ラインに設置される前記コンプレッサーが燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気を圧縮するための動作に必要とするエネルギーの二倍のエネルギーが、燃料電池排ガスの膨張から得られることができると予測できる。
【００１７】
その為、冗長構造をもち、特に確実に動作する本発明に係る航空機燃料電池システムは、複数の燃料電池及び燃料電池に供給されるキャビンからの使用済み空気を圧縮するための複数のコンプレッサーを具備する。前記複数のコンプレッサーは、複数の燃料電池のそれぞれの酸化剤供給口と航空機キャビンの使用済み空気排気口を接続する前記酸化剤供給ラインのそれぞれの分岐内に設置されることができる。コンプレッサーは、それぞれの燃料電池に接続されていることが好ましい。
【００１８】
原則として、それぞれのコンプレッサーは電動モーターによって駆動されることができる。しかしながら、またこれに代えて、二以上のコンプレッサーを共通のシャフトに配置し、これらのコンプレッサーを駆動するための電動モーターをたった一つだけ設置することも考えられる。最後に、一つのコンプレッサー、又は共通のシャフトに設置される複数のコンプレッサーを、航空機空調ユニットの空調パックのエアーサイクル装置を用いて駆動することも考えられる。
【００１９】
航空機燃料電池システムを稼動するための本発明に係る方法の場合においては、燃料電池の前記酸化剤供給口は酸化剤供給ラインの第一端に接続された状態で、燃料電池へ酸素含有媒体を供給するための酸化剤供給口を有する燃料電池が設置される。航空機のキャビンの使用済み空気排気口からの使用済み空気は、前記酸化剤供給ラインを介して燃料電池の前記酸化剤供給口へ供給される。
【００２０】
前記酸化剤供給ラインを流れる前記媒体は燃料電池に供給される前に、圧縮されることができる。
【００２１】
前記酸化剤供給ラインを流れる前記媒体は、熱交換器内で、例えば航空機空調ユニットのラインを流れる空調過程空気等の媒体と熱的に結合されることが好ましい。
【００２２】
前記酸化剤供給ラインを流れる前記媒体の温度は、前記熱交換器をバイパスするためのバイパスラインと、前記熱交換器又は前記バイパスラインを通るキャビンからの使用済み空気の流れを制御するためのバルブの補助により制御されることができる。
【００２３】
キャビンからの不十分な使用済み空気しか利用できないときでも、燃料電池の適切な稼動を保証するために、前記酸化剤供給ラインは外気ラインを通して航空機のラムエアーダクトからのラムエアーを供給されることができる。
【００２４】
燃料電池の排ガス排気口から排出される燃料電池排ガスは、伸縮装置に供給される。伸縮装置内では、高圧の燃料電池排ガスは、外気圧レベルまで膨張される。このときに回収されるエネルギーは、発電機やコンプレッサーのような機械的消費物を駆動するために使われることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】航空機燃料電池システムの概略図を示している。
【図２】図２ａから図２ｃは、異なる種類のコンプレッサーの配置を示している。
【図３】図３ａから図３ｂは、異なる種類のタービンを用いて回収されたエネルギーの利用について示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここで、本発明に係る航空機燃料電池システムの好ましい実施形態について、添付概略図を参照してより詳細に説明する。
【００２７】
図１は、飛行機内で使用するために設置され、複数の燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを具備する燃料電池システム１０を示す。それぞれの燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはポリマー電解質膜燃料電池式で、カソードと、カソードとはポリマー電解質膜により分離されているアノードを有する。それぞれの燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのカソードは、酸素含有媒体がカソードに供給されることができるように酸化剤供給口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄへ接続される。
【００２８】
それぞれの酸化剤供給口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、酸化剤供給ライン１６の対応する分岐１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの第一端に接続される。前記酸化剤供給ライン１６の第二端は、航空機のキャビン２０からの使用済み空気の排気口１８へ接続される。飛行機飛行時には、前記キャビン２０は、空調ユニットの補助により大気圧より高い圧力に保たれる。飛行機の巡航高度では、前記キャビンの圧力は約０．８ｂａｒである。その為、飛行機飛行時、特に飛行機が巡航高度にある時に大気より非常に高い圧力レベルを有するキャビンからの使用済み空気は、前記酸化剤供給ライン１６を介してそれぞれの燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの前記酸化剤供給口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄへ供給されることができる。
【００２９】
それぞれのコンプレッサー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、前記酸化剤供給ライン１６のそれぞれの分岐１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ内に設置される。前記コンプレッサー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、約１．３〜１．４ｂａｒの要求される圧力レベルにまで、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに供給されるキャビンからの使用済み空気を圧縮するように働く。さらに、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに供給されるキャビンからの使用済み空気の温度は、前記圧縮過程により増加させられる。冗長性のために、別々に構成されたコンプレッサー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、それぞれの燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄへ連結される。
