DE102006034194A1 - Kombiniertes Kühl- und Heizsystem - Google Patents

Kombiniertes Kühl- und Heizsystem Download PDF

Info

Publication number
DE102006034194A1
DE102006034194A1 DE102006034194A DE102006034194A DE102006034194A1 DE 102006034194 A1 DE102006034194 A1 DE 102006034194A1 DE 102006034194 A DE102006034194 A DE 102006034194A DE 102006034194 A DE102006034194 A DE 102006034194A DE 102006034194 A1 DE102006034194 A1 DE 102006034194A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating system
heating
cooling
combined cooling
hydrogen storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102006034194A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006034194B4 (de
Inventor
Claus Hoffjann
Hansgeorg Schuldzig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Priority to DE102006034194A priority Critical patent/DE102006034194B4/de
Priority to US11/782,039 priority patent/US20080178609A1/en
Publication of DE102006034194A1 publication Critical patent/DE102006034194A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006034194B4 publication Critical patent/DE102006034194B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D11/00—Passenger or crew accommodation; Flight-deck installations not otherwise provided for
    • B64D11/04—Galleys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0629—Environmental Control Systems with subsystems for cooling food, catering or special loads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B64D2041/005—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Küchen für mobile Anwendungen benötigen Wärmeenergie zur Zubereitung von Speisen und Getränken. Zur Gewinnung von Wasser aus Brennstoffzellenabluft hingegen ist eine Kondensatorkühlung erforderlich. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem für ein Luftfahrzeug bereitgestellt, welches einen Wasserstoffspeicher umfasst. Der Wasserstoffspeicher erwärmt beim Beladevorgang ein Küchengerät und kühlt beim Entladevorgang das Brennstoffzellensystem.

Description

  • Die vorliegende Erfindung, betrifft Kühl- und Heizsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem, ein Luftfahrzeug, umfassend ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem, die Verwendung eines kombinierten Kühl- und Heizsystems in einem Luftfahrzeug und ein Verfahren zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung und zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung durch ein derartiges kombiniertes Kühl- und Heizsystem.
  • Küchen für mobile Anwendungen benötigen im Wesentlichen Wasser und elektrische Energie zur Bereitung von Speisen und Getränken. Dabei kann ein Teil der elektrischen Energie auch durch Wärme ersetzt werden, wenn diese beispielsweise als Abwärme einer anderen Anwendung zur Verfügung steht. In der Regel ist es jedoch schwierig, Wärmelasten dem Bedarf einer Bordküche anzupassen, so dass auf diese Abwärmenutzung verzichtet wird und Wärme zur Speisen- oder Getränkezubereitung zeitnah durch elektrische Energie erzeugt wird.
  • Weiterhin können an Bord von Luftfahrzeugen Brennstoffzellenanordnungen zur Gewinnung von Wasser aus der Brennstoffzellenabluft eingesetzt werden. Hierbei ist es erforderlich, das im Abluftstrom enthaltene Wasser mittels eines Kondensators auszukondensieren.
  • Zur Kondensation von Wasserdampf kann ein Kühlkreislauf bereitgestellt werden, an welchen zwei Wärmetauscher gekoppelt sind. Hierbei handelt es sich um einen primären Wärmetauscher sowie einen sekundären Wärmetauscher.
  • Die Kondensation erfolgt dabei durch indirekte Kühlung mittels Kühlmittel, welches letztendlich durch Außenluft gekühlt wird. Diese indirekte Kühlung ist erforderlich, um eine Vereisung des primären Wärmetauschers durch indirekten Kontakt mit der Außenluft, deren Temperatur deutlich unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen kann, zu vermeiden. Allerdings ist dieser Aufbau komplex und mit einer hohen Gesamtsystemmasse verbunden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kühl- und Heizsystem für ein Flugzeug bereitzustellen, durch welches der Bedarf an elektrischer Energie verringert und Gewicht eingespart werden kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem angegeben, welches einen Wasserstoffspeicher umfasst, wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung durch den Wasserstoffspeicher beim Beladen des Wasserstoffspeichers mit Wasserstoff ausgeführt ist, wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung durch den Wasserstoffspeicher beim Entladen des Wasserstoffspeichers ausgeführt ist, und wobei die erste Vorrichtung zum Ausführen eines endothermen Prozesses und die zweite Vorrichtung zum Ausführen eines exothermen Prozesses ausgeführt sind.
