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公開番号2025027466
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2024135210
出願日2024-08-14
発明の名称複数の発電ユニットを含む高温プロトン交換膜(HTPEM)燃料セル航空機の起動
出願人ザ・ボーイング・カンパニー,The Boeing Company
代理人園田・小林弁理士法人
主分類B64D 27/355 20240101AFI20250219BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】水素燃料セルを用いて電力供給される推進システムを使用する航空機に関する。
【解決手段】航空機が、クーラント1917が導管システム1902を通って流れる。ポンプシステム1904が、クーラント1917を導管システム1902を介して燃料セルスタック1920へと循環させるよう構成される。コントローラ1905が、クーラント1917を加熱して加熱されたクーラント1916を形成するよう、ヒータシステム1901を制御し、加熱されたクーラント1916を導管システム1902を介して循環させるよう、ポンプシステム1904を制御し、加熱されたクーラント1916を燃料セルスタック1920のうちの一組へと循環させるよう、導管システム1902を制御し、加熱されたクーラント1916によって、燃料セルスタック1920のうちの一組が作動温度1925に達する。
【選択図】図19
特許請求の範囲【請求項１】
航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）であって、
クーラント（１９１７）を加熱するよう構成されたヒータシステム（１９０１）と、
燃料セルスタック（１９２０）に熱的に接続された導管システム（１９０２、２９９０）であって、前記クーラント（１９１７）が前記導管システム（１９０２、２９９０）を通って流れる、導管システム（１９０２、２９９０）と、
前記クーラント（１９１７）を前記導管システム（１９０２、２９９０）を介して前記燃料セルスタック（１９２０）へと循環させるよう構成されたポンプシステム（１９０４）と、
コントローラ（１９０５）であって、
前記クーラント（１９１７）を加熱して加熱されたクーラント（１９１６）を形成するよう、前記ヒータシステム（１９０１）を制御すること、
前記加熱されたクーラント（１９１６）を前記導管システム（１９０２、２９９０）を介して循環させるよう、前記ポンプシステム（１９０４）を制御すること、及び、
前記加熱されたクーラント（１９１６）を前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの一組へと循環させるよう、前記導管システム（１９０２、２９９０）を制御することであって、前記加熱されたクーラント（１９１６）によって、前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組が作動温度（１９２５）に達する、前記導管システム（１９０２、２９９０）を制御すること
を行うよう構成されたコントローラ（１９０５）と、
を備えた、航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記コントローラ（１９０５）が、
前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組が前記作動温度（１９２５）に達したのに応じて、前記加熱されたクーラント（１９１６）を全ての前記燃料セルスタック（１９２０）へと循環させるよう、前記導管システム（１９０２、２９９０）を制御するようさらに構成され、前記加熱されたクーラント（１９１６）が、電力を発生させている前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組によって加熱されており、残りの前記燃料セルスタックが前記作動温度（１９２５）に達する、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項３】
前記ヒータシステム（１９０１）がヒータ（１９１５）で構成され、前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの各燃料セルスタック、及び前記ヒータ（１９１５）のうちの各ヒータが、ナセル（２９５０、２９５２、２９５４）内に位置しており、各燃料セルスタックが前記ヒータ（１９１５）のうちのヒータに熱的に接続されており、前記コントローラ（１９０５）が、
前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組が発生させた電力を、前記電力を発生させていない他の燃料セルスタック（１９２０）のための前記ヒータ（１９１５）に送るようさらに構成される、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項４】
前記コントローラ（１９０５）が、
前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組が電力を発生させているのに応じて、電力を発生させている前記燃料セルスタック（１９２０）のうちの前記一組のための前記加熱システムによる前記クーラント（１９１７）の加熱を停止するようさらに構成される、請求項２に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項５】
前記導管システム（１９０２、２９９０）及び前記ポンプシステム（１９０４）が、前記航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）の電気エンジン（１０６、４０６、２６０１）の稼働中には、前記クーラント（１９１７）をナセル（２９５０、２９５２、２９５４）熱交換器へと循環させる、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項６】
前記コントローラ（１９０５）が、
前記燃料セルスタック（１９２０）の起動中に前記ナセル（２９５０、２９５２、２９５４）熱交換器を迂回するよう、前記導管システム（１９０２、２９９０）を制御するよう構成される、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項７】
前記コントローラ（１９０５）が、
前記燃料セルスタック（１９２０）の起動後に前記ヒータシステム（１９０１）を迂回するよう、前記導管システム（１９０２、２９９０）を制御するよう構成される、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項８】
前記ヒータシステム（１９０１）が、バッテリシステム（１９３１）に接続された電気ヒータ（１９３０）を含む、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項９】
前記ヒータシステム（１９０１）が、
前記クーラント（１９１７）を加熱するための熱を水素ガスを使用して生成する燃焼式ヒータを含む、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
【請求項１０】