【００３０】
図１と図２ｂに示すように、二つのコンプレッサー２２ａ，２２ｂ及び２２ｃ，２２ｄは、いずれの場合にも、一つの共通のシャフトに設置され、一つの電動モーター２４ａ，２４ｂで駆動されることができる。電動モーターは、それぞれのコンバーター２６ａ，２６ｂにより電気エネルギーを供給される。他のコンプレッサー配置を図２ａと２ｃに示す。図２ａによれば、共通のシャフトに設置される二つのコンプレッサー２２ａ’，２２ｂ’は、飛行機空調ユニットの空調パックのエアーサイクル装置２８によっても駆動されることができる。最後に、図２ｃに示すように、それぞれのコンプレッサー２２ａ”，２２ｂ”を別々の電動モーター２４ａ”，２４ｂ”の補助により駆動されることも可能である。
【００３１】
上述したように、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに供給されるキャビンからの使用済み空気も、圧縮過程により加熱される。それぞれ燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの高い稼動温度にまで、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに供給されるキャビンからの使用済み空気を適切に予熱することを保証するために、さらに二つの熱交換器３０ａ，３０ｂが酸化剤供給ライン１６内に設置される。前記熱交換器３０ａ，３０ｂのエネルギー効率の良い稼動を可能とするために、前記熱交換器３０ａ，３０ｂは、前記酸化剤供給ライン１６内のコンプレッサー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの上流に設置される。その為、比較的大きい温度差の結果として、特に、この種の配置の状態では、前記熱交換器３０ａ，３０ｂの熱伝達表面とサイズと重さを比較的小さく保つことができる。
【００３２】
前記熱交換器３０ａ，３０ｂは、前記酸化剤供給ライン１６を流れるキャビンからの使用済み空気と、冷却されるべき、飛行機空調ユニットのライン３２ａ，３２ｂを流れる前記空調過程空気との熱結合を生み出す。前記空調過程空気からの熱は、前記熱交換器３０ａ，３０ｂ内のキャビンからの使用済み空気へ伝達し、その結果、前記空調過程空気はより低い温度へ冷却される、一方でキャビンからの使用済み空気は加熱される。前記ライン３２ａは、飛行機空調ユニットの第一空調パックのキャビンエアーコンプレッサーによって圧縮され、結果として高い温度となった空調過程空気を前記熱交換器３０ａへ供給する。同様に、前記ライン３２ｂは、飛行機空調ユニットの第二空調パックのキャビンエアーコンプレッサーによって圧縮された冷却されるべき空調過程空気を前記熱交換器３０ｂへ供給する。
【００３３】
不十分なキャビンからの使用済み空気しか利用できない場合の燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの適切な機能を保証するために、前記酸化剤供給ライン１６は、二つの外気ライン３４ａ，３４ｂを介して航空機のラムエアーダクトへ接続される。それ故に、必要ならば、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、外気ライン３４ａ，３４ｂによって大気圧より高い圧力のラムエアーを供給されることができる。
【００３４】
多くの稼働状況において、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、大気圧より高い圧力レベルの燃料電池排ガスを、対応する排ガス排気口３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを介して排出する。飛行機の飛行高度と燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの搭載状態等の周囲条件次第で、燃料電池排ガスの圧力は、大気圧の三倍まで上がり得る。この為、燃料電池排ガス内に蓄えられる圧力エネルギーの回収のために、燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの前記排ガス排気口３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄはタービン型の伸縮装置３８へ接続される。伸縮装置３８内で、燃料電池排ガスは外気圧レベルまで膨張される。
【００３５】
図１及び図３ａによれば，前記伸縮装置３８内で得られる機械的エネルギーは、前記伸縮装置３８に結合される発電機４０によって電気エネルギーへ変換される。前記発電機４０により発生する電気エネルギーは、飛行機の機内電力供給システムに送られ、例えば前記コンプレッサー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを駆動するために、電動モーター２４ａ，２４ｂへ電気エネルギーを供給することができる。しかしながら、図３ｂに示すように、共通の一本のシャフトにより前記伸縮装置３８をコンプレッサー２２ａ’’’へ直接結合することも可能である。前記コンプレッサー２２ａ’’’は、例えば燃料電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに供給されるキャビンからの使用済み空気を圧縮するためのコンプレッサーとできる。しかしながら、またこれに代えて、前記コンプレッサー２２ａ’’’は飛行機空調ユニットと統合することもできる。
【図１】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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【図２ｃ）】
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【図３ａ）】
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【図３ｂ）】
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【国際調査報告】
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