DE102006035621A1 - Flugzeugklimaanlage und Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage - Google Patents

Flugzeugklimaanlage und Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage Download PDF

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Abstract

Eine Flugzeugklimaanlage (10) umfasst einen Kompressor (18) und einen den Kompressor (18) antreibenden Motor (20). Ein Brennstoffzellensystem (24) ist unmittelbar mit einer Steuereinheit (22) zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) verbunden, wobei die Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem (24) erzeugte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) umzusetzen. Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage (10), die einen Kompressor (18) und einen den Kompressor (18) antreibenden Motor (20) umfasst, setzt eine Steuereinheit (22) zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20), die unmittelbar mit einem Brennstoffzellensystem (24) verbunden ist, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem (24) erzeugte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) um.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flugzeugklimaanlage, die einen Kompressor sowie einen den Kompressor antreibenden Motor umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Flugzeugklimaanlage.
  • Zum Einsatz an Bord eines Flugzeug vorgesehene Klimaanlagen werden derzeit üblicherweise mit Druckluft betrieben, wobei die Druckluft entweder als Zapfluft einem einem Haupttriebwerk zugeordneten Verdichter entnommen oder durch einen Kornpressor erzeugt wird. Wenn ein elektrisch betriebener Kompressor zur Erzeugung der Druckluft für die Flugzeugklimaanlage eingesetzt wird, wird die zur Versorgung des Kompressors benötigte elektrische Energie von Generatoren bereitgestellt, die von den Haupttriebwerken oder einer Hilfsgasturbine (Auxiliary Power Unit, APU) angetrieben werden.
  • Gegenwärtig gibt es Bestrebungen, anstelle der von den Haupttriebwerken oder der Hilfsturbine angetriebenen Generatoren ein Brennstoffzellensystem zur Erzeugung der an Bord eines Flugzeugs benötigten elektrischen Energie einzusetzen. Um eine von dem Brennstoffzellensystem erzeugte lastabhängige Gleichspannung für die Vielzahl von verschiedenen über ein Bordnetz mit elektrischer Energie zu versorgenden elektrischen Verbrauchern nutzbar zu machen, ist es jedoch erforderlich, die von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie mit Hilfe elektrischer Wandler (z.B. DC/AC Wandler oder DC/DC-Wandler) zu transformieren und über ein entsprechendes Bussystem (AC-Bussystem oder DC-Bussystem) den einzelnen elektrischen Verbrauchern zuzuführen. Ferner verursachen die notwendigen elektrischen Wandler Unregelmäßigkeiten und Störungen in der von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellten elektrischen Energie, die den Einsatz von Netzfiltern erfordern, um auch eine ordnungsgemäße Funktion von auf derartige Unregelmäßigkeiten und Störungen empfindlich reagierenden Komponenten zu gewährleisten. Jede Transformation der von dem Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Energie verursacht jedoch Verluste, die den Wirkungsgrad des Gesamtsystems schmälern. Ferner hat der Einsatz von Wandlern und Netzfiltern einen erhöhten Einbauraumbedarf und ein erhöhtes Gewicht des Gesamtsystems zur Folge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugzeugklimaanlage bereitzustellen, die zuverlässig und mit einem hohen Wirkungsgrad mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst eine erfindungsgemäße Klimaanlage einen Kompressor und einen den Kompressor antreibenden Motor. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage ein Brennstoffzellensystem, das unmittelbar mit einer Steuereinheit zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors umzusetzen. Unter einer „unmittelbaren" Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem und der Steuereinheit zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors wird hier eine elektrische Verbindung ohne die Zwischenschaltung separater elektrischer Wandler und Netzfilter verstanden. In ähnlicher Weise wird unter „unmittelbar" von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie elektrische Energie verstanden, die weder durch den Einsatz eines separaten elektrischen Wandlers transformiert noch durch einen Netzfilter gefiltert wurde.
