CN104640771A - 用于飞机登机梯空间与燃料电池系统集成的改进利用 - Google Patents

用于飞机登机梯空间与燃料电池系统集成的改进利用 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供用于改进飞机的空间利用概念，并且特别涉及使用由被设计成容纳登机梯系统的包壳所创建的地板下方空间。例如，该空间可以用于容纳和集成一个或多个燃料电池系统和/或组成部件，如氢罐和/或燃料电池主体，使得燃料电池系统能够传递有用的副产物以支持各种飞机功能。另外或可选地，空间可以用于存储其他组成部件。

Description

用于飞机登机梯空间与燃料电池系统集成的改进利用
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年8月14日提交的题为“Aircraft EquipmentConcepts”的美国临时申请序列号No.61/682,936的优先权，该申请的全部内容通过引用全部合并于此。
技术领域
本发明的实施例总体上涉及用于飞机的改进的空间利用概念，并且特别地涉及使用由被设计成容纳登机梯(airstair)系统的包壳所创建的地板下方空间。例如，该空间可以用于容纳和集成一个或多个燃料电池系统和/或组成部件，如氢罐和/或燃料电池主体，使得燃料电池系统能够传递有用的副产物以支持各种飞机功能。另外或可选地，空间可以用于存储其他与厨房有关的用品，如额外的垃圾存储、垃圾压实机组成部件和/或冷却器组成部件，以及热管理系统、流体组成部件(气体或液体的)或诸如逆变器等的其他功率组成部件。还可以设想该空间可以用于集成将以其他方式消耗飞机中其它的有价值空间的其他组成部件。该空间也可以包括协助热管理的组成部件。
背景技术
登机梯是内置到客机内使得乘客(以及飞机机组人员和维修队伍)可以登上飞机的一组阶梯。登机梯可以用在商业、商务和货运飞机上。登机梯往往内置到飞机上的掀盖式(clamshell-style)类型舱门内。当飞机打算着陆在存在着有限的地面基础设施或服务所在的机场停机坪上时，它们通常被安装。登机梯可以被部署以便允许在没有任何外部结构的情况下的飞机访问，由此消除了用于乘客使用移动楼梯或登机道来登上或离开飞机的需要，并且提供了具有更加独立于地面服务的飞机(和航空公司)，即使地面服务是可用的。随着地面服务成本增加，一些航空公司选择将登机梯包壳集成到飞机内以便提供限制地面服务成本的选择。例如，在大型机场中，与登机梯的增加的重量和空间相比，乘客地面服务的成本、停车以及地面处理时间都可以是重要的。越来越多的飞机制造商因此提议在飞机中包括能够可选择地装配有登机梯的登机梯包壳(envelope)，以便降低地面操作的时间和成本。
然而，登机梯的重量对飞机操作期间的燃料消耗有影响。飞机上的每公斤都被考虑，这就是为什么一些飞机制造商决定去除登机梯或者根本没有将登机梯安装到登机梯包壳/空间内。换言之，因为飞机只是在当能够在降低它的其他成本(例如，燃料成本等等)的情况下以有效载荷(即，乘客和/或货运)飞行时是有成本竞争力的，所以如果飞机安装了登机梯但是因为飞机通过传统的登机道登上和下飞机而当前未使用它们，那么航空公司可能会决定从飞机上去除登机梯。因此，飞机可能仍然具有登机梯包壳/空间，但是登机梯的增加的重量被去除。
发明内容
本发明人寻求使登机梯包壳空间更加有价值和有用的途径，如果登机梯未被安装在该空间中或者已经被去除。在一个具体实施例中，发明人寻求使用登机梯包壳来容纳各种燃料电池系统组成部件和/或使用燃料电池系统动力和其他副产物的电子用品。这里描述的发明的实施例因此提供了将燃料电池系统并入并集成到登机梯包壳内的独特的途径。例如，实施例包括被集成在登机梯空间中并且可以传递生成的电和其他副产物(水、电、贫氧空气和/或热)以供由其他飞机应用和系统使用的燃料电池系统(其可以被分成子系统)。实施例还涉及用于登机梯空间的其他用途，如容纳与垃圾有关的用品、垃圾压实机、冷却器和/或用于燃料电池的逆变器，所有这些都可以经由飞机电力、发电机电力(当在地面时)或者经由燃料电池系统被提供动力。
