DE102005054884A1

DE102005054884A1 - Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen

Info

Publication number: DE102005054884A1
Application number: DE102005054884A
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: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: US7739947B2; US20070110861A1; DE102005054884B4

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen sowie ein System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen, die insbesondere zur Verwendung an Bord eines Passagierflugzeugs geeignet sind.

Gegenwärtig ist es an Bord von Passagierflugzeugen üblich, zur Zubereitung von warmen Mahlzeiten für die Passagiere einen in der Bordküche des Flugzeugs angeordneten Dampfofen einzusetzen. Dabei werden normalerweise von einem Catering-Service gelieferte Fertigmenüs in den Dampfofen eingebracht und dort mit heißem Dampf beaufschlagt. Dadurch wird den Fertigmenüs sowohl das Wasser als auch die Wärme zugeführt, die erforderlich sind, um die Menüs in einen servierfertigen Zustand zu bringen. Die Verwendung eines konventionellen Dampfofens zur Zubereitung von warmen Mahlzeiten an Bord eines Flugzeugs hat den Nachteil, dass für den Betrieb des Dampfofens eine verhältnismäßig große Menge an Wasser erforderlich ist, die einfriersicher in einem Tank im beheizten Bereich des Flugszeugs gelagert werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen sowie ein System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen bereitzustellen, die energieeffizient arbeiten und insbesondere zur Verwendung an Bord eines Passagierflugzeugs geeignet sind.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen eine Speisenzubereitungseinheit sowie eine Versorgungseinheit auf. Die Versorgungseinheit umfasst ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und ist dazu eingerichtet, die Speisenzubereitungseinheit mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgen.

Die in der Versorgungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen 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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen besteht darin, dass das im Betrieb der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt entstehende Wasser optimal für die Zubereitung von Speisen in der Speisenzubereitungseinheit genutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen kann somit besonders energieeffizient betrieben werden. Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen an Bord eines Flugzeugs kann auf einen Wassertank zur Speicherung von Wasser für die Zubereitung warmer Mahlzeiten verzichtet werden. Da die Brennstoffzelle der Versorgungseinheit ausreichend Wasser erzeugt, können sogar problemlos dehydrierte Fertiggerichte verwendet werden, die durch die Zufuhr von ausreichend Wasser bzw. Wasserdampf aus dem Brennstoffzellensystem der Versorgungseinheit in den servierfertigen Zustand gebracht werden können. Im Vergleich zu konventionellen Fertiggerichten kann durch den Einsatz dehydrierter Fertiggerichte eine beträchtliche Gewichtsersparnis realisiert sowie die Haltbarkeit der Speisen beträchtlich erhöht werden.

Grundsätzlich ist es möglich, in einer Brennstoffzelle Wasser bzw. Wasserdampf 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 bzw. Wasserdampf in Kontakt gelangenden Komponenten des Brennstoffzellensystems. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen sind daher die relevanten Komponenten der Versorgungseinheit vorzugsweise möglichst sauber, keimfrei und lebensmittelecht gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Speisenzubereitungseinheit der Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen stets mit Trinkwasser(dampf) gleichbleibend hoher Qualität versorgt wird.

Vorzugsweise ist die Versorgungseinheit ferner dazu eingerichtet, die Speisenzubereitungseinheit mit von der Brennstoffzelle erzeugter Energie zu versorgen. Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen 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 Speisenzubereitungseinheit zugeführt und somit zur Zubereitung von Speisen genutzt werden. Beispielsweise kann von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie zum Antreiben elektrischer Verbraucher in der Speisenzubereitungseinheit, wie z.B. einer elektronischen Steuereinheit, elektrisch zu betätigender Ventile oder einer elektrischen Heizeinrichtung dienen. Von der Brennstoffzelle erzeugte Wärmeenergie kann dagegen beispielsweise unmittelbar zum Erhitzen oder Warmhalten der in der Speisenzubereitungseinheit zuzubereitenden Speisen genutzt werden.

Die Versorgungseinheit kann ausschließlich dazu vorgesehen sein, der Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen Wasser bzw. Wasserdampf 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 Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen auch andere Systeme, vorzugsweise Systeme an Bord eines Flugzeugs, mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser bzw. Wasserdampf und/oder von der Brennstoffzelle erzeugter Energie versorgen.