  • Mit anderen Worten, die Steuereinheit der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage ist so ausgelegt, dass sie die von dem Brennstoffzellensystem erzeugte lastabhängige Gleichspannung unmittelbar nutzen und in entsprechende Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors umsetzen kann. Die von der Steuereinheit ausgegebenen elektrischen Steuersignale sind vorzugsweise an die Ausgestaltung des den Kompressor antreibenden Motors (Wechselstrommotor oder Gleichstrommotor) angepasst. Die Steuereinheit erfüllt somit die Doppelfunktion, einerseits den den Kompressor antreibenden Motor wie gewünscht zu steuern und gleichzeitig die Versorgung des den Kompressor antreibenden Motors mit elektrischer Energie sicherzustellen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage kann auf den Einsatz von separaten elektrischen Wandlern zur Transformation der von dem Brennstoffzellensystem erzeugten lastabhängigen Gleichspannung sowie auf den Einsatz von Netzfiltern zur Filterung von Unregelmäßigkeiten und Störungen in der von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellten elektrischen Energie verzichtet werden. Die elektrischen Verbraucher der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage können somit auf energieeffiziente, umweltschonende und zuverlässige Art und Weise mit Hilfe des Brennstoffzellensystems mit elektrischer Energie versorgt werden. Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Klimaanlage durch den Verzicht auf separate elektrische Wandler und Netzfilter einen verhältnismäßig einfachen Aufbau auf und hat einen geringen Einbauraumbedarf sowie ein geringes Gewicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Brennstoffzellensystem besonders energieeffizient betrieben werden kann.
  • Nicht der erfindungsgemäßen Klimaanlage zuzurechnende elektrische Verbraucher an Bord des Flugzeugs können mit Hilfe eines weiteren Brennstoffzellensystems aber auch mit dem die elektrischen Verbraucher der Flugzeugklimaanlage mit elektrischer Energie versorgenden Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgt werden. Auf Unregelmäßigkeiten und Störungen in der von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellten elektrischen Energie empfindlich reagierende Bauteile können unter Zwischenschaltung eines separaten elektrischen Wandlers und eines Netzfilters oder eines elektrischen Wandlers mit einem integrierten Netzfilter mit dem Brennstoffzellensystem verbunden werden. Nicht-sensitive Verbraucher außerhalb der erfindungsgemäßen Klimaanlage können dagegen unmittelbar, d.h. ohne die Zwischenschaltung eines elektrischen Wandlers und eines Netzfilters, mit von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ dazu kann nicht der erfindungsgemäßen Klimaanlage zuzurechnenden elektrischen Verbrauchern an Bord des Flugzeugs auch aber auch in konventioneller Art und Weise von von den Haupttriebwerken oder der Hilfsgasturbine des Flugzeugs angetriebenen Generatoren erzeugte elektrische Energie zugeführt werden.
  • Vorzugsweise ist ein Einlass des Kompressors über eine Kompressoreinlassleitung mit einem Luftkanal der Flugzeugklimaanlage verbunden. Der Luftkanal der Flugzeugklimaanlage wird beispielsweise von Umgebungsluft durchströmt, so dass dem Kompressoreinlass über die Kompressoreinlassleitung Umgebungsluft aus dem Luftkanal der Flugzeugklimaanlage zugeführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dem Kompressoreinlass eine Mischung aus Umgebungsluft und Kabinenabluft zuzuführen, wobei die Kabinenabluft beispielsweise über eine Kabinenabluftleitung in den Luftkanal der Flugzeugklimaanlage oder in die Kompressoreinlassleitung eingeleitet werden kann.
  • Ein Auslass des Kompressors ist dagegen vorzugsweise mit einer Luftzufuhrleitung zur Zufuhr von Luft in eine Flugzeugkabine verbunden. In dem Kompressor verdichtete und dabei erwärmte Luft kann somit über die Luftzufuhrleitung in die Flugzeugkabine geleitet werden.
