DE102005054883A1

DE102005054883A1 - Getränkeautomat

Info

Publication number: DE102005054883A1
Application number: DE102005054883A
Authority: DE
Inventors: Claus Dipl.-Ing. Hoffjann; Andreas Dipl.-Ing. Westenberger
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: US20070119863A1; US7592084B2; DE102005054883B4

Abstract

Ein Getränkeautomat (10), der insbesondere zur Verwendung an Bord eines Passagierflugzeugs geeignet ist, umfasst eine Getränkezubereitungseinheit (12) und eine Versorgungseinheit (14). Die Versorgungseinheit (12) weist ein Brennstoffzellensystem (16) mit einer Brennstoffzelle (18) auf und ist dazu eingerichtet, die Getränkezubereitungseinheit (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugtem Wasser zu versorgen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Getränkeautomat sowie ein Getränkeautomatensystem, die insbesondere zur Verwendung an Bord eines Passagierflugzeugs geeignet sind.

Gegenwärtig ist es an Bord von Passagierflugzeugen üblich, zum Transport in Flaschen, Dosen oder sonstige Behältnisse abgefüllte Kaltgetränke sowie an Bord des Flugzeugs zubereitete Heißgetränke, wie z.B. Kaffee oder Tee an die Passagiere auszuschenken. Insbesondere für Kaltgetränke, wie Mineralwasser, Säfte oder Limonaden, die speziell auf Langstreckenflügen in ausreichend großen Mengen verfügbar sein müssen, muss daher ein relativ großes Ladevolumen in der Passierkabine des Flugzeugs bereitgestellt werden. Darüber hinaus weisen diese Getränke ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf. Schließlich ist das Zuladen der Getränke sowie das Entladen und Entsorgen der leeren Getränkeverpackungen nach einem Flug zeitaufwendig und kostenintensiv. Heißgetränke müssen in verhältnismäßig aufwendiger Art und Weise von den Flugbegleitern in der Bordküche zubereitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Getränkeautomat sowie ein Getränkeautomatensystem bereitzustellen, die eine einfache und energieeffiziente Zubereitung von Getränken ermöglichen und insbesondere zur Verwendung an Bord eines Passagierflugzeugs geeignet sind.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Getränkeautomat eine Getränkezubereitungseinheit sowie eine Versorgungseinheit auf. Die Versorgungseinheit umfasst ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und ist dazu eingerichtet, die Getränkezubereitungseinheit mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser zu versorgen.

Das Brennstoffzellensystem kann entweder Teil der Getränkezubereitungseinheit sein oder außerhalb dieser Einheit an einem anderen Ort installiert sein. Die letztgenannte Lösung wäre dann besonders günstig, wenn es sich um eine mobile Getränkezubereitungseinheit handelt, die einen Wasserspeicher umfasst, der in einer Parkposition der Getränkezubereitungseinheit mit von der Brennstoffzelle erzeugtem und gegebenenfalls zwischengespeichertem Wasser nachgefüllt wird. Ebenso wäre es denkbar, eine mobile Getränkezubereitungseinheit mit Hilfe einer Schlauchverbindung kontinuierlich mit Wasser zu versorgen.

Die in der Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten eingesetzte Brennstoffzelle umfasst einen Kathodenbereich sowie einen durch einen Elektrolyt von dem Kathodenbereich getrennten Anodenbereich. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird dem Anodenseite der Brennstoffzelle Wasserstoff und der Kathodenseite der Brennstoffzelle ein sauerstoffhaltiges Oxidationsmittel, beispielsweise Luft zugeführt. Die Wasserstoffmoleküle reagieren an einem im Anodenbereich vorhandenen Anodenkatalysator nach der Gleichung H₂ → 2·H⁺ + 2·e^– und geben dabei unter Bildung von positiv geladenen Wasserstoffionen Elektronen an die Elektrode ab.

Die im Anodenbereich gebildeten H⁺-Ionen diffundieren anschließend durch den Elektrolyt zur Kathode, wo sie an einem im Kathodenbereich vorhandenen und typischerweise auf einen Kohlenstoffträger aufgebrachten Kathodenkatalysator mit dem der Kathode zugeführten Sauerstoff sowie den über einen äußeren Stromkreis zur Kathode geleiteten Elektronen nach der Gleichung 0,5·O₂ + 2·H⁺ + 2·e^– → H₂O zu Wasser reagieren. Die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle hängt von der Art des in der Brennstoffzelle eingesetzten Elektrolyt ab. Beispielsweise liegt die Betriebstemperatur einer konventionellen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle bei ca. 60–80°C.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten besteht darin, dass das im Betrieb der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt entstehende Wasser optimal für die Zubereitung von Getränken in der Getränkezubereitungseinheit genutzt werden kann. Dies ermöglicht einen besonders energieeffizienten Betrieb des Getränkeautomaten.