Vorzugsweise umfasst die Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen mindestens eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der in der Speisenzubereitungseinheit zuzubereitenden Speisen. Die Ausnahmeeinrichtung kann beispielsweise in Form eines Behälters oder eines Einschubfachs ausgebildet sein. Grundsätzlich braucht die Speisenzubereitungseinheit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nur eine einzige Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der in der Speisenzubereitungseinheit zuzubereitenden Speisen aufweisen. In diesem Fall muss die Aufnahmeeinrichtung lediglich ausreichend großvolumig gestaltet sein, um die gewünschte Anzahl an in der Speisenzubereitungseinheit zu verarbeitenden Fertiggerichten aufnehmen zu können. Alternativ dazu kann die Speisenzubereitungseinheit aber auch mehrere Aufnahmeeinrichtungen umfassen. Die Aufnahmeeinrichtungen können dann relativ kleinvolumig sein und beispielsweise zur Aufnahme lediglich eines Fertiggerichts dienen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen umfasst die Speisenzubereitungseinheit eine Zufuhreinrichtung, die dazu dient den in der Speisenzubereitungseinheit zuzubereitenden Speisen das von der Brennstoffzelle erzeugte Wasser und/oder den von der Brennstoffzelle erzeugten Wasserdampf zuzuführen. Beispielsweise kann die mit der Versorgungseinheit verbindbare Zufuhreinrichtung eine oder mehrere Leitungen umfassen, über die der Aufnahmeeinrichtung oder den Aufnahmeeinrichtungen das von der Brennstoffzelle erzeugte Wasser und/oder der von der Brennstoffzelle erzeugte Wasserdampf zugeführt werden kann.

Insbesondere dann, wenn die Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen mehrere Aufnahmeeinrichtungen umfasst, weist die Zufuhreinrichtung ferner einen Verteiler zur Verteilung des von der Brennstoffzelle erzeugten Wassers und/oder Wasserdampfs auf die verschiedenen Aufnahmeeinrichtungen auf. In den Verteiler mit den einzelnen Aufnahmeeinrichtungen verbindenden Leitungen können entsprechende Ventile aufgeordnet sein, so dass der Verteiler einzelnen Aufnahmeeinrichtungen Wasser und/oder Wasserdampf zuführen, während die Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf zu anderen Aufnahmeeinrichtungen unterbrochen ist. Ferner können die Ventile eine Dosierung des Wassers und/oder des Wasserdampfs vorsehen. Die in den Aufnahmeeinrichtungen aufgenommene Fertiggerichte können dann selektiv und dosiert mit Wasser und/oder Wasserdampf beaufschlagt werden.

Mit Hilfe der Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen können gleichzeitig oder zeitversetzt verschiedene Arten von Speisen in den servierfertigen Zustand gebracht werden. Beispielsweise können verschiedene, ggf. dehydrierte Fertiggerichte in die Aufnahmeeinrichtung oder die Aufnahmeeinrichtungen eingebracht und dort selektiv und dosiert mit Wasser und/oder Wasserdampf aus der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit beaufschlagt werden.

Insbesondere dann, wenn die Speisenzubereitungseinheit mehrere Aufnahmeeinrichtungen umfasst, die jeweils der Aufnahme lediglich eines Fertiggerichts dienen, weist die Speisenzubereitungseinheit ferner vorzugsweise eine Auswahleinrichtung auf, über die ein Anwender die von dem Verteiler mit Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgende Aufnahmeeinrichtung und somit das in den servierfähigen Zustand zu bringende Gericht auswählen kann. Das über die Auswahleinrichtung ausgewählte und daraufhin in der Speisenzubereitungseinheit zubereitete Gericht kann dann über eine beispielsweise in Form eines Ausgabeschachts ausgebildete Ausgabeeinrichtung der Speisenzubereitungseinheit an den Anwender ausgegeben werden. Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen an Bord eines Passagierflugzeugs können dadurch die Passagiere jederzeit und ohne großen Aufwand mit unterschiedlichen Speisen versorgt werden können.

Die Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen kann einen Speicherbehälter zur Aufnahme des von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugten Wassers und/oder Wasserdampfs umfassen. Der Speicherbehälter kann beispielsweise mit der Zufuhreinrichtung der Speisenzubereitungseinheit verbunden sein, um die Zufuhrvorrichtung mit dem für die Speisenzubereitung erforderlichen Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgen. Je nach Bedarf kann der Speicherbehälter beheizt werden, wobei hierzu die von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugte elektrische Energie oder 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 und/oder aus der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit abgeführten Wasserdampf auf der für die Speisenzubereitung erforderlichen Temperatur zu halten.