各燃料セルスタックが、エンジンのためのナセル（２９５０、２９５２、２９５４）内に位置している、請求項１に記載の航空機（１９９、４００、３１２７、３８５５、４５０２）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０２３年８月１４日に出願された「Ｓｔａｒｔ－ＵｐｏｆＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅ（ＨＴＰＥＭ）ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔｗｉｔｈＭｕｌｔｉｐｌｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＵｎｉｔｓ」と題する米国仮特許出願第６３／５１９，５１８号の利益を主張し、その全体が、参照により本明細書で援用される。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
本願は、以下の米国特許出願、即ち、同日に出願された、「ＰｕｍｐｅｄＴｗｏ－ＰｈａｓｅＣｏｏｌｉｎｇｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」と題する米国特許出願第１８／６１０，４３８号、弁理士整理番号２３－０６１０－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒａＬＨ２ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔｗｉｔｈＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＳｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許出願第１８／６１０，５２６号、弁理士整理番号２３－１３４８－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＭｅｔｈｏｄｏｆＮａｃｅｌｌｅＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｆｏｒａＨｙｄｒｏｇｅｎＦｕｅｌｅｄＦｕｅｌＣｅｌｌＰｏｗｅｒｅｄＡｉｒｃｒａｆｔ」と題する米国特許出願第１８／６１０，５８０号、弁理士整理番号２３－１３６７－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＬｉｑｕｉｄＨｙｄｒｏｇｅｎＦｅｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｕｅｌＣｅｌｌＰｏｗｅｒｅｄＡｉｒｃｒａｆｔ」と題する米国特許出願第１８／６１０，６９７号、弁理士整理番号２３－１３６８－ＵＳ－ＮＰ、同日に出願された、「ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＣｈａｒｇｅＡｉｒＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒ」と題する米国特許出願第１８／６１０，８１６号、弁理士整理番号２３－１３８３－ＵＳ－ＮＰ、及び、同日に出願された、「ＦｕｅｌＣｅｌｌＡｉｒｃｒａｆｔＴｈｅｒｍａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ」と題する米国特許出願第１８／６１０，８６８号、弁理士整理番号２３－１３８５－ＵＳ－ＮＰに関し、これらの全体が、参照により本明細書で援用される。
【技術分野】
【０００３】
本開示は、概して航空機に関し、特に、水素燃料セルを用いて電力供給される推進システムを使用する航空機に関する。
【背景技術】
【０００４】
電気的推進システムを備えた航空機は、航空産業のために多くの利益を提供しうる最新のトレンドである。電動航空機は、環境面で多くの利益をもたらしうる。例えば、電動航空機は、飛行中の排出量ゼロをもたらし、これによりカーボンフットプリントを削減することが可能である。
【０００５】
さらに、電動機は一般的に燃焼機関よりも静かである。結果として、このタイプの航空機を使用することで、騒音公害を低減することが可能である。
【０００６】
電動航空機は、水素を使用した電力供給が可能な電気的推進システムを有する。水素は、タンク内に蓄えることが可能である。上記タンク内に蓄えられた水素は、通常では液体状態にあり、セ氏－２５３度といった極低温で蓄えられている。
【０００７】
上記燃料タンク内の水素は、液体水素、気体水素、又は、液体状態若しくは気体状態のメタン若しくは他の炭化水素といった他の水素担体として貯蔵されうる。改質器が、炭化水素分子から水素を取り出す改質プロセスにおいて使用されうる。
【０００８】
次いで、上記燃料タンク内の水素が、航空機内の推進システム及び他のシステムに電力供給するための電気を発生させる際に使用される燃料セルに送られうる。上記の燃料セルは、水素及び空気から得られた酸素を、航空機内の推進システムに電力供給するための電気に変換する電気化学的な装置である。この種のセルは、高効率で、かつ最小の排出量で動作し、ここで、副生成物は水蒸気である。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の実施形態が、ヒータシステム、燃料セルスタックに熱的に接続された導管システム、ポンプシステム、及びコントローラを備えた航空機を提供する。ヒータシステムが、クーラントを加熱するよう構成される。クーラントが導管システムを通って流れる。ポンプシステムが、クーラントを導管システムを介して燃料セルスタックへと循環させるよう構成される。コントローラが、クーラントを加熱して加熱されたクーラントを形成するよう、ヒータシステムを制御するよう構成される。コントローラが、加熱されたクーラントを導管システムを介して循環させるよう、ポンプシステムを制御するよう構成される。コントローラが、加熱されたクーラントを燃料セルスタックのうちの一組へと循環させるよう、導管システムを制御するよう構成され、加熱されたクーラントによって、燃料セルスタックのうちの一組が作動温度に達する。
【００１０】
本開示の他の実施形態が、胴体、胴体に接続された翼、翼に接続されたエンジン、エンジンのための燃料セルスタック、及び燃料セルスタック起動システムを備えた航空機を提供する。燃料セルスタック起動システムが、加熱されたクーラントを燃料セルシステム内の燃料セルスタックのうちの一組へと循環させ、燃料セルスタックのうちの一組が作動温度に達し、クーラントを加熱するパワーを生成して、燃料セルシステム内の他の燃料セルスタックを起動するよう構成される。本開示のさらに別の実施形態が、胴体、胴体に接続された翼、翼に接続されたエンジン、燃料セルスタック、ヒータシステム、燃料セルスタックに接続された導管システム、ポンプシステム、及びコントローラを備えた航空機を提供する。燃料セルスタックが、エンジンのための電気を発生させるよう構成される。ヒータシステムが、クーラントを加熱するよう構成される。クーラントが導管システムを通って流れる。ポンプシステムが、クーラントを導管システムを介して燃料セルスタックへと循環させるよう構成される。コントローラが、クーラントを加熱して加熱されたクーラントを形成するよう、ヒータシステムを制御するよう構成される。コントローラが、加熱されたクーラントを導管システムを介して循環させるよう、ポンプシステムを制御するよう構成される。コントローラが、加熱されたクーラントを幾つかの燃料セルスタックへと循環させるよう、導管システムを制御するよう構成され、加熱されたクーラントによって、幾つかの燃料セルスタッが作動温度に達する。
（【００１１】以降は省略されています）

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