附图说明
图1示出飞机上的登机梯包壳的俯视图。
图2示出用于待定位在登机梯包壳内的飞机操作部件的一个潜在配置的侧面透视图。
图3示出通过登机门(boarding door)的飞机的侧面透视图，图示了乘客甲板下方的登机梯空间。
图4示出用于访问登机梯包壳的访问面板的位置的一个实施例。
图5示出用于诸如燃料电池配件或燃料电池系统组成部件等的飞机操作部件的存储的可选实施例。
具体实施方式
许多飞机机上组成部件都需要电功率以用于它们的启动。这些部件中的很多都与运行飞机实际所需的电气组成部件(即，导航系统、燃料计、飞行控制以及液压系统)分开。例如，飞机还具有餐饮设备、加热/冷却系统、盥洗室、电动座椅、热水器、加热器地板面板以及也需要动力的其他组成部件。
然而，这些组成部件的一个担忧是它们的能量消耗。可能期望单独地为这些系统提供动力，而不是依赖于飞机发动机的驱动发电机或者附加动力源，如煤油燃烧辅助动力电池(APU)(或者如果飞机还没有在飞行中的话通过地面动力电池)。另外，飞机动力的使用产生噪声和CO2排放，这两者都被期望减小。于是，期望通过提供向这些组成部件供电的创新途径来识别出提高燃料效率和动力管理的途径。有正在开发以生成电力使机上组成部件运行以及以利用该电力生成的有益副产物用于飞机机上其他用途的新途径。
燃料电池的相对新的技术提供了补充已载上飞机的能量源的有前途的较干净且较安静的途径。燃料电池具有除了电功率以外的多个出口，并且这些其他出口往往未被利用，但是能够用于避免由燃料电池系统生成的其他可用能量源(如热、电和/或气动力)的损失。燃料电池系统将压缩氢的燃料源与空气中的氧气组合以产生作为主要产物的电和热动力。作为副产物产生了比来自当前飞机电力生成过程的CO2排放的危害小得多的水、热和贫氧空气(Oxygen Depleted Air)(ODA)。因为所提议的飞机和其他交通工具的机载燃料电池系统的使用相对新，所以不总是有用于燃料电池系统的在合适位置处的适当的存储系统。
本发明的实施例因此提供了用于燃料电池组成部件的独特的存储位置并且识别了使用先前未使用的飞机机上空间的途径。在一个具体实施例中，登机梯空间10被用于容纳燃料电池系统12。图1示出被定位在飞机14的下部机身中的登机梯包壳10的俯视图，这也示出在图3中。该位置可以在飞机中的前部、尾部或者任何其他允许的位置。图1还示出飞机的主水平(main level)上的厨房16和盥洗室18的位置。登机梯空间10是在飞机的腹部中的在主水平下方的自由包壳，并且如果登机梯未安装或者如果它们已经被去除了时登机梯空间10存在。
图2图示了已经在其内部定位有附加组成部件的登机梯包壳10的侧面透视图。提供了燃料电池系统12组成部件，如形成燃料电池系统12的压缩氢罐20和燃料电池主体22。图2还示出使用登机梯空间10来包含垃圾压实机24或垃圾压实机组成部件、冷却器26或冷却器组成部件、和/或逆变器28或逆变器组成部件、和/或私人或商业飞机内部使用的其他任何常见操作部件的可选实施例。例如，该空间也可以用于存储额外的枕头和毯子、额外的水或苏打水瓶、额外的杯子或其他服务用品、压实的垃圾或者能够被存储且不需立即访问的任何其他用品。
现在参见燃料电池系统12存储实施例，燃料电池系统12可以具有集成的氢存储或者可以具有分散的氢存储，如2013年3月13日提交的题为“Removable Storage for Hydrogen On-board PassengerTransport Vehicles such as Aircraft”的共同未决申请No.PCT/IB2013/051984中所描述的，该申请的全部内容合并于此。氢存储可以位于未加压区域以及登机梯的加压区域中。因为这是自由空间，所以提供了用于氢罐存储的良好的位置。