  • Auf diese Weise können Abwärme und Kälte, welche beim Beladen bzw. Entladen des Wasserstoffspeichers entstehen, gezielt genutzt werden, so dass der Verbrauch an elektrischer Energie reduziert werden kann.
  • Beispielsweise kann das erfindungsgemäße kombinierte Kühl- und Heizsystem beim Beladen des Wasserstoffspeichers mit Wasserstoff ein Küchengerät erwärmen, so dass Speisen zubereitet werden können. Bei Entnahme des Wasserstoffs hingegen kann ein Brennstoffzellensystem derart gekühlt werden, dass die Auskondensation von Wasser aus der Kathodenabluft beschleunigt wird, ohne dass hierfür zwei Wärmetauscher erforderlich sind. Insbesondere ist keine Kühlung durch Außenluft erforderlich. Vielmehr wird eine ausreichende Kühlung des Brennstoffzellensystems allein durch den Wasserstoffspeicher bereitgestellt, der beispielsweise bei normalem Betrieb zusätzlich als Kühler eingesetzt wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Wasserstoffspeicher als Metall-Hydridspeicher ausgeführt.
  • Hierdurch kann eine sichere Wasserstoffspeicherung bei hoher Speicherdichte und großer Kühlleistung gewährleistet werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung in einem mobilen System angeordnet.
  • Bei einem solchen mobilen System kann es sich beispielsweise um ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder aber auch um ein Luftfahrzeug handeln. Aufgrund der Gewichtseinsparung, welche durch die Erfindung ermöglicht werden kann, eignet sie sich insbesondere für den Einsatz in Passagierflugzeugen. Zusätzliche Kühlsysteme zur Kühlung der Kathode des Brennstoffzellensystems oder der Brennstoffzellenstapel sind nicht mehr erforderlich.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung in einer Kabine des Luftfahrzeugs angeordnet.
  • Die Vorrichtungen befinden sich also in einem bedruckten Bereich des Flugzeugs, können aber auch in einem nicht druckbeaufschlagten Bereich des Flugzeugs angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass sich die erste (oder die zweite) Vorrichtung in einem bedruckten Bereich befindet, wo hingegen sich die zweite (oder die erste) Vorrichtung in einem nicht druckbeaufschlagten Bereich befindet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der ersten Vorrichtung um eine Vorrichtung in einem Küchenbereich des mobilen Systems. Beispielsweise kann es sich um eine Vorrichtung zum Erwärmen von Speisen oder zum Erwärmen von Getränken handeln.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Vorrichtung als Ofen zum Erwärmen von Speisen ausgeführt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Vorrichtung als Brühvorrichtung zum Erwärmen von Getränken ausgeführt.
  • Die benötigte Heizenergie wird hierbei durch die Beladung des Wasserstoffspeichers mit Wasserstoff bereitgestellt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die zweite Vorrichtung als Brennstoffzellensystem ausgeführt, wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen eines Brennstoffzellenprozesses des Brennstoffzellensystems ausgeführt ist.
  • Somit kann das Kühl- und Heizsystem in einem ersten Schritt als Heizer für ein Küchengerät verwendet werden (nämlich während des Betankungsvorgangs) und in einem zweiten Schritt als Kühler für den Brennstoffzellenstapel oder anderen Bestandteilen des Brennstoffzellensystems (nämlich bei der Wasserstoffentnahme) verwendet werden. Zusätzliche Heizgeräte oder Kühlgeräte sind somit nicht mehr erforderlich.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen eines Kondensators ausgeführt. Weiterhin kann es zum Kühlen oder aber auch zum Vorheizen des Brennstoffzellenstapels ausgeführt sein.