  • In der Luftzufuhrleitung kann ein Wärmetauscher angeordnet sein, der dazu dient, die die Luftzufuhrleitung durchströmende, von dem Kompressor verdichtete Luft abzukühlen. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in dem von Umgebungsluft durchströmten Luftkanal der Flugzeugklimaanlage angeordnet, so dass die die Luftzufuhrleitung durchströmende Luft auf energieeffiziente Art und Weise abgekühlt werden kann. Ferner kann in der Luftzufuhrleitung ein Kondensator zur Entfeuchtung der die Luftzufuhrleitung durchströmende Luft vorgesehen sein. Schließlich ist es möglich, eine Turbine in der Luftzufuhrleitung anzuordnen, in der die von dem Kompressor verdichtete, die Luftzufuhrleitung durchströmende Luft entspannt und dabei auf das gewünschte niedrige Temperaturniveau abgekühlt wird. Die Turbine ist vorzugsweise mit dem Kompressor auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, so dass die im Betrieb der Turbine rückgewonnene Energie neben der Antriebskraft des Motors zum Antreiben des Kompressors genutzt werden kann.
  • Eine in dem Brennstoffzellensystem der erfindungsgemäßen Klimaanlage eingesetzte Brennstoffzelle umfasst einen Kathodenbereich sowie einen durch einen Elektrolyt von dem Kathodenbereich getrennten Anodenbereich. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Anodenseite der Brennstoffzelle ein wasserstoffhaltiges Brenngas und der Kathodenseite der Brennstoffzelle ein sauerstoffhaltiges Oxidationsmittel, beispielsweise Luft zugeführt. Bei einer Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzelle reagieren die Wasserstoffmoleküle an einem im Anodenbereich vorhandenen Anodenkatalysator z.B. nach der Gleichung H2 → 2∙H+ + 2∙e– und geben dabei unter Bildung von positiv geladenen Wasserstoffionen Elektronen an die Elektrode ab.
  • Bei anderen Brennstoffzellentypen, wie z.B. einer oxidkeramischen Brennstoffzelle (SOFC, Solid Oxid Fuel Cell) lautet die Anodenreaktion dagegen beispielsweise O2– + H2 → H2O ± 2·e–.
  • Bei einer PEM Brennstoffzelle diffundieren die im Anodenbereich gebildeten H+-Ionen 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.
  • Bei einer SOFC lautet die Kathodenreaktion dagegen beispielsweise 0,5·O2 + 2·e– → O2–, wobei die O2-Ionen von der Kathode zur Anode diffundieren. Das Abgas einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems ist somit wasserhaltig.
  • Ein Abgasauslass des Brennstoffzellensystems ist daher vorzugsweise mit der Luftzufuhrleitung der erfindungsgemäßen Klimaanlage verbunden, um das in dem Brennstoffzellenabgas enthaltene Wasser zur Befeuchtung der in die Flugzeugkabine zuzuführenden Luft zu nutzen. Somit kann neben der von dem Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Energie auch das im Betrieb des Brennstoffzellensystems erzeugte Wasser für den Betrieb der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage genutzt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage ist ein Auslass des Kompressors beispielsweise über eine Lufteinlassleitung mit einem Lufteinlass des Brennstoffzellensystems verbunden, um dem Brennstoffzellensystem, d.h. der Kathodenseite der in dem Brennstoffzellensystem vorgesehenen Brennstoffzelle von dem Kompressor verdichtete Luft zuzuführen. Die Lufteinlassleitung des Brennstoffzellensystems kann beispielsweise von der mit dem Auslass des Kompressors verbundenen Luftzufuhrleitung abzweigen. Der Kompressor der erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage wird somit nicht nur zur Erzeugung von verdichteter Luft für die Flugzeugklimaanlage, sondern auch für die Versorgung des Brennstoffzellensystems mit verdichteter Luft genutzt. Ähnlich wie bei der Befeuchtung der der Flugzeugkabine zuzuführenden Luft mit Hilfe des wasserhaltigen Brennstoffzellensystemabgases wird durch den Einsatz des Kompressors zur Erzeugung von verdichteter Luft für die Flugzeugklimaanlage und das Brennstoffzellensystem ein Synergieeffekt erzielt.
  • Das Brennstoffzellensystem kann mit Hilfe des Kompressors der Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Umgebungsluft versorgt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dem Brennstoffzellensystem Kabinenabluft zuzuführen. Zu diesem Zweck kann eine Abluftleitung einer Flugzeugkabine mit einem Lufteinlass des Brennstoffzellensystems verbunden sein. Die Kabinenabluft kann dem Brennstoffzellensystem unmittelbar zugeleitet werden. Die Abluftleitung der Flugzeugkabine ist dann beispielsweise unmittelbar mit dem Lufteinlass oder mit der Lufteinlassleitung des Brennstoffzellensystems verbunden. Es ist jedoch auch möglich, in den Luftkanal der Flugzeugklimaanlage oder die Kompressoreinlassleitung Kabinenabluft zuzudosieren, so dass dem Brennstoffzellensystem ein von dem Kompressor verdichtetes Gemisch aus Umgebungsluft und Kabinenabluft zugeführt wird.
  • Vorzugsweise umfasst ein Kühlsystem des in die erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage integrierten Brennstoffzellensystems einen in dem Luftkanal der Flugzeugklimaanlage angeordneten Wärmetauscher. Beispielsweise kann der Wärmetauscher in einen Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems integriert sein, so dass den Kühlkreislauf durchströmendes Kühlfluid in dem in dem Luftkanal der Flugzeugklimaanlage angeordneten Wärmetauscher auf eine gewünschte tiefe Temperatur abgekühlt werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, von dem Brennstoffzellensystem erzeugte Abwärme in anderer Art und Weise in die erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage einzuspeisen und beispielsweise zur Erwärmung von der Flugzeugkabine zuzuführender Luft zu nutzen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage, die einen Kompressor und einen den Kompressor antreibenden Motor umfasst, setzt eine Steuereinheit zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors, die unmittelbar mit einem Brennstoffzellensystem verbunden ist, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie in entsprechende Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors um.
  • Unter einer „unmittelbaren" Verbindung zwischen dem Brennstoffzellensystem und der Steuereinheit zur Steuerung des den Kompressor antreibenden Motors wird hier wiederum eine elektrische Verbindung ohne die Zwischenschaltung separater elektrischer Wandler und Netzfilter verstanden. Ebenso wird unter „unmittelbar" von dem Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie wiederum elektrische Energie verstanden, die weder durch den Einsatz eines separaten elektrischen Wandlers transformiert noch durch einen Netzfilter gefiltert wurde.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage wird einem Einlass des Kompressors über eine Kompressoreinlassleitung einen Luftkanal der Flugzeugklimaanlage durchströmende Umgebungsluft zugeführt.
  • Vorzugsweise wird der Flugzeugkabine über eine Luftzufuhrleitung Luft von einem Auslass des Kompressors zugeführt, wobei die die Luftzufuhrleitung durchströmende Luft vor ihrer Einleitung in die Flugzeugkabine mittels eines in der Luftzufuhrleitung angeordneten Wärmetauschers abgekühlt werden kann. Der Wärmetauscher ist beispielsweise im Luftkanal der Flugzeugklimaanlage angeordnet. Ferner kann die die Luftzufuhrleitung durchströmende und von dem Kompressor verdichtete Luft mittels eines in der Luftzufuhrleitung angeordneten Kondensators entfeuchtet werden. Schließlich ist es auch möglich, die die Luftzufuhrleitung durchströmende und von dem Kompressor verdichtete Luft über eine Turbine zu leiten, so dass die Luft expandiert und dabei abgekühlt wird. Die im Betrieb der Turbine zurückgewonnene Energie wird vorzugsweise neben der von dem Motor bereitgestellten Antriebsenergie zum Antreiben des Kompressors genutzt.
  • Zur Befeuchtung der der Flugzeugkabine zuzuführenden Luft wird der Luftzufuhrleitung vorzugsweise von einem Abgasauslass des Brennstoffzellensystems wasserhaltiges Abgas des Brennstoffzellensystems zugeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage wird einem mit dem Kompressorauslass beispielsweise über eine von der Luftzufuhrleitung abzweigende Lufteinlassleitung verbundenen Lufteinlass des Brennstoffzellensystem von dem Kompressor verdichtete Luft zugeführt.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch aus einer Flugzeugkabine abgeleitete Kabinenabluft zur Luftversorgung des Brennstoffzellensystems genutzt werden. Dem Brennstoffzellensystem wird dann über einen mit einer Abluftleitung der Flugzeugkabine verbundenen Lufteinlass Kabinenabluft zugeführt.
  • Ein Kühlfluid des Brennstoffzellensystems wird vorzugsweise in einen in dem Luftkanal der Flugzeugklimaanlage angeordneten Wärmetauscher geleitet, um das Kühlfluid dort auf energieeffiziente Art und Weise auf die gewünschte tiefe Temperatur abzukühlen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die von dem Brennstoffzellensystem erzeugte Abwärme auch in die Flugzeugklimaanlage eingespeist und beispielsweise zur Erwärmung der der Flugzeugkabine zuzuführenden Luft genutzt werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flugzeugklimaanlage zeigt.
  • Die in der Figur gezeigte Flugzeugklimaanlage 10 umfasst einen in Richtung des Pfeils P von Umgebungsluft durchströmten Luftkanal 12. Der Luftkanal 12 ist über eine Kompressoreinlassleitung 14 mit einem Einlass 16 eines Kompressors 18 verbunden. Den Luftkanal 12 durchströmende Umgebungsluft kann somit über die Kompressoreinlassleitung 14 dem Kompressor 18 zugeführt und von dem Kompressor 18 verdichtet werden.
  • Der Kompressor 18 der Flugzeugklimaanlage 10 wird durch einen Wechselstrommotor 20 angetrieben, der mit Hilfe einer elektronischen Steuereinheit 22 gesteuert wird. Ein Brennstoffzellensystem 24 dient der Erzeugung elektrischer Energie. Die elektronische Steuereinheit 22 ist über eine elektrische Leitung 26 unmittelbar, d.h. ohne die Zwischenschaltung eines separater elektrischen Wandlers, mit dem Brennstoffzellensystem 24 verbunden und so ausgelegt, dass sie durch die unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem 24 erzeugte lastabhängige Gleichspannung mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Durch die Elimination eines Störungen verursachenden Wandlers kann auch auf den Einsatz eines Netzfilters zwischen dem Brennstoffzellensystem 24 und der elektronischen Steuereinheit 22 verzichtet werden. Die elektronische Steuereinheit 22 setzt die ihr von dem Brennstoffzellensystem 24 zugeführte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale um, die dem Kompressorantriebsmotor 20 über eine elektrische Leitung 28 zugeführt werden.
  • Ferner ist das Brennstoffzellensystem 24 über eine elektrische Leitung 29 unmittelbar, d.h. ohne die Zwischenschaltung elektrischer Wandler und Netzfilter, mit weiteren, nicht der Klimaanlage 10 zuzurechnenden elektrischen Verbrauchern 30 verbunden. Ebenso wie die elektronische Steuereinheit 22 der Flugzeugklimaanlage 10 können die elektrischen Verbraucher 30 unmittelbar mit der von dem Brennstoffzellensystem 24 erzeugten lastabhängigen Gleichspannung versorgt werden.
  • Schließlich speist das Brennstoffzellensystem 24 über eine elektrische Leitung 31 elektrische Energie in ein elektrisches Netz 32 des Flugzeugs ein. Um die von dem Brennstoffzellensystem 24 erzeugte lastabhängige Gleichspannung für verschiedene, in der Figur nicht gezeigte, über das Netz 32 mit elektrischer Energie versorgte elektrische Verbraucher außerhalb der Klimaanlage 10 nutzbar zu machen, wird die von dem Brennstoffzellensystem 24 erzeugte elektrische Energie mit Hilfe eines integrierten elektrischen Wandlers/Netzfilters 33 transformiert und gefiltert.
  • Ein Auslass 34 des von dem Motor 20 angetriebenen Kompressors 18 ist mit einer Luftzufuhrleitung 35 verbunden, die dazu dient, einer Flugzeugkabine 36 Luft zuzuführen. In der Luftzufuhrleitung 35 ist ein in dem Luftkanal 12 positionierter erster Wärmetauscher 37 angeordnet, der dazu dient, die die Luftzufuhrleitung 35 durchströmende, von dem Kompressor 18 komprimierte und dabei erwärmte Luft durch Wärmeübertragung auf die den Luftkanal 12 durchströmende Umgebungsluft abzukühlen. Stromabwärts des ersten Wärmetauschers 37 ist in der Luftzufuhrleitung 35 ein Kondensator 38 zur Entfeuchtung der die Luftzufuhrleitung 35 durchströmenden Luft vorgesehen.
  • Stromabwärts des Kondensators 38 ist in der Luftzufuhrleitung 35 eine Turbine 40 angeordnet. Wenn die die Luftzufuhrleitung 35 durchströmende und von dem Kompressor 18 komprimierte Luft über die Turbine 40 geleitet wird, wird die Luft expandiert und kühlt sich dabei ab. Die Turbine 40 ist mit dem Kompressor 18 auf einer gemeinsamen Welle 42 angeordnet, so dass die im Betrieb der Turbine 40 zurückgewonnene Energie neben der Antriebsenergie des Kompressorantriebsmotors 20 zum Antreiben des Kompressors 18 genutzt werden kann.
  • Von der Luftzufuhrleitung 35 zweigt stromaufwärts des ersten Wärmetauschers 37 eine die Luftzufuhrleitung 35 mit einem Lufteinlass 44 des Brennstoffzellensystems 24 verbindende Lufteinlassleitung 46 ab. Die von dem Kompressor 18 verdichtete Luft wird somit nicht nur der Flugzeugkabine 36 zugeführt, sondern wird auch zur Luftversorgung des Brennstoffzellensystems 24 genutzt. Ferner wird dem Lufteinlass 44 des Brennstoffzellensystems 24 über eine Abluftleitung 47 der Flugzeugkabine 36 Kabinenabluft zugeführt.
  • Ein von einem Kühlfluid durchströmtes Kühlsystem 48 des Brennstoffzellensystems 24 umfasst einen zweiten Wärmetauscher 50, der, ebenso wie der erste Wärmetauscher 37, in dem Luftkanal 12 der Flugzeugklimaanlage 10 angeordnet ist. Die den Luftkanal 12 durchströmende Umgebungsluft kann somit zur Kühlung des das Kühlsystem 48 des Brennstoffzellensystems 24 durchströmenden Kühlfluids genutzt werden.
  • Ein Abgasauslass 52 des Brennstoffzellensystems 24 ist über eine Abgasleitung 54 stromabwärts der Turbine 40 mit der Luftzufuhrleitung 35 verbunden. Da im Betrieb des Brennstoffzellensystems 24 Wasser erzeugt wird, kann die wasserhaltige Brennstoffzellensystemabluft zur Befeuchtung der der Flugzeugkabine 36 zuzuführenden Luft genutzt werden.
  • Bei der in der Figur gezeigten Flugzeugklimaanlage 10 wird dem Kompressoreinlass 16 ausschließlich den Luftkanal 12 durchströmende Umgebungsluft zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, dem Kompressoreinlass 16 aus der Flugzeugkabine 36 abgeführte Kabinenabluft, gegebenenfalls mit Umgebungsluft gemischt, zuzuführen. Beispielsweise kann die Kabinenabluft in den Luftkanal 12 oder die Kompressoreinlassleitung 14 eingeleitet werden.

Claims (16)

  1. Flugzeugklimaanlage (10) mit: – einem Kompressor (18) und – einem den Kompressor (18) antreibenden Motor (20), gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellensystem (24), das unmittelbar mit einer Steuereinheit (22) zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (22) dazu eingerichtet, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem (24) erzeugte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) umzusetzen.
  2. Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (16) des Kompressors (18) über eine Kompressoreinlassleitung (14) mit einem Luftkanal (12) der Flugzeugklimaanlage (10) verbunden ist, um dem Einlass (16) des Kompressors (18) den Luftkanal (12) der Flugzeugklimaanlage (10) durchströmende Umgebungsluft zuzuführen.
  3. Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass (34) des Kompressors (18) mit einer Luftzufuhrleitung (35) zur Zufuhr von Luft in eine Flugzeugkabine (36) verbunden ist.
  4. Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftzufuhrleitung (35) ein erster Wärmetauscher (37) und/oder ein Kondensator (38) und/oder eine Turbine (40) angeordnet ist/sind.
  5. Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasauslass (52) des Brennstoffzellensystems (24) mit der Luftzufuhrleitung (35) verbunden ist.
  6. Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass (34) des Kompressors (18) mit einem Lufteinlass (44) des Brennstoffzellensystems (24) verbunden ist, um dem Brennstoffzellensystem (24) von dem Kompressor (18) verdichtete Luft zuzuführen.
  7. Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lufteinlass (44) des Brennstoffzellensystems (24) mit einer Abluftleitung (47) einer Flugzeugkabine (36) verbunden ist.
  8. Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlsystem (48) des Brennstoffzellensystems (24) einen in einem Luftkanal (12) der Flugzeugklimaanlage (10) angeordneten zweiten Wärmetauscher (50) umfasst.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage (10), die einen Kompressor (18) und einen den Kompressor (18) antreibenden Motor (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (22) zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20), die unmittelbar mit einem Brennstoffzellensystem (24) verbunden ist, unmittelbar von dem Brennstoffzellensystem (24) erzeugte elektrische Energie in entsprechende elektrische Steuersignale zur Steuerung des den Kompressor (18) antreibenden Motors (20) umsetzt.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einem Einlass (16) des Kompressors (18) über eine Kompressoreinlassleitung (14) einen Luftkanal (12) der Flugzeugklimaanlage (10) durchströmende Umgebungsluft zugeführt wird.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer Flugzeugkabine (36) über eine Luftzufuhrleitung (35) Luft von einem Auslass (34) des Kompressors (18) zugeführt wird.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Luftzufuhrleitung (35) durchströmende Luft mittels eines in der Luftzufuhrleitung (35) angeordneten ersten Wärmetauschers (37) abgekühlt und/oder mittels eines in der Luftzufuhrleitung (35) angeordneten Kondensators (38) entfeuchtet und/oder mittels einer in der Luftzufuhrleitung (35) angeordneten Turbine (40) expandiert und dabei abgekühlt wird.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhrleitung (35) von einem Abgasauslass (52) des Brennstoffzellensystems (24) Abgas des Brennstoffzellensystems (24) zugeführt wird.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoffzellensystem (24) über einen mit einem Auslass (34) des Kompressors (18) verbundenen Lufteinlass (44) von dem Kompressor (18) verdichtete Luft zugeführt wird.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoffzellensystem (24) über einen mit einer Abluftleitung (47) einer Flugzeugkabine (36) verbundenen Lufteinlass (44) Kabinenabluft zugeführt wird.
  16. Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlfluid des Brennstoffzellensystems (24) durch einen in einem Luftkanal (12) der Flugzeugklimaanlage (10) angeordneten zweiten Wärmetauscher (50) geleitet wird.
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