氢存储可以是液体、气体或固体。如所示出的，氢罐20可以被直接连接至燃料电池22。可选地，燃料电池主体22可以位于登机梯空间10中并且经由管子或其他管道被连接至氢罐(存储在位于远离登机梯空间10的区域中的别处，如果期望或需要的话可能在未加压区域中)。这允许了氢罐将氢传递至燃料电池(以及传递至可以位于飞机上别处的任何其他燃料电池主体)。(例如，在一个实施例中，氢罐可以将氢传递至被定位在个人座椅上的燃料电池，如2013年3月13日提交的题为“Vehicle Seat Powered by Fuel Cell”的共同未决申请No.PCT/IB2013/051979中所描述的，该申请的全部内容合并于此。)
用于转换燃料电池动力的逆变器(inverter)28的使用也是一种选择，取决于VDC或VAC消耗装置。燃料电池系统12产生直流电。如果在飞机上安装了交流消耗装置，那么可以在燃料电池系统12中安装逆变器28。燃料电池系统12可以被互连至飞机的机上电网，使得它能够传递可根据需要分布的总功率。可选地，它可以是自主的并且将电力直接供给至插到燃料电池系统12内的电消耗装置。概念不限于现有的燃料电池技术并且可以由任何将来的技术使用。
图2还示出被定位在登机梯空间10中的垃圾压实机24。这可以是实际的垃圾压实机或者是压实机的一个或多个电或机械的组成部件。图2进一步示出了被定位在登机梯空间10中的冷却器26。冷却器26能够将冷空气供给至一个或多个厨房16或者要求冷空气的任何其他产品。其他厨房组成部件可以具有也被定位在该空间10中的一个或多个组成部件。通过在空间10中集成这些厨房组成部件中的一个或多个，能够创建在厨房中的或者用于添加更多乘客座椅的附加地板空间，和/或能够在节省的空间中存储更多的食物和饮料产品。
如所讨论的，由燃料电池系统12生成的副产物是电、热、水(H2O)和贫氧空气。燃料电池副产物中的至少一个(并且优选地多于一个)可以由飞机组成部件使用。例如，副产物可以用在厨房中(例如，由炉具、冷却器、垃圾压实机、饮品制作机等等使用)、在盥洗室中(例如，为冲水提供动力、加热水、提供用于灯的电等等)以及座椅水平(例如，用于座椅控制、充电系统、加热的座椅等等)和/或由燃料电池生成的产物中的至少一个能够使用的任何其他产品。配置可以如图2所示地优化。
地板水平处的副产物的一个具体使用是传递来自燃料电池活动的热量以缓解用于地板加热器的需要。目前，被加热的地板面板用于避免在飞机门附近的冷的感觉。在图2中示出的实施例中，冷却器26和燃料电池系统12两者都产生热。于是，由这些系统中的一个或多个生成的热都可以被用于加热地板。图3示出通过飞机的登机门的透视图，其中登机门被去除。该图图示了地板基组成部件可以如何被定位以利用生成的热。
在具体实施例中，可以利用由燃料电池系统生成的热、如热空气(气体)和/或液体来获得地板加热。热可以被向上传递，以便加热地板和大体门口区域，以代替使用被加热的地板面板。该热升高由标有“H”的箭头图示出。另外或可选地，热(经由空气或液体)可以被按路线运送至飞机的厨房或盥洗室部分，或者可选择地到达机舱的其他区域以供使用。另外或可选地，热(经由空气或液体)可以被按路线运送至货舱或者所收集的热可以有用所在的其他区域。
图3还示出可以集成到乘客甲板地板36内以便再次填充登机梯空间10中的氢罐20或其他用品的伺服面板(service panel)30。舱外排出(overboard discharge)指示器也可以位于伺服面板30中。(也可以用于待根据各种安全规则、规章、准则和/或飞机制造者要求而位于另一位置的安全隔膜(burst disc)或舱外排出)。对于伺服面板30的另一用途是登机梯空间10被用作垃圾隔室和/或用于垃圾压实，接着垃圾区域可以被容易地访问用于垃圾的插入和去除。另外，空间10可以被用于存储飞行中有用但可能不需要立即访问的其他用品。例如，枕头和毯子、额外的杯子或盘子、额外的饮料(水瓶、苏打水、咖啡粉和其他饮品)可以被存储在该否则也不使用的空间中。
