DE10142215A1

DE10142215A1 - Verfahren zur Gewinnung von Wasser für eine Wasseranlage

Info

Publication number: DE10142215A1
Application number: DE2001142215
Authority: DE
Inventors: Claus Hoffjann; Wilhelm Lutzer
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser für eine Wasseranlage, die an Bord eines von Triebwerken angetriebenen Flugzeuges angeordnet ist. DOLLAR A Eine flexible Mengenbereitung von Trinkwasser unter Vermeidung von Verkeimungs- und Kontaminationsrisiken wird dadurch erzielt, dass zur Trinkwassergewinnung gemäß nationaler und/oder internationaler Trinkwasserverordnungen eine mit Kerosin angetriebene Verbrennungsmaschine vorgesehen ist, und dass der Treibstoff in der Verbrennungsmaschine unter Zuführung von Sauerstoff vollständig und rückstandsfrei derart verbrannt wird, dass als Endprodukt des Verbrennungsvorganges Wasser in hoher Reinheit und Kohlendioxyd anfallen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser für eine Wasseranlage, die an Bord eines mit Triebwerken angetriebenen Flugzeuges angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Besonders in Verkehrsflugzeugen wird zur Versorgung von Passagieren und Besatzung eine von Flugzeugtyp, Flugdauer und Passagierzahl abhängige Menge Trinkwassers transportiert. Das notwendige Volumen bzw. die notwendige Menge wird nach statistischen Verbrauchsanalysen ermittelt und vorgegeben. Von Nachteil ist, dass bei Minderverbrauch das überschüssig mitgeführte Wasser als Nutzlast reduzierendes Element wirkt, und dass bei Mehrverbrauch das zusätzlich benötigte Wasser erst nach der nächsten Landung aufgenommen werden kann. Zudem könnte die Qualität des mitgeführten Wassers ungünstigstenfalls durch Verkeimung, Fungien und Algenbildung gefährdet werden.
In der DE 43 23 719 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wasserversorgung an Bord eines mit Triebwerken ausgerüsteten Flugzeuges beschrieben, welches mit einem Brennstoff, beispielsweise Kerosin oder Wasserstoff angetrieben wird. Die bei der Verbrennung des Brennstoffes im Triebwerk entstehenden Abgase werden an geeigneter Stelle, etwa hinter einer Turbinenstufe, zumindest teilweise entnommen. Die entnommenen Abgase werden auf eine solche Temperatur abgekühlt, dass ein wesentlicher Teil des als Verbrennungsprodukt im Abgas enthaltenen Wassers auskondensiert. Das auskondensierte Wasser wird beispielsweise mit einem Wasserabscheider abgeschieden. Diese Möglichkeit stellt die Nutzung eines ohnehin vorhandenen Verbrennungsprozesses zur Wassergewinnung dar.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches eine flexible Mengenbereitstellung von Trinkwasser, d. h. unabhängig vom Verbrauch, und unter Vermeidung von Verkeimungs- und Kontaminationsrisiken erzielt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Trinkwassergewinnung gemäß nationaler und/oder internationaler Trinkwasserverordnungen eine mit Kerosin angetriebene Verbrennungsmaschine vorgesehen ist, und dass der Treibstoff in der Verbrennungsmaschine unter Zuführung von Sauerstoff vollständig und rückstandsfrei derart verbrannt wird, dass als Endprodukt des Verbrennungsvorganges Wasser (H2O) in hoher Reinheit und Kohlendioxyd (CO2) anfallen.
Erfindungsgemäße Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 15 beansprucht.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen der Vorrichtung sind aus den Unteransprüchen 16 bis 20 ersichtlich.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip der Wassergewinnung durch einen Umwandlungsprozess von Kerosin oder auch anderen kohlenwasserstoffhaltigen Treibstoffen. Im vorliegenden Fall wird Wasser über die Umwandlung des Treibstoffes (Kerosin) unter Zuführung von Sauerstoff gewonnen, wobei das Kerosin als Wasserstofflieferant dient und der notwendige Sauerstoff aus dem Sauerstoffanteil der umgebenden Atmosphäre entnommen wird. Alternativ kann dem System auch reiner Sauerstoff zugeführt werden. Durch geeignete Nachbehandlung des erhaltenen Wassers erhält dieses vorteilhafterweise Trinkwasserqualität. Das System arbeitet autark und ist neben dem Einsatz in Flugzeugen auch für Schiffe, Bahnen und Busse oder vergleichbare Transportmittel geeignet oder kann dem lokalen Betrieb an Land sowie im oder unter Wasser dienen. Die beim Vorgang der Wassergewinnung entstehende Energie wird vorteilhafterweise zur Einsparung anderer Systeme zur Energiegewinnung verwendet.
Es sind Verbrennungsprozesse sowie katalytische Prozesse einsetzbar. Entgegen der Nutzung von Abgasen aus Prozessen nicht speziell für diesen Zweck ausgelegter Verbrennungsmaschinen sind zur Erreichung der entsprechenden Wasserqualität besondere Vorkehrungen zu treffen. So muß bei einem Verbrennungsprozess dieser auf die Wassergewinnung optimiert sein, d. h. es muss eine vollständige und rückstandsfreie Verbrennung des Treibstoffes stattfinden, so dass als Endprodukt dieses Prozesses Wasser in möglichst hoher Reinheit und Kohlendioxyd (CO₂) anfallen. Erfindungsgemäß wird hierfür eine Gasturbine eingesetzt, aus deren Abgasstrom das Wasser herauskondensiert wird. Ein Katalysator im Abgasstrom dient zur Optimierung des Verbrennungsergebnisses. Die in der Gasturbine anfallende kinetische Energie wird über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:

- Wegfall der Wasserbevorratungseinrichtungen für Trinkwasser durch Einsatz eines bedarfsabhängig arbeitenden Wasserherstellungsverfahrens
- Verminderung von Kontaminationsrisiken in der Trinkwasserversorgung und Erhöhung der Wasserqualität gegenüber Wasserbevorratungssystemen
- Verminderung von Ablagerungen durch Kalk oder sonstige Inhaltsstoffe des Trinkwassers in den Rohrleitungen
- An den Verbrauch angepasste Mengenbereitstellung
- Einsatz eines geeigneten Steuer- und Regelungsverfahrens zur Mengenüberwachung
- Möglichkeit der Aufbereitung von vorhandenem Grauwasser
- Möglichkeit zur Schwarzwassermengenreduzierung (Fäkalienentwässerung)
- Erreichen der Trinkwasserqualität durch nachgeschalteten Aufbereitungsprozess
- autark arbeitendes System

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung von Trinkwasser.
Einer Gasturbine 4 werden über eine Rohrleitung 3 Kerosin 1a aus einem Treibstofftank 1 zugeführt. In der Gasturbine 4 wird das Kerosin 1a unter gleichzeitiger Zuführung von reinem Sauerstoff 1c oder von Sauerstoff aus der Luft 1b vollständig und rückstandsfrei derart verbrannt, dass als Endprodukt des Verbrennungsvorganges Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) entsteht. Das Wasser wird aus dem Abgasstrom herauskondensiert, während das Kohlendioxyd als Abluft abgeführt wird. Die in der Gasturbine 4 anfallende kinetische Energie 4a wird vorzugsweise über einen zeichnerisch nicht dargestellten Generator in elektrische Energie 4b umgewandelt.
Der Gasturbine 4 sind ein Katalysator 5 zur Optimierung der Wasserqualität und eine Einrichtung zur Wasserabscheidung 2 nachgeordnet. Das abgeschiedene Wasser H2O gelangt mittels nicht näher bezeichneter Rohrleitungen über einen Zwischenspeicher 6 an eine Vorrichtung 7 zur Trinkwasseraufbereitung. Hierbei kann eine Aufteilung des Wassersystems in ein Warm- und/oder Kaltwassersystem sinnvoll sein. In der Vorrichtung 7 können unerwünschte Inhaltsstoffe aus dem gewonnenen Wasser entfernt werden, und/oder es können dem Wasser Minerale und/oder Zusatzstoffe beigemengt werden zur Erzielung oder zur Aufrechterhaltung von Trinkwasserqualität. Auch kann zu Desinfektions- und Konditionierungszwecken eine Ionenaktivierung im Wasser durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise kann die erzeugte Wassermenge mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Steuer- und Regelvorrichtung dem jeweiligen Verbrauch angepasst werden. Weiterhin kann mit Hilfe dieser Vorrichtung das Verhältnis zwischen Wasser- und Energieausbeute eingestellt werden. Bezugszeichenliste 1 Kerosintank
1a Kerosin
1b Sauerstoff aus der Luft
1c reiner Sauerstoff
2 Wasserabscheider
3 Rohrleitung
4 Gasturbine
4a kinetische Energie der Gasturbine 4
4b elektrische Energie
5 Katalysator
5a reiner katalytischer Prozess
6 Zwischenspeicher
7 Vorrichtung zur Trinkwasseraufbereitung

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser für eine Wasseranlage, die an Bord eines mit Triebwerken angetriebenen Flugzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trinkwassergewinnung gemäß nationaler und/oder internationaler Trinkwasserverordnungen eine mit Kerosin (1, 1a) angetriebene Verbrennungsmaschine vorgesehen ist, und dass der Treibstoff in der Verbrennungsmaschine unter Zuführung von Sauerstoff (1b, 1a) vollständig und rückstandsfrei derart verbrannt wird, dass als Endprodukt des Verbrennungsvorganges Wasser (H2O) in hoher Reinheit und Kohlendioxyd (CO2) anfallen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre gewonnen wird (1b).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ reiner Sauerstoff verwendet wird (1c).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsmaschine eine Gasturbine (4) verwendet wird, aus deren Abgasstrom das Wasser herauskondensiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Verbrennungsmaschine ein rein katalytischer Prozess (5a) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet dass, über eine geeignete Steuer- und Regelungsvorrichtung die Mengenerzeugung dem Verbrauch angepasst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass über eine geeignete Steuer- und Regelungsvorrichtung das Verhältnis zwischen Wasser- und Energieausbeute eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Nachbereitung (7) alle unerwünschten Inhaltsstoffe aus dem gewonnenen Wasser entfernt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem gewonnenen Wasser zur Erreichung der Trinkwasserqualität in einer Aufbereitungseinrichtung (7) Minerale und/oder Zusatzstoffe beimengt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser zur Erhaltung der Trinkwasserqualität in einer Aufbereitungsanlage (7) Minerale und/oder Zusatzstoffe beimengt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu Desinfektions- und Konditionierungszwecken eine Ionenaktivierung im Wasser durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Wasserherstellungsprozeß zusätzlich Grauwasser verwertet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Wasserherstellungsprozeß eine zusätzliche Verwertung von Schwarzwasser zur Schwarzwassermengenreduzierung durchgeführt wird (Fäkalienentwässerung).

14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Gasturbine (4) anfallende kinetische Energie (4a) über einen Generator in elektrische Energie (4a) umgewandelt wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasturbine (4) ein Kerosintank (1, 1a) vorgeschaltet ist, und dass der Gasturbine (4) ein Katalysator (5) zur Optimierung der Wasserqualität und eine Einrichtung zur Wasserabscheidung (2) nachgeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wasserabscheidung (2) dem der Gasturbine (4) entweichenden Gasstrom das in dampfförmiger Form vorliegende Wasser entzieht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wasserabscheidung (2) dem der Gasturbine (4) entweichenden Gasstrom das in flüssiger Form vorliegende Wasser entzieht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wassersystem in ein Warmwassersystem und in ein Kaltwassersystem aufgeteilt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Wasserabscheidung (2) ein Zwischenspeicher (6) für die aufzubereitende Wassermenge nachgeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Wasserabscheidung (2) bzw. dem Zwischenspeicher (6) eine Trinkwasseraufbereitungsvorrichtung (7) nachgeschaltet ist.