  • Weiterhin kann der Wasserstoffspeicher im Brennstoffzellensystem integriert sein. Hierdurch kann ein Gesamtmodul bereitgestellt werden, welches als zusammenhängender Block im Luftfahrzeug montierbar ist. Durch die Integration des Wasserstoffspeichers in das Brennstoffzellensystem kann der Wärmekontakt zwischen Brennstoffzellenblock und Wasserstoffspeicher und/oder zwischen einem Kondensator/Kondensatabscheider und dem Wasserstoffspeicher verbessert werden. Wärme- bzw. Kälteverluste können somit minimiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Kühlsystem derart ausgeführt und regelbar, dass die beim Beladen des Wasserstoffspeichers mit Wasserstoff entstehende Wärme zum Vorwärmen des Brennstoffzellensystems auf Betriebstemperatur verwendbar ist.
  • Auf diese Weise kann die beim Beladen des Wasserstoffspeichers, während sich das Flugzeug am Boden befindet, freiwerdende Wärmeenergie durch Zwischenspeicherung oder durch direkte Abgabe an das Brennstoffzellensystem (beispielsweise über direkten Wärmekontakt zum Wasserstoffspeicher) dafür eingesetzt werden, dass das Brennstoffzellensystem seine Betriebstemperatur erreicht. Hierdurch kann zusätzliche Heizenergie, welche andernfalls durch ein weiteres Heizsystem aufgewendet werden müsste, eingespart werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Brennstoffzellensystem zum Bereitstellen elektrischer Energie und Wasser ausgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine elektronische Regeleinheit zum automatischen Steuern oder Regeln des Kühl- und Heizsystems vorgesehen.
  • Weiterhin umfasst, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das kombinierte Kühl- und Heizsystem eine Einheit zum Messen einer Temperatur des Brennstoffzellensystems und zur Weitergabe der gemessenen Temperatur an die elektronische Regeleinheit.
  • Es werden also Temperaturdaten des Brennstoffzellensystems erfasst und an die elektronische Regeleinheit übertragen, so dass das Kühl- und Heizsystem entsprechend eingestellt werden können.
  • Beispielsweise ist die elektronische Regeleinheit zum Regeln der Entnahme von Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellensystems oder der Temperatur eines Ofens oder Wassererhitzers ausgeführt.
  • Ist zum Beispiel die Temperatur des Brennstoffzellensystems zu gering, so kann die Wasserstoffentnahmerate entsprechend gedrosselt werden, so dass die Kühlung verringert wird und die Temperatur der Brennstoffzellen wieder ansteigt. Vom Brennstoffzellensystem zusätzlich benötigter Wasserstoff kann einem Wasserstoffzwischenspeicher entnommen werden.
  • Weiterhin kann, falls Wärmeenergie für die erste Vorrichtung benötigt wird, der Wasserstoffspeicher mit Wasserstoff aus einem Wasserstoff-Speichertank betankt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Luftfahrzeug angegeben, welches ein oben beschriebenes Kühl- und Heizsystem aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines solchen Kühl- und Heizsystems in einem Luftfahrzeug angegeben.
  • Weiterhin ist ein Verfahren zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung und zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung durch ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem angegeben, bei welchem die erste Vorrichtung durch einen Wasserstoffspeicher beim Beladen des Wasserstoffspeichers mit Wasserstoff erwärmt wird und die zweite Vorrichtung durch den Wasserstoffspeicher beim Entladen des Wasserstoffspeichers gekühlt wird, wobei die erste Vorrichtung zum Ausführen eines endothermen Prozesses ausgeführt ist und die zweite Vorrichtung zum Ausführen eines exothermen Prozesses ausgeführt ist.
  • Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines kombinierten Kühl- und Heizsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines kombinierten Kühl- und Heizsystems, welches beispielsweise in einem Luftfahrzeug eingebaut ist. Das kombinierte Kühl- und Heizsystem umfasst hierbei im Wesentlichen einen Hydrid-Speicher 20, einen ersten integrierten Wärmetauscher 21, einen zweiten integrierten Wärmetauscher 23, einen Kühlmittelkompressor 22 und einen damit zusammenhängenden Kühlmittelkreislauf.
  • Wasserstoffspeicher, insbesondere Metall-Hydridspeicher, besitzen die Eigenschaft, dass sie beim Beladen mit Wasserstoff thermische Energie abgeben und bei der Entnahme von Wasserstoff thermische Energie aufnehmen. Die dabei relevanten Temperaturbereiche sind direkt abhängig von der Art des Hydrids und können an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
  • Bei dem kombinierten Kühl- und Heizsystem der 1 wird diese Eigenschaft dazu verwendet, einen Ofen zur Speisenzubereitung zu heizen bzw. einen Brennstoffzellenstapel 1 und einen Wasser-Kondensator 5 zu kühlen. Dabei sind der Ofen 26, der Brennstoffzellenstapel 1 und der Wasser-Kondensator 5 beispielhaft für in Anzahl und Anwendung beliebige andere zu beheizende oder zu kühlende Apparate, die ebenfalls Elemente dieser Anordnung sein können.
  • Ausgehend davon, dass der Wasserstoff-Speichertank 30 bereits befüllt ist, wird der Hydridspeicher 20 über den Kompressor 31 beladen. Dabei steigt die Temperatur im Hydridspeicher 20 an. Die zur Verfügung stehende Wärmemenge ist so auf den über dem Hydridspeicher 20 liegenden Ofen 26 abgestimmt, dass sie zur Speisenzubereitung ausreicht. Dies kann beispielsweise über eine geeignete Dimensionierung des Hydridspeichers 20 erreicht werden.
  • Weiterhin kann ein Wärmespeicher oder Wärmepuffer vorgesehen sein, der eine verzögerte Abgabe der hierbei entstehenden Wärme ermöglicht. Nach Beendigung des Beladevorgangs wird der nun gefüllte Hydridspeicher 20 über den Brennstoffzellenstapel 1 wieder entladen. Dadurch senkt sich seine Temperatur ab. Diese Temperatursenke dient nun der Kühlung der angeschlossenen Brennstoffzelle 1, wobei ein Kühlmedium über den Verdichter 22 durch die Wärmetauscher 21 und 23 gepumpt wird.
  • Über das Regelventil 25 kann ein zweiter Kreis mit Kühlmedium versorgt werden, der den Kondensator 5 speist. Hierbei wird die Kathodenabluft der Brennstoffzelle 1, die aus dem Brennstoffzellenstapel über den Kathodenluft-Befeuchter 2 zum Kondensator 5 gelangt, abgekühlt, wobei das in der Kathodenabluft enthaltene Wasser auskondensiert, über einen Kondensatabscheider 8 vom Luftstrom getrennt und über den Kondensatableiter 7 einem Wasser-Puffertank 6 zugeführt wird. Von dort aus kann das Wasser über die Pumpe 9 in das Wassernetz 10, 11, 45 eingespeist werden und nach Gebrauch dem Abwasser zugeführt werden. Die Abwasserzuführung ist mit Bezugszeichen 46 bezeichnet.
  • Die beim Betrieb der Brennstoffzelle 1 generierte elektrische Energie kann weiteren Kabinenanwendungen zugeführt werden, wie z. B. Wassererhitzern, Kaffeemaschinen oder Kühlgeräten für Trolleys, die Lebensmittel enthalten.
  • Der für die Versorgung der Brennstoffzelle 1 benötigte Sauerstoff wird aus der Luft gewonnen. Hierbei wird bei einem Luftfahrzeug vorzugsweise der Luft-Massenstrom aus der Kabine an die Außenluft verwendet. Hierdurch ergibt sich ein Druckgefälle. Im dargestellten Beispiel wird Kabinenluft über den Luftfilter 4 und das Durchfluss-Regelventil 3 dem Kathodenluft-Befeuchter 2 zugeführt und danach in den Brennstoffzellenstapel 1 geleitet. Beim Kathodenausgang der Brennstoffzelle 1 wird die Kathodenabluft, wie oben beschrieben, ein weiteres Mal durch den Kathodenluft-Befeuchter 2 geleitet, dann durch den Wasser-Kondensator 5 und den Kondensatabscheider 8 schließlich an die Außenluft abgegeben. Dies ist durch Bezugszeichen 12 dargestellt.
  • Bei einer entsprechenden parallelen Anordnung und Kopplung von zwei oder mehreren Systemen bietet sich die Möglichkeit des phasenverschobenen Betriebs dieser Systeme und somit einer kontinuierlichen Nutzung aller angebotenen Funktionen. Hierbei kann jeweils ein erster Hydridspeicher beladen werden, während ein zweiter Hydridspeicher entladen wird, so dass die jeweils benötigten Wärmeleistungen und Wärmesenken entstehen. Durch eine entsprechende Wahl der Speichergrößen ist es zudem möglich, die Brennstoffzellenstapel ebenfalls im kontinuierlichen Betrieb zu halten.
  • Weiterhin sind ein Auslassventil 44 für den Hydridspeicher, ein Auslassventil 43 für die Ablassleitung 42 des Brennstoffzellen-Stapels 1, ein Sicherheitsventil 36 für die Ablassleitung 40 des Wasserstoff-Speichertanks 30, ein Absperrventil 41 für den Wasserstoff-Speichertank 30, ein Absperrventil 32 zur Regelung der Wasserstoffbeladung, ein Absperrventil 33 für den Spülgas-Einlass 39 am Wasserstoff-Betankungspaneel 50, ein Absperrventil 34 für den Spülgas-Auslass 38 am Wasserstoff-Betankungspaneel 50, ein Absperrventil 35 für den Wasserstoff-Einlass 37 des Wasserstoff-Speichertanks 30 vorgesehen. Natürlich können noch weitere Ventile vorgesehen sein, um eine sichere und effektive Regelung des Systems zu gewährleisten.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung und zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung durch ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem. Es ist zu beachten, dass die erste Vorrichtung unterschiedlich zur zweiten Vorrichtung sein kann.
  • Die erste Vorrichtung kann aber auch mit der zweiten Vorrichtung (beispielsweise in Form eines Brennstoffzellenstapels) übereinstimmen.
  • In einem ersten Schritt wird der Wasserstoffspeicher 20 mit Wasserstoff beladen, wodurch die erste Vorrichtung erwärmt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Vorrichtung um einen Ofen, oder um einen Wärmepuffer, oder aber auch um einen Brennstoffzellenstapel, welcher vor Inbetriebnahme vorgewärmt werden soll.
  • In einem zweiten Schritt, beispielsweise nach Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels, erfolgt eine Kühlung der zweiten Vorrichtung durch den Wasserstoffspeicher beim Entladen des Wasserstoffspeichers. Bei der zweiten Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Komponente eines Brennstoffzellensystems, beispielsweise einen Brennstoffzellenstapel, eine einzelne Brennstoffzelle, einen Kondensator oder Wasserabscheider, oder aber auch um die der Brennstoffzelle zugeführte Luft.
  • Die erste Vorrichtung ist hierbei zum Ausführen eines endothermen Prozesses und die zweite Vorrichtung ist hierbei zum Ausführen eines exothermen Prozesses ausgeführt.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
    • 1
    Brennstoffzellen Stack
    2
    Kathodenluft Befeuchter
    3
    Durchfluss Regelventil
    4
    Luftfilter
    5
    Wasser-Kondensator
    6
    Wasser-Puffertank
    7
    Kondensatableiter
    8
    Kondensatabscheider
    9
    Pumpe
    10
    Wasserhahn
    11
    Waschbecken
    20
    Hydridspeicher
    21
    integrierter Wärmetauscher 1
    22
    Kühlmittel Kompressor
    23
    integrierter Wärmetauscher 2
    25
    Kühlkreis Regelventil
    26
    Ofen
    27
    Warme Abluft
    30
    Wasserstoff-Speichertank
    31
    Kompressor
    32
    Absperrventil-Wasserstoff Beladung
    33
    Absperrventil-Spülgas Einlass
    34
    Absperrventil-Spülgas Auslass
    35
    Absperrventil Wasserstoff Betankung
    36
    Sicherheitsventil
    37
    Wasserstoff Einlass
    38
    Spülgas Auslass
    39
    Spülgas Einlass
    40
    Abblasleitung
    41
    Absperrventil-Wasserstoff
    42
    Abblasleitung-Brennstoffzellen Stack
    44
    Auslassventil-Hydridspeicher
    45
    weitere Wassernutzer
    46
    Waschbecken Auslauf
    50
    Wasserstoff-Betankungspaneel

Claims (17)

  1. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem, umfassend: einen Wasserstoffspeicher (20); wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung (26) durch den Wasserstoffspeicher (20) beim Beladen des Wasserstoffspeichers (20) mit Wasserstoff ausgeführt ist; wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung (1) durch den Wasserstoffspeicher (20) beim Entladen des Wasserstoffspeichers (20) ausgeführt ist; wobei die erste Vorrichtung (26) zum Ausführen eines endothermen Prozesses ausgeführt ist; und wobei die zweite Vorrichtung (1) zum Ausführen eines exothermen Prozesses ausgeführt ist.
  2. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoffspeicher (20) als Metall-Hydridspeicher ausgeführt ist.
  3. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Vorrichtung (26) und die zweite Vorrichtung (1) in einem mobilen System angeordnet sind.
  4. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem mobilen System um ein Luftfahrzeug handelt.
  5. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 4, wobei die erste Vorrichtung (26) und die zweite Vorrichtung (1) in einer Kabine des Luftfahrzeugs angeordnet sind.
  6. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der ersten Vorrichtung (26) um eine Vorrichtung in einem Küchenbereich des mobilen Systems handelt.
  7. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Vorrichtung (26) zum Erwärmen von Speisen oder zum Erwärmen von Getränken ausgeführt ist.
  8. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Vorrichtung (26) zum Erwärmen von Speisen als Ofen ausgeführt ist.
  9. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Vorrichtung (26) zum Erwärmen von Getränken als Brühvorrichtung ausgeführt ist.
  10. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung (1) als Brennstoffzellensystem ausgeführt ist; und wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen eines Brennstoffzellenprozesses des Brennstoffzellensystems ausgeführt ist. ist.
  11. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 10, wobei das kombinierte Kühl- und Heizsystem zum Kühlen eines Kondensators (5) ausgeführt ist.
  12. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennstoffzellensystem zum Bereitstellen elektrischer Energie und Wasser ausgeführt ist.
  13. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine elektronische Regeleinheit zum automatischen Steuern oder Regeln des Kühl- und Heizsystems.
  14. Kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: eine Temperaturmesseinheit zum Messen einer Temperatur des Brennstoffzellensystems und zur Weitergabe der gemessenen Temperatur an die elektronische Regeleinheit.
  15. Luftfahrzeug, umfassend ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
  16. Verwendung eines kombinierten Kühl- und Heizsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Luftfahrzeug.
  17. Verfahren zum Erwärmen einer ersten Vorrichtung (26) und zum Kühlen einer zweiten Vorrichtung (1) durch ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem, das Verfahren umfassend die Schritte: Erwärmen der ersten Vorrichtung (26) durch einen Wasserstoffspeicher (20) beim Beladen des Wasserstoffspeichers (20) mit Wasserstoff; Kühlen der zweiten Vorrichtung (1) durch den Wasserstoffspeicher (20) beim Entladen des Wasserstoffspeichers (20); wobei die erste Vorrichtung (26) zum Ausführen eines endothermen Prozesses ausgeführt ist; und wobei die zweite Vorrichtung (1) zum Ausführen eines exothermen Prozesses ausgeführt ist.
DE102006034194A 2006-07-24 2006-07-24 Kombiniertes Kühl- und Heizsystem Expired - Fee Related DE102006034194B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006034194A DE102006034194B4 (de) 2006-07-24 2006-07-24 Kombiniertes Kühl- und Heizsystem
US11/782,039 US20080178609A1 (en) 2006-07-24 2007-07-24 Combined cooling and heating system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006034194A DE102006034194B4 (de) 2006-07-24 2006-07-24 Kombiniertes Kühl- und Heizsystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006034194A1 true DE102006034194A1 (de) 2008-01-31
DE102006034194B4 DE102006034194B4 (de) 2012-02-23

Family

ID=38859231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006034194A Expired - Fee Related DE102006034194B4 (de) 2006-07-24 2006-07-24 Kombiniertes Kühl- und Heizsystem

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080178609A1 (de)
DE (1) DE102006034194B4 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009048394A1 (de) * 2009-10-06 2011-04-07 Airbus Operations Gmbh Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen
WO2011042215A1 (de) * 2009-10-06 2011-04-14 Airbus Operations Gmbh Kühlsystem für brennstoffzellensysteme, verfahren zum kühlen von brennstoffzellensystemen und brennstoffzellensystem
WO2014140030A1 (de) * 2013-03-11 2014-09-18 Sell Gmbh Fahrzeug, insbesondere flugzeug, mit einer bordküche
CN105487478A (zh) * 2016-01-19 2016-04-13 山东大学 一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法
CN111186582A (zh) * 2020-01-16 2020-05-22 清华大学 设备舱温度和压力的控制系统及调控方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010005695A1 (de) 2010-01-25 2011-07-28 Airbus Operations GmbH, 21129 Autarkes Monument in der Flugzeug-Druckkabine mit dezentraler Betriebsstoffversorgung und effizienter Energiewandlung
DE102011014565B4 (de) * 2011-03-21 2016-11-24 Airbus Operations Gmbh Klimaanlagensystem für ein Luftfahrzeug
US20140138452A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 GM Global Technology Operations LLC System And Method For Heating The Passenger Compartment Of A Fuell Cell-Powered Vehicle
EP3012189B1 (de) * 2014-10-22 2018-02-07 Airbus Operations GmbH Bordküchensystem, Verfahren zum Betreiben elektrischer Bordküchenvorrichtungen und Verwendung einer Brennstoffzelle in einem Bordküchensystem
FR3035074B1 (fr) * 2015-04-17 2018-07-27 Safran Aircraft Engines Aeronef comprenant une pile a combustible ayant un systeme d'alimentation ameliore en oxygene
GB2558096B (en) * 2015-06-29 2022-08-03 Ge Aviat Systems Ltd Fuel cell emergency power system for an aircraft
CN110816851A (zh) * 2019-10-11 2020-02-21 中国直升机设计研究所 一种直升机环控综合控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0957026A2 (de) * 1998-05-15 1999-11-17 dbb fuel cell engines GmbH Energieversorgungseinheit an Bord eines Luftfahrzeugs
EP1543753A2 (de) * 2003-12-20 2005-06-22 Airbus Deutschland GmbH Heizsystem für den Einsatz in Bordküchen von Verkehrsmitteln sowie ein Verfahren zur Erwärmung von Nahrungsmitteln an Bord von Verkehrsmitteln, insbesondere Luftfahrzeugen
EP1588940A2 (de) * 2004-04-23 2005-10-26 Airbus Deutschland GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in Verkehrsmitteln, insbesondere in Luftfahrzeugen sowie Verwendung der Vorrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4161211A (en) * 1975-06-30 1979-07-17 International Harvester Company Methods of and apparatus for energy storage and utilization
US5469913A (en) * 1992-12-18 1995-11-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vehicle using hydrogen absorbing alloys
US6277509B1 (en) * 1999-04-12 2001-08-21 International Fuel Cells Llc Hydride bed water recovery system for a fuel cell power plant
JP2001068127A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Toyota Autom Loom Works Ltd 燃料電池冷却装置及び燃料電池システム
US6195999B1 (en) * 2000-01-06 2001-03-06 General Motors Corporation Electrochemical engine
US7208239B2 (en) * 2001-10-11 2007-04-24 Airbus Deutschland Gmbh Fuel cell system and method with increased efficiency and reduced exhaust emissions
US7160641B2 (en) * 2003-10-24 2007-01-09 General Motors Corporation Methods to cool a fuel cell and if desired heat a hybrid bed simultaneously

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0957026A2 (de) * 1998-05-15 1999-11-17 dbb fuel cell engines GmbH Energieversorgungseinheit an Bord eines Luftfahrzeugs
EP1543753A2 (de) * 2003-12-20 2005-06-22 Airbus Deutschland GmbH Heizsystem für den Einsatz in Bordküchen von Verkehrsmitteln sowie ein Verfahren zur Erwärmung von Nahrungsmitteln an Bord von Verkehrsmitteln, insbesondere Luftfahrzeugen
EP1588940A2 (de) * 2004-04-23 2005-10-26 Airbus Deutschland GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in Verkehrsmitteln, insbesondere in Luftfahrzeugen sowie Verwendung der Vorrichtung

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009048394A1 (de) * 2009-10-06 2011-04-07 Airbus Operations Gmbh Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen
WO2011042215A1 (de) * 2009-10-06 2011-04-14 Airbus Operations Gmbh Kühlsystem für brennstoffzellensysteme, verfahren zum kühlen von brennstoffzellensystemen und brennstoffzellensystem
DE102009048394B4 (de) * 2009-10-06 2011-07-28 Airbus Operations GmbH, 21129 Kühlsystem für Brennstoffzellensysteme, Verfahren zum Kühlen von Brennstoffzellensystemen
WO2014140030A1 (de) * 2013-03-11 2014-09-18 Sell Gmbh Fahrzeug, insbesondere flugzeug, mit einer bordküche
CN105487478A (zh) * 2016-01-19 2016-04-13 山东大学 一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法
CN105487478B (zh) * 2016-01-19 2018-09-04 山东大学 一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法
CN111186582A (zh) * 2020-01-16 2020-05-22 清华大学 设备舱温度和压力的控制系统及调控方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20080178609A1 (en) 2008-07-31
DE102006034194B4 (de) 2012-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006034194B4 (de) Kombiniertes Kühl- und Heizsystem
EP2499690B1 (de) Temperierungsverfahren und batteriesystem
DE102013011212B4 (de) Vorrichtung zum Kühlen eines Verbrauchers mit einer unterkühlten Flüssigkeit in einem Kühlkreislauf
DE102006034816B4 (de) Brennstoffzellen-Kühlsystem für Luftfahrzeuge und dessen Verwendung
DE102009040013B4 (de) System zum Trocknen von Abgasen eines Brennstoffzellensystems, Verfahren zum Trocknen von Abgasen eines Brennstoffzellensystems, Verwendung und Flugzeug mit mindestens einem Brennstoffzellensystem
EP1543753B1 (de) Heizsystem für den Einsatz in Bordküchen von Verkehrsmitteln sowie ein Verfahren zur Erwärmung von Nahrungsmitteln an Bord von Verkehrsmitteln, insbesondere Luftfahrzeugen
DE102008006259A1 (de) Integriertes Kraftwerkskühlsystem
DE102011014943A1 (de) Multifunktionaler Kälteträgermediumbehälter und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kälteträgermediumbehälters
DE102004036296B4 (de) Ablassvorrichtung für ein Flugzeug
DE102020127528A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion und Regenerationsfunktion für Wärmequellen, Kälteanlage und Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage
DE102018113687A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung von Batteriezellenmodulen
DE102015011866A1 (de) Wärmeübertragungsanordnung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechendes Kraftfahrzeug
EP2483154B1 (de) System und verfahren zur kühlung und/oder beheizung von luftfahrzeugeinrichtungen
EP2191210B1 (de) Flugzeugkühlanlagenverdampferanordnung für zwei voneinander unabhängige kälteträgerkreisläufe
DE102014205005A1 (de) Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
DE102013005596A1 (de) Flugzeugkühlsystem
DE102021120205A1 (de) Gasdruckregelanlage, Auswerte- und Steuereinheit für eine Gasdruckregelanlage, Verfahren zum Betreiben einer Gasdruckregelanlage und Computerprogrammprodukt
DE102009014682B4 (de) Wärmepumpe für einen Warmwasserbereiter
EP3810999A1 (de) Verfahren zum betrieb einer wärmepumpe und eine kältemaschine
EP1621459A1 (de) Ablassvorrichtung für ein Flugzeug
WO2019042631A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum thermischen regulieren eines hochtemperaturkreislaufs eines brennstoffzellensystems
DE102023100275A1 (de) Anordnung zur Warmwasserbereitstellung, Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung, Computerprogramm, Regel- und Steuergerät und Verwendung eines Speicherbehälters
DE102017218142A1 (de) Kühlsystem und Verfahren zur Steigerung einer Kühlleistung für ein Antriebsaggregat
EP1777709B1 (de) Verfahren zur Drucksteuerung des Drucks eines Kühlmittels im Primärkreislauf einer Kernreaktoranlage sowie diesbezügliche Kernreaktoranlage
EP3745515A1 (de) Brennstoffzellenanordnung und schienenfahrzeug mit einer brennstoffzellenanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: AIRBUS OPERATIONS GMBH, 21129 HAMBURG, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120524

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150203