In der Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen 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 Speisenzubereitungseinheit können elektrische Verbraucher der Speisenzubereitungseinheit, wie z.B. eine elektronische Steuereinheit, elektrisch zu betätigende Ventile oder eine elektrische Beheizung zumindest für eine gewisse Zeit unabhängig von der Versorgungseinheit betrieben werden.

Die in der Versorgungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen eingesetzte Brennstoffzelle ist vorzugsweise eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, wobei bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen 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 relativ 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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen 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. Darüber hinaus sind hohe Wasserdampftemperaturen bei der Zubereitung von dehydrierten Fertiggerichten durch Dampfbeaufschlagung vorteilhaft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen umfasst das Brennstoffzellensystem der Versorgungseinheit einen mit einem Anodenbereich der Brennstoffzelle verbundenen Wasserstofftank. Idealerweise ist der Wasserstofftank zur Aufnahme von Flüssigwasserstoff 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 bzw. Wasserdampfs 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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen auch eine mit dem Anodenbereich der Brennstoffzelle verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Medium umfassen. Beispielsweise kann eine Reformierungsanlage 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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen umfasst die Versorgungseinheit einen Dampfbereiter zur Aufbereitung von aus der Brennstoffzelle austretendem Wasser und/oder Wasserdampf. Der Dampfbereiter sorgt dafür, dass das aus der Brennstoffzelle austretende Wasser/Wasserdampfgemisch, das je nach Betriebstemperatur der Brennstoffzelle unterschiedliche Zusammensetzungen, unterschiedliche Temperaturen und unterschiedliche Drücke aufweisen kann, auf die für die Zubereitung von Speisen durch Wasser- und/oder Wasserdampfbeaufschlagung erforderlichen Temperaturen und Drücke gebracht wird. Vorzugsweise wird der Dampfbereiter mit von der Brennstoffzelle der Versorgungseinheit erzeugter Energie, d.h. mit von der Brennstoffzelle erzeugter elektrischer Energie und/oder mit von der Brennstoffzelle erzeugter Wärmeenergie versorgt. Ferner kann der Dampfbereiter beispielsweise mittels einer elektronischen Steuereinheit steuerbar sein, um den Dampfaufbereitungsprozess ggf. an unterschiedliche Anforderungen bei der Zubereitung verschiedener Arten von Speisen anpassen zu können. Vorzugsweise umfasst der Dampfbereiter ferner einen Sammelbereich, der ein entsprechend großes Volumen aufweist, um bei Bedarf eine gewisse Menge an Wasserdampf zwischenspeichern zu können.

Der Dampfbereiter ist vorzugsweise mit dem Speicherbehälter der Speisenzubereitungseinheit verbindbar, so dass der Speicherbehälter bei Bedarf mit dem von dem Dampfbereiter erzeugten Wasserdampf bzw. dem in dem Sammelbereich des Dampfbereiters zwischengespeicherten Wasserdampf gefüllt werden kann. Falls die Speisenzubereitungseinheit keinen Speicherbehälter aufweist, kann der Dampfbereiter auch unmittelbar mit der Zufuhrvorrichtung oder der Aufnahmeeinrichtung der Speisenzubereitungseinheit verbunden sein.

Wie bereits erwähnt, ist es grundsätzlich möglich, durch eine Brennstoffzellenreaktion Wasser bzw. Wasserdampf in Trinkwasserqualität zu erzeugen, sofern die der Brennstoffzelle zugeführten Edukte ausreichend rein sind und die Komponenten des Brennstoffzellensystems und des Dampfbereiters ausreichend sauber, keimfrei und lebensmittelecht sind. Um sicherzustellen, dass das/der der Speisenzubereitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen zugeführte Wasser/Wasserdampf von ausreichend hoher Qualität ist, kann in der Versorgungseinheit eine Einrichtung zur Erfassung der Qualität des von der Brennstoffzelle erzeugten Wassers bzw. Wasserdampfs vorgesehen sein. Diese Einrichtung, die beispielsweise dem Dampfbereiter nachgeschaltet oder in den Dampfbereiter integriert sein kann, ist vorzugsweise dazu in der Lage, das/den von der Brennstoffzelle er zeugte/erzeugten Wasser/Wasserdampf bezüglich verschiedener ausgewählter Inhaltsstoffe zu testen.