Grundsätzlich ist es möglich, in einer Brennstoffzelle Wasser in Trinkwasserqualität zu erzeugen. Vorraussetzungen hierfür sind eine ausreichende Reinheit der der Brennstoffzelle zugeführten Edukte sowie eine möglichst keimfreie und lebensmittelechte Ausführung der relevanten, mit den der Brennstoffzelle zugeführten Edukten sowie dem von der Brennstoffzelle erzeugten Wasser in Kontakt gelangenden Komponenten des Brennstoffzellensystems. Bei dem erfindungsgemäßen Getränkeautomat sind daher die relevanten Komponenten der Versorgungseinheit vorzugsweise möglichst sauber, keimfrei und lebensmittelecht gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Getränkezubereitungseinheit des Getränkeautomaten stets mit Trinkwasser gleichbleibend hoher Qualität versorgt wird.

Vorzugsweise ist die Versorgungseinheit ferner dazu eingerichtet, die Getränkezubereitungseinheit mit von der Brennstoffzelle erzeugter Energie zu versorgen. Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Getränkeautomat kann die von der Brennstoffzelle erzeugte Energie, d.h. die im Betrieb der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie und/oder die im Betrieb der Brennstoffzelle entstehende Wärmeenergie der Getränkezubereitungseinheit zugeführt und somit zur Zubereitung von Getränken genutzt werden. Beispielsweise kann von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie zum Antreiben elektrischer Verbraucher in der Getränkezubereitungseinheit, wie z.B. einer elektronischen Steuereinheit, einer Pumpe oder eines Kühlaggregats dienen. Von der Brennstoffzelle erzeugte Wärmeenergie kann dagegen beispielsweise unmittelbar zur Zubereitung von Heißgetränken genutzt werden.

Die Versorgungseinheit kann ausschließlich dazu vorgesehen sein, der Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten Wasser und, bei Bedarf, auch Energie zuzuführen. Alternativ dazu kann die Versorgungseinheit jedoch auch ein Teil eines separaten oder übergeordneten Energie- und/oder Wasserversorgungssystems sein und neben der Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten auch andere Systeme, vorzugsweise Systeme an Bord eines Flugzeugs, mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser und/oder von der Brennstoffzelle erzeugter Energie versorgen.

Die Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten kann zu Herstellung lediglich eines Getränketyps dienen. Beispielsweise kann die Getränkezubereitungseinheit so gestaltet sein, dass lediglich die Ausgabe von Trinkwasser aus dem erfindungsgemäßen Getränkeautomat möglich ist. Vorzugsweise ist die Getränkezubereitungseinheit jedoch dazu in der Lage, verschiedene Arten von Getränken, wie z.B. verschiedene Arten von Softdrinks und ggf. auch Heißgetränke herzustellen.

Vorzugsweise umfasst die Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten mindestens eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Getränkekonzentrats mit Wasser. Hierzu kann die Mischvorrichtung mit einem ein Getränkekonzentrat enthaltenden Vorratsbehälter verbunden sein, wobei das Getränkekonzentrat in flüssiger oder fester Form, d.h. beispielsweise in Form eines Sirups oder in Pulverform vorliegen kann. Vorzugsweise steht die Mischvorrichtung jedoch mit mehreren, verschiedene Arten von Getränkekonzentraten enthaltenen Vorratsbehälter in Verbindung. In diesem Fall kann die Getränkezubereitungseinheit ferner eine Auswahleinrichtung umfassen, über die ein Anwender das von der Mischvorrichtung herzustellende Getränk auswählen kann. Das über die Auswahleinrichtung ausgewählte und in der Getränkezubereitungseinheit zubereitete Getränk kann dann über eine beispielsweise in Form eines Ausgabeschachts ausgebildete Ausgabeeinrichtung der Getränkezubereitungseinheit den Anwender ausgegeben werden.

Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten an Bord eines Passagierflugzeugs kann durch die Verwendung von Konzentraten zur Getränkeherstellung nach Bedarf im Vergleich zur Verwendung von in Flaschen, Dosen oder sonstigen Verpackungen abgefüllten Getränken eine beträchtliche Gewichtsersparnis realisiert werden. Darüber hinaus wird der Ladevolumenbedarf für Getränke in der Passagierkabine des Flugzeugs signifikant verringert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Passagiere an Bord des Flugzeugs jederzeit und ohne großen Aufwand mit den von ihnen gewünschten Getränken versorgt werden können.

Das in der Mischvorrichtung hergestellte Getränkekonzentrat/Wasser-Gemisch kann entweder unmittelbar in der Mischvorrichtung oder auch in einer der Mischvorrichtung nachgeschalteten Einrichtung mit weiteren flüssigen, festen oder gasförmigen Stoffen, wie z.B. Milch, Zucker oder CO₂ versetzt werden. Wenn die weiteren flüssigen, festen oder gasförmigen Stoffe unmittelbar in die Mischvorrichtung dosiert werden, steht die Mischvorrichtung mit entsprechenden, diese Stoffe enthaltenden Vorratsbehältern in Verbindung. Darüber hinaus kann die Getränkezubereitungseinheit so gestaltet sein, dass über die Auswahleinrichtung auch die Zudosierung der weiteren Stoffe in das von der Getränkezubereitungseinheit herzustellende Getränk von einem Anwender selbst ausgewählt werden kann.