另外，伺服面板有助于燃料电池系统的维修或者位于空间10中的垃圾压实机、冷却器、逆变器或任何其他组成部件的维修。图4示出访问面板30可以位于乘客甲板上/下的位置的示例。访问面板30可以具有与上侧头部机舱行李存储隔室类似的打开与闭合机构。可选地，可以使用用于面板30的任何其他固定系统。
可选实施例提供了被定位在厨房16上方的燃料电池系统，如图5所示。(尽管图5示出了厨房，但应该理解的是，也可以使用盥洗室天花板中的空间。)氢比空气轻，并且优选避免氢积累并避免创建爆炸性气氛。于是，出于安全的目的以及规章，也可以设置有氢传感器。通过使燃料电池系统12的一个或多个组成部件位于机舱顶板32与飞机表层34之间，也可以节省空间。在一个实施例中，氢罐组成部件20中的所有都可以安装在图5的位置中，并且燃料电池的电或其他子系统可以安装在地板下面。在另一实施例中，所有组成部件都位于厨房(或盥洗室)的上方，或者可以使用这些选择的组合。
可以在不脱离发明和随附权利要求的范围或精神的情况下对上面列举的和图中示出的结构与方法进行改变与修改、添加与删除。

Claims (11)

1.一种具有登机梯包壳的飞机，所述登机梯未安装或被去除，包括：
a.安装在所述登机梯包壳中的燃料电池系统的一个或多个组成部件；以及
b.所述飞机的乘客甲板地板中的伺服面板，以提供从所述飞机内部对登机梯空间的访问。
2.根据权利要求1所述的飞机，进一步包括被定位在所述登机梯包壳中的垃圾压实机、垃圾存储、冷却器或逆变器中的一个或多个。
3.根据权利要求1或2所述的飞机，进一步包括被定位在所述登机梯包壳中的额外的枕头、毯子、饮品用品或食物存储用品中的一个或多个。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中一个或多个氢罐被存储在所述登机梯包壳中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中燃料电池主体被存储在所述登机梯包壳中并且其中氢罐被远程地存储，所述燃料电池主体和至少一个氢罐被流体地连接。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中氢罐被存储在飞机厨房上方的头顶空间中。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中所述飞机具有乘客甲板地板，其中所述燃料电池系统的一个或多个组成部件生成热，并且其中所述生成的热被用于加热所述乘客甲板地板的部分，而没有对于单独被加热的地板面板的需要。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中所述飞机具有货舱，其中所述燃料电池系统的一个或多个组成部件生成热，并且其中所述生成的热被按路线运送至所述货舱。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的飞机，其中所述飞机具有厨房或盥洗室，其中所述燃料电池系统的一个或多个组成部件生成热，并且其中所述生成的热被按路线运送至所述厨房或所述盥洗室或两者。
10.一种具有机舱顶板和飞机外部蒙皮的飞机，所述飞机包括：
a.安装在所述机舱顶板与所述飞机外部蒙皮之间的空间中的燃料电池系统的一个或多个组成部件。
11.根据权利要求10所述的飞机，其中一个或多个氢罐被存储在所述空间中。
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