Falls erforderlich, kann die Versorgungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen ferner eine Wasser(damf)reinigungseinrichtung umfassen, die beispielsweise durch den Zusatz oder die Abtrennung bestimmter Komponenten zu dem oder aus dem von der Brennstoffzelle erzeugten Wasser bzw. Wasserdampf sicherstellt, dass das/der der Speisenzubereitungseinheit zugeführte Wasser/Wasserdampf Trinkwasserqualität hat. Die Wasser(dampf)reinigungseinrichtung kann beispielsweise in den Dampfbereiter integriert oder separat davon ausgebildet sein.

Vorzugsweise umfasst die Versorgungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen ferner eine Wärmemanagementanordnung, die dazu dient, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle und/oder die Betriebstemperatur des Dampfbereiters und somit die Temperatur des von dem Dampfbereiter erzeugten Wasserdampfs 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 des Dampfbereiters genutzt werden kann. Darüber hinaus ist es ferner denkbar, die Brennstoffzellenabwärme der Speisenzubereitungseinheit zuzuführen und dort direkt zur Beheizung des Dampfspeicherbehälters oder der Aufnahmeeinrichtung zu nutzen, beispielsweise um in der Aufnahmeeinrichtung befindliche Speisen warm zu halten. 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 Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen sind die Speisenzubereitungseinheit und die Versorgungseinheit als separate Komponenten ausgebildet, die jedoch, je nach Bedarf, miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind. Beispielsweise kann die Speisenzubereitungseinheit als mobile Komponente, z.B. in Form eines Trolleys ausgebildet sein, während die Versorgungseinheit in Form einer stationären Basis- oder Dockingstation vorgesehen sein kann.

Ein erfindungsgemäßes System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen umfasst eine Mehrzahl von ggf. mobilen Speisenzubereitungseinheiten, die jeweils, wie oben beschrieben, ausgestaltet sein können, d.h. beispielsweise mindestens eine Aufnahmeeinrichtung, einen Speicherbehälter, eine Zufuhreinrichtung und/oder einen Energiespeicher aufweisen können. Das erfindungsgemäße System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen umfasst ferner mindestens eine mit den Speisenzubereitungseinheiten verbindbare Versorgungseinheit, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, das erfindungsgemäße System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen mit mehreren, an verschiedenen Stellen, beispielsweise in einer Flugzeugpassagierkabine verteilt angeordneten Versorgungseinheiten auszustatten. Die oder jede Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Systems von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen umfasst ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und ist dazu eingerichtet, die Mehrzahl von Speisenzubereitungseinheiten mit von der Brennstoffzelle erzeugtem Wasser zu versorgen. Ferner kann die oder jede Versorgungseinheit des erfindungsgemäßen Systems von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen wie oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen beschrieben, ausgestaltet sein, d.h. beispielsweise ferner dazu eingerichtet sein, die Mehrzahl von Speisenzubereitungseinheiten mit von der Brennstoffzelle erzeugter Energie zu versorgen bzw. eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, einen Dampfbereiter, eine Einrichtung zur Messung der Wasserqualität, eine Wasser(dampf)aufbereitungseinrichtung, und/oder eine Wärmemanagementanordnung umfassen.