Die Mischvorrichtung kann durch das von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugte Wasser mit der für die Getränkeherstellung erforderlichen Flüssigkeit versorgt werden. Falls die Mischvorrichtung elektrische Verbraucher umfasst, kann der Mischvorrichtung darüber hinaus von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit produzierte elektrische Energie zugeführt werden. Schließlich kann die Mischvorrichtung, beispielsweise zur Erzeugung von Heiß- oder Kaltgetränken beheizt oder gekühlt werden, wobei hierzu die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie oder, im Falle einer Beheizung, auch unmittelbar die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärmeenergie genutzt werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten umfasst die Getränkezubereitungseinheit zwei Mischvorrichtungen, wobei eine erste Mischvorrichtung der Herstellung von Kaltgetränken und eine zweite Mischvorrichtung der Herstellung von Heißgetränken dient. Die Getränkezubereitungseinheit kann dann entweder eine zentrale Auswahleinrichtung zur Auswahl des gewünschten Getränks oder zwei separate, den jeweiligen Mischvorrichtungen zugeordnete Auswahleinrichtungen zur Auswahl des gewünschten Heißgetränks bzw. zur Auswahl des gewünschten Kaltgetränks aufweisen.

Die Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten umfasst vorzugsweise einen Speicherbehälter zur Aufnahme des von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugten Wassers. Der Speicherbehälter kann beispielsweise mit der Mischvorrichtung der Getränkezubereitungseinheit verbunden sein, um die Mischvorrichtung mit dem für die Getränkeherstellung erforderlichen Wasser zu versorgen. Je nach Bedarf kann der Speicherbehälter beheizt oder gekühlt werden, wobei hierzu die von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugte elektrische Energie oder, im Falle einer Beheizung, auch unmittelbar die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärmeenergie genutzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Speicherbehälter auch mit einer entsprechenden Isolierung versehen sein, die gegebenenfalls auch ohne zusätzliche Beheizung dazu in der Lage ist, aus der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit abgeführtes Wasser auf der für die Zubereitung von Heißgetränken erforderlichen Temperatur zu halten.

Die Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten braucht nur einen einzigen Speicherbehälter für Wasser aufweisen, der jedoch gegebenenfalls mit mehreren Mischvorrichtungen verbunden sein kann, um die Mischvorrichtungen mit dem für die Getränkeherstellung erforderlichen Wasser zu versorgen. Wenn unterschiedliche Mischvorrichtungen, die jeweils der Herstellung von Heiß- bzw. Kaltgetränken dienen, durch einen gemeinsamen Speicherbehälter mit Wasser versorgt werden, ist es gegebenenfalls erforderlich, das für die Getränkeherstellung benötigte Wasser nach der Entnahme aus dem Speicherbehälter, beispielsweise in der Mischvorrichtung auf die für die Zubereitung der jeweiligen gewünschten Kalt- oder Heißgetränke erforderliche Temperatur aufzuheizen oder abzukühlen.

Alternativ dazu kann die Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten aber auch mehrere Speicherbehälter für Wasser umfassen. Beispielsweise kann ein erster entsprechend isolierter und/oder beheizter Speicherbehälter vorgesehen sein, der eine Mischvorrichtung zur Herstellung von Heißgetränken mit dem für die Getränkeherstellung erforderlichen heißen Wasser versorgt. Darüber hinaus kann eine Mischvorrichtung zur Herstellung von Kaltgetränken mit einem zweiten Speicherbehälter verbunden sein, wobei der zweite Speicherbehälter gegebenenfalls gekühlt sein kann, so dass das der Mischvorrichtung zur Herstellung von Kaltgetränken zugeführte Wasser bereits die gewünschte kühle Temperatur aufweist.

In der Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten ist vorzugsweise ein Energiespeicher zur Speicherung der von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugten Energie vorgesehen. Der beispielsweise in Form einer wiederaufladbaren Batterie ausgebildete Energiespeicher ist vorzugsweise elektrisch mit der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit verbindbar, so dass er bei Bedarf durch die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie wieder aufgeladen werden kann. Durch die Bereitstellung eines Energiespeichers in der Getränkezubereitungseinheit kann die Getränkezubereitungseinheit auch dann, wenn sie elektrische Verbraucher, wie z.B. eine elektronische Steuereinheit, eine Pumpe, ein Kühlaggregat oder eine elektrische Beheizung umfasst, zumindest für eine gewisse Zeit unabhängig von der Versorgungseinheit betrieben werden.

Die in der Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten eingesetzte Brennstoffzelle ist vorzugsweise eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, wobei bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle zum Einsatz kommt. Grundsätzlich weisen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen den Vorteil auf, dass sie relativ einfach herzustellen sind, da die als Elektrolyt eingesetzten Membranfolien verhältnismäßig unempfindlich und unkompliziert zu handhaben sind. Ferner wird der Elektrolyt im Betrieb der Brennstoffzelle nicht verbraucht und muss daher während der Betriebsdauer der Zelle nicht ersetzt oder aufbereitet werden. Überdies haben Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen eine verhältnismäßig lange Lebensdauer. Schließlich können Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen verhältnismäßig einfach und schnell angefahren und abgeschaltet werden.

Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen unterscheiden sich von konventionellen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen durch die Art der in der Brennstoffzelle eingesetzten Elektrolytmembran, die je nach Zusammensetzung im Vergleich zu konventionellen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen erhöhte Betriebstemperaturen von ca. 120°C–300°C ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Getränkeautomat hat die Verwendung einer Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle den Vorteil, dass bei der erhöhten Betriebstemperatur dieser Zelle bereits in der Zelle eine Entkeimung des bei der Brennstoffzellenreaktion entstehenden Wassers stattfindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten umfasst das Brennstoffzellensystem der Versorgungseinheit einen mit einem Anodenbereich der Brennstoffzelle verbundenen Wasserstofftank. Idealerweise ist der Wasserstofftank zur Aufnahme von flüssigem oder teilverfestigtem Wasserstoff geeignet und kann beispielsweise ein inneres Gefäß mit einer Stahl- oder Aluminiumwand umfassen, das von einer oder mehreren wärmeisolierenden Schichten umgeben ist. Das innere Gefäß des Flüssigwasserstofftanks kann in einem äußeren Gehäuse aus Stahl oder Aluminium angeordnet sein, wobei der Raum zwischen dem inneren Gefäß und dem äußeren Gehäuse mit schlecht wärmeleitenden Materialien gefüllt sein kann.

Die Speichertemperatur von flüssigem Wasserstoff beträgt ungefähr –253°C, was insbesondere bei der Verwendung von Flüssigwasserstoff als Treibstoff für ein Brennstoffzellensystem an Bord eines Flugzeugs den Vorteil hat, dass der Wasserstofftank im nichtbeheizten Ladebereich des Flugzeugs außerhalb der Kabine untergebracht werden kann, ohne dass das Problem eines Einfrierens des Treibstoffs besteht. Darüber hinaus ist Flüssigwasserstoff mit einer sehr hohen Reinheit erhältlich, was sich positiv auf die Qualität des durch die Umsetzung des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle erzeugten Wassers auswirkt.

Alternativ dazu kann der Wasserstofftank auch ein zur Speicherung von Wasserstoffgas unter erhöhtem Druck geeigneter Druckspeicher sein und beispielsweise einen mit Kohlefasern ummantelten Innenbehälter aus Aluminium sowie einen äußeren Mantel aus Kunststoff aufweisen.

Als weitere Alternative kann das Brennstoffzellensystem der Versorgungseinheit bei dem erfindungsgemäßen Getränkeautomat auch eine mit dem Anodenbereich der Brennstoffzelle verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Medium umfassen. Beispielsweise kann eine Reformierungsanla ge zur Erzeugung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Methanol, vorgesehen sein.

Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem der Versorgungseinheit ferner eine mit einem Kathodenbereich der Brennstoffzelle verbundene Einrichtung, die dazu dient, dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle ein sauerstoffhaltiges Medium zuzuführen. Diese Einrichtung kann beispielsweise eine mit dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle verbundene Sauerstoffzufuhrleitung sowie einen in der Sauerstoffzufuhrleitung angeordneten Kompressor oder eine in der Sauerstoffzufuhrleitung angeordnete Pumpe umfassen. Das dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle zugeführte sauerstoffhaltige Medium ist vorzugsweise Luft, die mittels des Kompressors oder der Pumpe beispielsweise aus der Kabine des Flugzeugs angesaugt werden kann. Alternativ dazu kann dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle jedoch auch unmittelbar aus der Klimaanlage des Flugzeugs Luft zugeführt werden. Schließlich ist es auch denkbar, dem Kathodenbereich der Brennstoffzelle in einem entsprechenden Speicher enthaltenen reinen Sauerstoff zuzuführen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten umfasst die Versorgungseinheit eine Kondensationsvorrichtung zur Kondensation von aus der Brennstoffzelle austretendem Wasserdampf. Selbst beim Einsatz einer konventionellen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle beträgt die Betriebstemperatur dieser Zelle bis zu 80°C, so dass das bei der Brennstoffzellenreaktion erzeugte Wasser in Form von stark befeuchteter Luft (relative Luftfeuchte 100%) vorliegt. Beim Einsatz einer Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelte, die bei Temperaturen von bis zu 300°C betrieben werden kann, liegt das aus der Brennstoffzelle austretendende Wasser in Form von Wasserdampf vor. Die der Brennstoffzelle nachgeschaltete Kondensationsvorrichtung überführt den gasförmigen Wasserdampf in den flüssigen Aggregatzustand und sorgt gleichzeitig für eine Abkühlung des flüssigen Wassers auf die gewünschte Temperatur.

Vorzugsweise umfasst die Kondensationsvorrichtung einen Kondensationsbereich sowie einen Sammelbereich zur Aufnahme des in der Kondensationsvorrichtung erzeugten flüssigen Wassers, wobei der Sammelbereich ein entsprechend großes Volumen aufweisen kann, um bei Bedarf eine gewisse Menge an flüssigem Wasser zwischenspeichern zu können.

Die Kondensationsvorrichtung ist vorzugsweise mit dem Speicherbehälter der Getränkezubereitungseinheit verbindbar, so dass der Speicherbehälter bei Bedarf mit dem von der Kondensationsvorrichtung erzeugten Wasser bzw. dem in dem Sammelbereich der Kondensationsvorrichtung zwischengespeicherten Wasser gefüllt werden kann. Falls die Getränkezubereitungseinheit keinen Speicherbehälter aufweist, kann die Kondensationsvorrichtung auch unmittelbar mit der Mischvorrichtung oder den Mischvorrichtungen der Getränkezubereitungseinheit verbunden sein.

Wie bereits erwähnt, ist es grundsätzlich möglich, durch eine Brennstoffzellenreaktion Wasser in Trinkwasserqualität zu erzeugen, sofern die der Brennstoffzelle zugeführten Edukte ausreichend rein sind und die Komponenten des Brennstoffzellensystems und der Kondensationsvorrichtung ausreichend sauber, keimfrei und lebensmittelecht sind. Um sicherzustellen, dass das der Getränkezubereitungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten zugeführte Wasser von ausreichend hoher Qualität ist, kann in der Versorgungseinheit eine Einrichtung zur Erfassung der Qualität des von der Brennstoffzelle erzeugten Wassers vorgesehen sein. Diese Einrichtung, die beispielsweise der Kondensationsvorrichtung nachgeschaltet oder in die Kondensationsvorrichtung integriert sein kann, ist vorzugsweise dazu in der Lage, das von der Brennstoffzelle erzeugte Wasser bezüglich verschiedener ausgewählter Inhaltsstoffe zu testen.

Falls erforderlich, kann die Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten ferner eine Wasseraufbereitungseinrichtung umfassen, die beispielsweise durch den Zusatz oder die Abtrennung bestimmter Komponenten zu dem oder aus dem von der Brennstoffzelle erzeugten Wasser sicherstellt, dass das der Getränkezubereitungseinheit zugeführte Wasser Trinkwasserqualität hat. Die Wasseraufbereitungseinrichtung kann beispielsweise in die Kondensationsvorrichtung integriert oder separat davon ausgebildet sein.

Vorzugsweise umfasst die Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten ferner eine Wärmemanagementanordnung, die dazu dient, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle und/oder die Betriebstemperatur der Kondensationsvorrichtung und somit die Temperatur des von der Kondensationsvorrichtung erzeugten Wassers zu steuern. Beispielsweise kann die Wärmemanagementanordnung ein Kühlsystem zur Kühlung der Brennstoffzelle im Betrieb umfassen, wobei die Brennstoffzellenabwärme z.B. über die Bereitstellung von Wärmetauschern in dem Kühlsystem zurückgewonnen und zur Beheizung einer Mischvorrichtung oder eines Speicherbehälters der Getränkezubereitungseinheit genutzt werden kann. In gleicher Weise kann bei der Kondensation des von der Brennstoffzelle erzeugten Wasserdampfs in der Kondensationsvorrichtung entstehende Abwärme über ein entspre chendes, einen Teil der Wärmemanagementanordnung bildendes System aus der Kondensationsvorrichtung abgeführt und gegebenenfalls zur Beheizung einer Mischvorrichtung oder eines Speicherbehälters der Getränkezubereitungseinheit genutzt werden. Überschüssige, im Betrieb der Brennstoffzelle erzeugte Wärme, die durch die Wärmemanagementanordnung nicht einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann, kann über einen Außenkühler an die Umgebung abgeführt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getränkeautomaten sind die Getränkezubereitungseinheit und die Versorgungseinheit als separate Komponenten ausgebildet, die jedoch, je nach Bedarf, miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind. Beispielsweise kann die Getränkezubereitungseinheit als mobile Komponente, z.B. in Form eines Trolleys ausgebildet sein, während die Versorgungseinheit in Form einer stationären Basis- oder Dockingstation vorgesehen sein kann. Die Getränkezubereitungseinheit kann dann, beispielsweise an Bord eines Flugzeugs in besonders komfortabler Art und Weise dazu eingesetzt werden, die Passagiere an deren Plätzen mit den gewünschten Getränken zu versorgen. Wenn eine Wiederbefüllung des Speicherbehälters der Getränkezubereitungseinheit mit Wasser oder eine Wiederaufladung des in der Getränkezubereitungseinheit enthaltenen Energiespeichers erforderlich ist, kann die Getränkezubereitungseinheit mit der Versorgungseinheit verbunden werden und der Speicherbehälter wieder mit von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugtem Wasser gefüllt und der Energiespeicher wieder mit von der Brennstoffzelle erzeugter elektrischer Energie aufgeladen werden. Ferner kann eine durch von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugte Wärmeenergie beheizte Komponente der Getränkezubereitungseinheit, wie z.B. eine Mischvorrichtung oder ein Speicherbehälter wieder auf die gewünschte Temperatur gebracht werden, wenn die Getränkezubereitungseinheit mit der Versorgungseinheit verbunden ist.