Falls das erfindungsgemäße System von Vorrichtungen zur Zubereitung von Speisen mehrere Versorgungseinheiten aufweist, kann jede Versorgungseinheit, wie oben beschrieben, mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, ein zentrales Brennstoffzellensystem vorzusehen und mit mehreren Versorgungseinheiten zu verbinden. Ferner ist es auch möglich, mehreren 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 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen zeigt.
In der Figur umfasst eine Vorrichtung 10 zur Zubereitung von Speisen eine Speisenzubereitungseinheit 12 sowie eine Versorgungseinheit 14. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Speisenzubereitungseinheit 12 und die Versorgungseinheit 14 jeweils als stationäre Komponenten ausgebildet, die beispielsweise in der Bordküche eines Passagierflugzeugs untergebracht sein können. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Speisenzubereitungseinheit 12 als mobile Einheit, beispielsweise in Form eines Trolleys und die Versorgungseinheit 14 in Form einer stationären Basis- oder Dockingstation zu gestalten. Die Speisenzubereitungseinheit 12 ist mit Fluidleitungsanschlüssen sowie elektrischen Anschlüssen versehen, die mit entsprechenden, an der Versorgungseinheit 14 vorgesehenen Anschlüssen verbunden sind.
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 der Vorrichtung 10 zu Zubetreitung von Speisen 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 Leitungen 30, 32 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 bzw. infolge von Kondensationsprozessen in der Brennstoffzelle 18 oder in mit der Brennstoffzelle 18 verbundenen Leitungen in Form eines Wasser/Wasserdampfgemisch vorliegt.
Die Zusammensetzung, der Druck und die Temperatur des aus der aus der Brennstoffzelle 18 austretenden Wasser/Wasserdampfgemischs kann je nach Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 18 schwanken. Die Versorgungseinheit 14 umfasst daher einen Dampfbereiter 34 zur Aufbereitung des aus der Brennstoffzelle 18 austretendem Wasser/Wasserdampfgemischs. Der Dampfbereiter 34 sorgt dafür, dass das aus der Brennstoffzelle 18 austretende Wasser/Wasserdampfgemisch auf die für die Zubereitung von Speisen durch Wasser- und/oder Wasserdampfbeaufschlagung erforderlichen Temperaturen und Drücke gebracht wird, wobei der Dampfbereiter 34 mittels einer in der Figur nicht gezeigten elektronischen Steuereinheit steuerbar ist, um den Dampfaufbereitungsprozess an unterschiedliche Anforderungen bei der Zubereitung verschiedener Arten von Speisen in der Speisenzubereitungseinheit 12 anpassen zu können. Der Dampfbereiter 34 und die dem Dampfbereiter 34 zugeordnete elektronische Steuereinheit werden über die Leitung 30 mit von der Brennstoffzelle 18 der Versorgungseinheit 14 erzeugter elektrischer Energie versorgt.
Eine Wärmemanagementanordnung 36 dient zur Steuerung der Betriebstemperaturen der Brennstoffzelle 18 und des Dampfbereiters 34 und umfasst entsprechende Kühlsysteme sowie einen oder mehrere Wärmetauscher. Die von der Brennstoffzelle 18 im Betrieb abgegebene Wärme wird über eine Leitung 38 dem Dampfbereiter 34 zugeführt. Überschüssige Abwärme der Brennstoffzelle 18, die nicht zur Beheizung des Dampfbereiters 34 benötigt wird, wird über einen Außenkühler 40 an die Umgebung abgegeben.
Die Speisenzubereitungseinheit 12 umfasst einen Verteiler 42, der über eine Leitung 44 mit dem Dampfbereiter 34 der Versorgungseinheit 14 verbunden ist, so dass dem Verteiler 42 von dem Dampfbereiter 34 auf die für die Zubereitung von Speisen durch Wasser- und/oder Wasserdampfbeaufschlagung erforderlichen Temperaturen und Drücke gebrachter Wasserdampf zugeführt werden kann.
Der Verteiler 42 steht mit einer Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen 45 zur Aufnahme der in der Speisenzubereitungseinheit 12 zuzubereitenden Speisen in Verbindung, wobei in den Verteiler 42 mit den einzelnen Aufnahmeeinrichtungen 45 verbindenden Leitungen 46 entsprechende Ventile 47 angeordnet sind, die es ermöglichen, die einzelnen Aufnahmeeinrichtungen 45 selektiv mit Wasserdampf aus dem Verteiler 42 zu versorgen. Darüber hinaus ermöglichen die Ventile 47 jeweils eine Dosierung des der entsprechenden Aufnahmeeinrichtung 45 zuzuführenden Wasserdampfs. Jede Aufnahmeeinrichtung 45 ist in Form eines Behälters ausgebildet und dient zur Aufnahme eines ggf. dehydrierten Fertiggerichts.
Die Speisenzubereitungseinheit 12 umfasst ferner eine Auswahleinrichtung 48 zur Auswahl eines in einer jeweiligen Aufnahmeeinrichtung 45 aufgenommenen Gerichts.
Eine Ausgabeeinrichtung 50 dient der Ausgabe des ausgewählten Gerichts. Schließlich umfasst die Speisenzubereitungseinheit 12 eine mit der Leitung 32 der Versorgungseinheit 14 verbundene wiederaufladbare Batterie 52 sowie eine durch die Batterie 52 mit elektrischer Energie versorgte elektronische Steuereinheit 54. Die elektronische Steuereinheit 54 dient zur Steuerung des Betriebs des Verteilers 42 bzw. der Ventile 57, um eine selektive und dosierte Beaufschlagung einzelner Aufnahmeeinrichtungen 45 mit Wasserdampf und/oder Wasser ermöglichen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung 10 zur Zubereitung von Speisen erläutert. Im Betrieb der Vorrichtung 10 zur Zubereitung von Speisen können Passagiere oder Flugbegleiter an Bord eines Flugzeugs über die Auswahleinrichtung 48 das gewünschte, in einer entsprechenden Aufnahmeeinrichtung 45 aufgenommene Gericht auswählen. Daraufhin wird der Verteiler 42 und das der ausgewählten Aufnahmeeinrichtung 45 zugeordnete Ventil 47 von der elektronischen Steuereinheit 54 angesteuert, so dass von der Speisenzubereitungseinheit 12 das gewünschte Gericht durch Wasser- und/oder Wasserdampfbeaufschlagung zubereitet und über die Ausgabeeinrichtung 50 an den Passagier oder den Flugbegleiter ausgegeben wird. Es versteht sich, dass über die Auswahleinrichtung 48 auch mehrere oder alle in den einzelnen Aufnahmeeinrichtungen 45 aufgenommenen Gerichte ausgewählt und daraufhin gleichzeitig zubereitet werden können.
Die von der Brennstoffzelle 18 der Versorgungseinheit 14 erzeugte elektrische Energie wird über die Leitungen 30, 32 dem Dampfbereiter 34 sowie der Speisenzubereitungseinheit 12 zugeführt, wobei die der Speisenzubereitungseinheit 12 zugeführte elektrische Energie zum Wiederaufladen der Batterie 52 genutzt wird. Darüber hinaus wird der von der Brennstoffzelle 18 erzeugte und in dem Dampfbereiter 34 auf die für die Zubereitung von Speisen durch Wasser- und/oder Wasserdampfbeaufschlagung erforderlichen Temperaturen und Drücke gebrachte Wasserdampf über die Leitung 44 in den Verteiler 42 und von dort über die Ventile 47, je nach Bedarf in die Aufnahmeeinrichtungen 45 geleitet.