Ein erfindungsgemäßes Getränkeautomatensystem umfasst eine Mehrzahl von mobilen Getränkezubereitungseinheiten, die jeweils, wie oben beschrieben, ausgestaltet sein können, d.h. beispielsweise mindestens eine Mischvorrichtung, einen Speicherbehälter und/oder einen Energiespeicher aufweisen können. Das erfindungsgemäße Getränkeautomatensystem umfasst ferner mindestens eine mit den mobilen Getränkezubereitungseinheiten verbindbare stationäre Versorgungseinheit, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, das erfindungsgemäße Getränkeautomatensystem mit mehreren, an verschiedenen Stellen, beispielsweise in einer Flugzeugpassagierkabine verteilt angeordneten stationären Versorgungseinheiten auszustatten. Die oder jede stationäre Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomatensystems umfasst ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und ist dazu eingerichtet, die Mehrzahl von mobilen Getränkezubereitungseinheiten mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser zu versorgen. Ferner kann die oder jede stationäre Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Getränkeautomatensystems wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Getränkeautomaten beschrieben, ausgestaltet sein, d.h. beispielsweise ferner dazu eingerichtet sein, die Mehrzahl von mobilen Getränkezubereitungseinheiten mit von der Brennstoffzelle erzeugter Energie zu versorgen, eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, eine Kondensationsvorrichtung, eine Einrichtung zur Messung der Wasserqualität, eine Wasseraufbereitungseinrichtung, und/oder eine Wärmemanagementanordnung umfassen.

Falls das erfindungsgemäße Getränkeautomatensystem mehrere stationäre Versorgungseinheiten aufweist, kann jede stationäre Versorgungseinheit, wie oben beschrieben, mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, ein zentrales Brennstoffzellensystem vorzusehen und mit mehreren stationären Versorgungseinheiten zu verbinden. Ferner ist es auch möglich, mehreren stationären Versorgungseinheiten zwar eine separate Brennstoffzelle zuzuordnen, diese separaten Brennstoffzellen jedoch über einen gemeinsamen Wasserstofftank oder eine gemeinsame Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Medium und/oder über eine gemeinsam genutzte Einrichtung zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Mediums mit Wasserstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Medium zu versorgen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten einzigen Figur näher erläutert, die eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Getränkeautomaten zeigt.
In der Figur umfasst ein Getränkeautomat 10 eine mobile, in Form eines Trolleys ausgebildete Getränkezubereitungseinheit 12 sowie eine in Form einer stationären Basis- oder Dockingstation ausgebildete Versorgungseinheit 14. Die Getränkezubereitungseinheit 12 ist mit Fluidleitungsanschlüssen sowie elektrischen Anschlüssen versehen, die mit entsprechenden, an der Versorgungseinheit 14 vorgesehenen Anschlüssen verbindbar sind. Die Getränkezubereitungseinheit 12 ist damit auf einfache Art und Weise von der Versorgungseinheit 14 trennbar und, bei Bedarf, auf einfache Art und Weise mit der Versorgungseinheit 14 verbindbar.
Die Versorgungseinheit 14 umfasst ein Brennstoffzellensystem 16 mit einer Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle 18. Obwohl in der Figur lediglich eine einzige Brennstoffzelle 18 gezeigt ist, weist das Brennstoffzellensystem 16 eine Mehrzahl von Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen 18 auf, die zur Bildung eines sogenannten Brennstoffzellenstacks übereinandergestapelt sind.
Die Brennstoffzelle 18 umfasst einen Anodenbereich 20, der durch einen in Form einer bis ca. 300°C temperaturstabilen, protonenleitenden Polymerfolie ausgebildeten Elektrolyt 22 von einem Kathodenbereich 24 getrennt ist. Der Anodenbereich 20 der Brennstoffzelle 18 ist mit einem Flüssigwasserstofftank 26 verbunden, der mit hochreinem Flüssigwasserstoff gefüllt ist. Dem Kathodenbereich 24 der Brennstoffzelle 18 wird mittels eines Kompressors 28 Luft zugeführt, die bei einem Einsatz des Getränkeautomaten 10 an Bord eines Passagierflugzeugs aus der Passagierkabine oder der Flugzeugklimaanlage entnommen wird.
Die der Brennstoffzelle 18 zugeführten Edukte Wasserstoff und Luftsauerstoff werden im Betrieb der Brennstoffzelle 18 unter Erzeugung elektrischer Energie, die über eine Leitung 29 aus der Brennstoffzelle 18 abgeführt wird, zu Wasser umgesetzt, wobei das Wasser bei der Betriebstemperatur der Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle 18 von ca. 300°C in Form von Wasserdampf vorliegt. Die Versorgungseinheit 14 umfasst daher eine Kondensationsvorrichtung 30 zur Kondensation des aus einem Auslass der Brennstoffzelle 18 austretenden Wasserdampfs zu flüssigem Wasser. Die Kondensationsvorrichtung 30 weist einen Kondensationsbereich sowie einen Sammelbereich auf, wobei der Sammelbereich zur Zwischenspeicherung des in der Kondensationsvorrichtung 30 erzeugten flüssigen Wassers dient.
Eine Wärmemanagementanordnung 32 dient zur Steuerung der Betriebstemperaturen der Brennstoffzelle 18 und der Kondensationsvorrichtung 30 und umfasst entsprechende Kühlsysteme sowie einen oder mehrere Wärmetauscher, die eine weitere Nutzung der von der Brennstoffzelle 18 sowie der Kondensationsvorrichtung 30 im Betrieb über eine Leitung 33 abgegebenen Wärme ermöglichen. Überschüssige Abwärme der Brennstoffzelle 18 und/oder der Kondensationsvorrichtung 30 wird über einen Außenkühler 34 an die Umgebung abgegeben.
Die mobile Getränkezubereitungseinheit 12 umfasst einen Speicherbehälter 36, der über eine Leitung 38 mit der Kondensationsvorrichtung 30 der Versorgungseinheit 14 verbindbar ist, so dass der Speicherbehälter 36 mit dem von der Kondensationsvor richtung 30 erzeugten flüssigen Wasser gefüllt werden kann, wenn die Getränkezubereitungseinheit 12 mit der Versorgungseinheit 14 verbunden ist.
Der Speicherbehälter 36 steht mit einer ersten und einer zweiten Mischvorrichtung 40, 42 zum Mischen eines Getränkekonzentrats mit Wasser in Verbindung, so dass den Mischvorrichtungen 40, 42 bei Bedarf aus dem Speicherbehälter 36 Wasser zugeführt werden kann. Jede Mischvorrichtung 40, 42 ist darüber hinaus mit einer Mehrzahl von verschiedene Arten von Getränkekonzentraten enthaltenden Vorratsbehältern 44, 46 verbunden.
Die erste Mischvorrichtung 40 dient der Herstellung von Kaltgetränken und ist ferner mit einer in der Figur nicht gezeigten Einrichtung zur Zufuhr von CO₂ in die von der Mischvorrichtung 40 erzeugte Getränkekonzentrat/Wasser-Mischung verbunden. Die zweite Mischvorrichtung 42 dient der Herstellung von Heißgetränken und ist daher mit der Wärmemanagementanordnung 32 der Versorgungseinheit 14 verbindbar, um die zweite Mischvorrichtung 42 dann, wenn die Getränkezubereitungseinheit 12 mit der Versorgungseinheit 14 verbunden ist, auf eine für die Herstellung von Heißgetränken während des mobilen Betriebs der Getränkezubereitungseinheit 12 ausreichend hohe Temperatur zu beheizen. Ferner steht die zweite Mischvorrichtung 42 mit in der Figur nicht gezeigten Einrichtungen zur Zufuhr von Milch und Zucker in die Getränkekonzentrat/Wasser-Mischung in Verbindung.
Die Getränkezubereitungseinheit 12 umfasst ferner eine erste und eine zweite Auswahleinrichtung 48, 50 zur Auswahl des gewünschten Getränks, wobei die erste Auswahleinrichtung 48 der ersten Mischvorrichtung 40 zur Erzeugung von Kaltgetränken und die zweite Auswahleinrichtung 50 der zweiten Mischvorrichtung 42 zur Erzeugung von Heißgetränken zugeordnet ist. Über die Auswahleinrichtungen 48, 50 kann von einem Anwender auch die Zufuhr von CO₂, Milch oder Zucker in das von ihm gewünschte Getränk gewählt werden.
Eine Ausgabeeinrichtung 52 dient der Ausgabe der von den Mischvorrichtungen 40, 42 erzeugten Getränke. Schließlich umfasst die Getränkezubereitungseinheit 12 eine mit der Leitung 29 der Versorgungseinheit 14 verbindbare wiederaufladbare Batterie 54 sowie eine durch die Batterie 54 mit elektrischer Energie versorgte elektronische Steuereinheit 56 zur Steuerung des Betriebs der ersten und zweiten Mischvorrichtungen 40, 42.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Getränkeautomaten 10 erläutert. Im mobilen Betrieb der Getränkezubereitungseinheiten 12 können Passagiere an Bord eines Flugzeugs über die Auswahleinrichtungen 48, 50 das gewünschte Kalt- oder Heißgetränk ggf. mit dem Zusatzwunsch der Zugabe von CO₂, Zucker oder Milch auswählen. Daraufhin wird die entsprechende Mischvorrichtung 40, 42 von der elektronischen Steuereinheit 56 angesteuert, so dass von der Getränkezubereitungseinheit 12 das gewünschte Getränk zubereitet und über die Ausgabeeinrichtung 52 an den Passagier ausgegeben wird.
Zur Herstellung des Getränks werden das in dem Speicherbehälter 30 gespeicherte Wasser sowie Getränkekonzentrat aus einem oder mehreren der Konzentrat-Vorratsbehälter 44, 46 verwendet und in der entsprechenden Mischvorrichtung 40, 42 gemischt. Darüber hinaus werden der Getränkekonzentrat/Wasser-Mischung ggf. CO₂, Zucker oder Milch zugeführt.
Bei Bedarf kann die mobile Getränkezubereitungseinheit 12 mit der stationären Versorgungseinheit 14 verbunden werden. Wenn die Getränkezubereitungseinheit 12 mit der Versorgungseinheit 14 verbunden ist, wird das Brennstoffzellensystem 16 der Versorgungseinheit 14 angefahren, so dass von der Brennstoffzelle 18 Wasser sowie elektrische Energie erzeugt wird.
Die von der Brennstoffzelle 18 erzeugte elektrische Energie wird über die Leitung 29 der Getränkezubereitungseinheit 12 zugeführt und zum Wiederaufladen der Batterie 54 genutzt. Darüber hinaus wird das von der Brennstoffzelle 18 erzeugte und in der Kondensationsvorrichtung 30 in den flüssigen Aggregatzustand überführte Wasser über die Leitung 38 in den Speicherbehälter 36 geleitet. Schließlich wird die zweite Mischvorrichtung 42 zur Herstellung von Heißgetränken über die Leitung 33 mit der Wärmemanagementanordnung 32 verbunden und dadurch auf eine Temperatur aufgeheizt, die ausreichend ist, um der Mischvorrichtung 42 im mobilen Betrieb der Getränkezubereitungseinheit 12 die Zubereitung von Heißgetränken zu ermöglichen.

Claims

Getränkeautomat (10) mit – einer Getränkezubereitungseinheit (12) und – einer Versorgungseinheit (14), die ein Brennstoffzellensystem (16) mit einer Brennstoffzelle (18) umfasst und dazu eingerichtet ist, die Getränkezubereitungseinheit (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugtem Wasser zu versorgen.
Getränkeautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (14) ferner dazu eingerichtet ist, die Getränkezubereitungseinheit (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugter Energie zu versorgen.
Getränkeautomat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkezubereitungseinheit (12) mindestens eine Mischvorrichtung (40, 42) zum Mischen eines Getränkekonzentrats mit Wasser umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkezubereitungseinheit (12) einen Speicherbehälter (36) zur Aufnahme des von der Brennstoffzelle (18) erzeugten Wassers umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkezubereitungseinheit (12) eine Ausgabeeinrichtung (52) zur Ausgabe von in der Getränkezubereitungseinheit (12) zubereiteten Getränken sowie eine Auswahleinrichtung (48, 50) zur Auswahl des über die Ausgabeeinrichtung (52) auszugebenden Getränks umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkezubereitungseinheit (12) einen Energiespeicher (54) zur Speicherung der von der Brennstoffzelle (18) erzeugten Energie umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (18) eine Polymerelektrolytmemb ran-Brennstoffzelle, insbesondere eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ist.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (16) einen mit einem Anodenbereich (20) der Brennstoffzelle (18) verbundenen Wasserstofftank (26) oder eine mit dem Anodenbereich (20) der Brennstoffzelle (18) verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Medium umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (16) eine mit einem Kathodenbereich (24) der Brennstoffzelle (18) verbundene Einrichtung (28) zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Mediums in den Kathodenbereich (24) der Brennstoffzelle (18) umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (14) eine Kondensationsvorrichtung (30) zur Kondensation von aus der Brennstoffzelle (18) austretendem Wasserdampf umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (14) eine Wärmemanagementanordnung (32) zur Steuerung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (18) und/oder zur Steuerung der Betriebstemperatur der Kondensationsvorrichtung (30) umfasst.
Getränkeautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkezubereitungseinheit (12) und die Versorgungseinheit (14) als separate, je nach Bedarf miteinander verbindbare bzw. voneinander trennbare Komponenten ausgebildet sind.
Getränkeautomatensystem mit – einer Mehrzahl von mobilen Getränkezubereitungseinheiten (12) und – mindestens einer mit den mobilen Getränkezubereitungseinheiten (12) verbindbaren stationären Versorgungseinheit (14), die ein Brennstoffzellensystem (16) mit einer Brennstoffzelle (18) umfasst und dazu eingerichtet ist, die Mehrzahl von mobilen Getränkezubereitungseinheiten (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugtem Wasser zu versorgen.