Claims

Vorrichtung (10) zur Zubereitung von Speisen mit – einer Speisenzubereitungseinheit (12) und – einer Versorgungseinheit (14), die ein Brennstoffzellensystem (16) mit einer Brennstoffzelle (18) umfasst und dazu eingerichtet ist, die Speisenzubereitungseinheit (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugtem Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgen.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Versorgungseinheit (14) ferner dazu eingerichtet ist, die Speisenzubereitungseinheit (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugter Energie zu versorgen.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisenzubereitungseinheit (12) mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (45) zur Aufnahme der in der Speisenzubereitungseinheit (12) zuzubereitenden Speisen umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisenzubereitungseinheit (12) eine Zufuhreinrichtung (42, 46, 47) zur Zuführung des von der Brennstoffzelle (18) erzeugten Wassers und/oder Wasserdampfs zu den in der Speisenzubereitungseinheit (12) zuzubereitenden Speisen umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisenzubereitungseinheit (12) eine Ausgabeeinrichtung (50) zur Ausgabe der in der Speisenzubereitungseinheit (12) zubereiteten Speisen sowie eine Auswahleinrichtung (48) zur Auswahl der über Ausgabeeinrichtung (50) auszugebenden Speisen umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisenzubereitungseinheit (12) einen Energiespeicher (52) zur Speicherung der von der Brennstoffzelle (18) erzeugten Energie umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (18) eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, insbesondere eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ist.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (16) einen mit einer Anodenseite (20) der Brennstoffzelle (18) verbundenen Wasserstofftank (26) oder eine mit der Anodenseite (20) der Brennstoffzelle (18) verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Medium umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (16) eine mit einer Kathodenseite (24) der Brennstoffzelle (18) verbundene Einrichtung (28) zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Mediums zur Kathodenseite (24) der Brennstoffzelle (18) umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (14) einen Dampfbereiter (34) zur Aufbereitung von aus der Brennstoffzelle (18) austretendem Wasser und/oder Wasserdampf umfasst.
Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (14) eine Wärmemanagementanordnung (36) zur Steuerung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (18) und/oder zur Steuerung der Betriebstemperatur des Dampfbereiters (34) umfasst.
System von Vorrichtung zur Zubereitung von Speisen mit – einer Mehrzahl von Speisenzubereitungseinheiten (12) und – mindestens einer mit den Speisenzubereitungseinheiten (12) verbindbaren stationären Versorgungseinheit (14), die ein Brennstoffzellensystem (16) mit einer Brennstoffzelle (18) umfasst und dazu eingerichtet ist, die Mehrzahl von Speisenzubereitungseinheiten (12) mit von der Brennstoffzelle (18) erzeugtem Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgen.