DE102011012803A1

DE102011012803A1 - Bordversorgungssystem und Bordküche, mit einer Brennstoffzelleneinheit, zum Einsatz in einem Flugzeug

Info

Publication number: DE102011012803A1
Application number: DE102011012803A
Authority: DE
Inventors: Trong Tran
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: US8814086B2; DE102011012803B4; US20120223185A1

Abstract

Ein Bordversorgungssystem (10) zum Einsatz in einem Flugzeug umfasst eine Brennstoffzelleneinheit (20) zum Erzeugen von elektrischer Energie und Wärmeenergie, und mindestens ein Verbrauchersystem (100). Die Brennstoffzelleneinheit (20) ist dazu ausgebildet, Wärmeenergie in der Form von Heißluft abzugeben, und das Verbrauchersystem (100) ist dazu ausgebildet, die elektrische Energie und die Wärmeenergie in der Form von Heißluft aufzunehmen. Die Brennstoffzelleneinheit (20) kann mindestens eine Niedertemperatur(NT)-Brennstoffzelle (30) und mindestens eine Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle (40) umfassen, die beide (30, 40) dazu ausgebildet sein können, im Betrieb mittels Luftkühlung auf ihre jeweilige Betriebstemperatur reguliert zu werden, und ein Luftkühlungseinlass (44) der HT-Brennstoffzelle (40) kann mit einem Luftkühlungsauslass (36) der NT-Brennstoffzelle (30) in Fluidkommunikation verbunden sein. – Um Redundanz zu erzielen, sind in einem Flugzeug mindestens zwei Bordversorgungssysteme (10) bzw. mindestens zwei Bordküchen mit jeweils darin enthaltenen Bordversorgungssystemen (10) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bordversorgungssystem mit einer Brennstoffzelleneinheit zum Einsatz in einem Flugzeug, eine Bordküche mit einer Brennstoffzelleneinheit zum Einsatz in einem Flugzeug und ein Flugzeug, das mit der Bordküche bzw. dem Bordversorgungssystem ausgestattet ist.
Brennstoffzellen sind an sich bekannt und finden zunehmend kommerzielle Verwendung, z. B. im Kraftfahrzeugbau. Brennstoffzellen benötigen einen Brennstoff, etwa Wasserstoff in gasförmiger Form, und ein Oxidationsmittel, etwa Sauerstoff in gasförmiger Form, das den Brennstoff unter katalytischer Wirkung einer Anoden-Kathoden-Anordnung zu einer Wasserstoff-haltigen Endverbindung, etwa Wasser, verbrennt bzw. oxidiert. Bei der katalytisch vermittelten Verbrennung entsteht eine elektrische Spannung zwischen der Anode und der Kathode, die einen Ausgangsstrom durch einen angeschlossenen Verbraucher von elektrischer Energie bzw. einen Lastwiderstand treiben kann. Sobald ein elektrischer Strom (in der Form von Elektronen) durch den Verbraucher fließt, fließen in der Brennstoffzelle Wasserstoff-Ionen (elektrisch positiv geladene Protonen) von der Anode zur Kathode. Dieser Ionenstrom wird aufgrund eines Innenwiderstands der Brennstoffzelle in der Brennstoffzelle in thermische Energie bzw. Wärmeenergie umgewandelt, wobei ein Teil der Wärmeenergie als Verlust nach außerhalb der Brennstoffzelle dissipiert.
Bekanntlich nimmt die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung ab, wenn die Temperatur in der Brennstoffzelle aufgrund der darin erzeugten Wärmeenergie ansteigt und einen entsprechenden optimalen Betriebstemperatur-Bereich der Brennstoffzelle verlässt. Daher ist es meist erforderlich, die Brennstoffzelle im Betrieb zu kühlen, um Wärmeenergie abzuführen und somit die Temperatur in der Brennstoffzelle in deren optimalem Betriebstemperatur-Bereich zu halten.
In sogenannten PEM(englisch: Proton Exchange Membrane)-Brennstoffzellen ist zwischen der Anode und der Kathode ist eine Membran, die sogenannte Protonen-Austausch-Membran (PEM), angeordnet, die einen direkten Protonentransfer von der Anode zur Kathode ohne Erzeugung von Elektroden verhindert und somit die elektrische Leistung der Brennstoffzelle steigert. PEM-Brennstoffzellen zeichnen sich aus durch einen Betriebstemperatur-Bereich mit einer relativ niedrigen Temperatur (ca. 60°C bis ca. 180°C), eine relativ hohe Lebensdauer und ein relativ niedriges Gewicht, und wurden daher bereits für Anwendungen im Flugzeugbau vorgeschlagen, etwa in den Schriften DE 10 2004 058 430 A1 , DE 10 2007 017 820 A1 , DE 10 2007 054 291 A1 , DE 10 2008 006 742 A1 , DE 10 2008 062 038 A1 , US 2009/0104493 A1 , US 2010/0193629 A1 und EP 2 213 571 A2 .
Es sind zwei Arten von PEM-Brennstoffzellen bekannt, sogenannte Niedertemperatur(NT)- und sogenannte Hochtemperatur(HT)-PEM-Brennstoffzellen. NT-PEM-Brennstoffzellen arbeiten bei einer Betriebstemperatur von etwa 70°C und weisen eine sehr kurze Anlaufzeit, typischerweise weniger als eine Sekunde, auf. HT-PEM-Brennstoffzellen arbeiten bei einer Betriebstemperatur von etwa 180°C und weisen einen höheren Wirkungsgrad auf als NT-PEM-Brennstoffzellen. Allerdings haben sie eine längere Anlaufzeit als NT-PEM-Brennstoffzellen und benötigen für ihren Betrieb in einer Umgebung auf Raumtemperatur eine Heizung, weil ihre minimale Arbeitstemperatur nicht unter 80°C liegen sollte. Für beide Brennstoffzellenarten (NT-PEM- und HT-PEM-Zellen) beträgt der Anteil der im Betrieb erzeugten elektrischen Energie etwa 35% bis etwa 38%; der übrige Anteil erzeugter Energie ist Wärmeenergie.
Die europäische Veröffentlichungsschrift EP 2 213571 A2 offenbart ein lokalisiertes Energieversorgungs- und Verbrauchersystem für ein Flugzeug mit einer Bordküche und einer Bordtoilette. Das System umfasst ein Brennstoffzellenmodul als Energiequelle zum Erzeugen von elektrischer Energie, Wärmeenergie und mindestens einem Beiprodukt einschließlich Wasser, Abwärme und elektrischer Überschussenergie; mehrere in der Bordküche oder der Bordtoilette integrierte Verbraucher zum Aufnahmen von elektrischer Energie, Wärmeenergie und dem Beiprodukt; sowie mehrere Verbindungselemente zum Anschließen der Verbraucher in der Bordküche und der Bordtoilette an die elektrische Energie, die Wärmeenergie und das Beiprodukt des Brennstoffzellenmoduls. Das Brennstoffzellenmodul umfasst eine Standard-PEM-Brennstoffzelle, ein benachbart zur Brennstoffzelle angeordnetes Brennstoffmodul und optional eine zusätzliche Brennstoffquelle, die abgesetzt angeordnet ist, beispielsweise in einem unterhalb eines Bodens der Flugzeugkabine vorgesehenen Gepäckraum. Wärmeenergie bzw. Abwärme wird mittels Wasser als Wärmeenergieträger von der Brennstoffzelle abgeführt, beispielsweise zu einem Wasserhahn mit Warmwasserzufuhr oder zu einem Warmwasserbereiter in der Bordküche bzw. der Bordtoilette.
Nach einem Aspekts der vorliegenden Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Bordversorgungssystem mit einer Brennstoffzelleneinheit für einen Einsatz in einem Flugzeug bereitzustellen, bei dem die vorteilhaften Eigenschaften beider Arten von Brennstoffzellen (NT- und HT-PEM-Zellen) ausgenutzt werden, um einen Gesamtwirkungsgrad des System, d. h. einen für von dem System versorgte Anwendungen bzw. Energieverbraucher nutzbaren Anteil der erzeugten Gesamtenergie des Systems, zu erhöhen.
Gemäß einer Grundidee der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Bordversorgungssystem dazu ausgebildet ist, ein Verbrauchersystem mit Energie zu versorgen, wobei das Verbrauchersystem dazu ausgebildet ist, sowohl die erzeugte elektrische Energie als auch die erzeugte Wärmeenergie zu konsumieren. Dazu kann das Verbrauchersystem erste und zweite Verbraucher umfassen, wobei die ersten Verbraucher dazu ausgebildet sind, elektrische Energie zu konsumieren, und die zweiten Verbraucher dazu ausgebildet sind, Wärmeenergie zu konsumieren. Das Verbrauchersystem kann auch dritte Verbraucher umfassen, die dazu ausgebildet sind, elektrische Energie und Wärmeenergie zu konsumieren.
Zur Lösung der Aufgabe wird zum Einsatz in einem Flugzeug ein Bordversorgungssystem bereitgestellt, welches eine Brennstoffzelleneinheit zum Erzeugen von elektrischer Energie und Wärmeenergie, und mindestens ein Verbrauchersystem umfasst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die Brennstoffzelleneinheit dazu ausgebildet, Wärmeenergie in der Form von Heißluft abzugeben, und das Verbrauchersystem ist dazu ausgebildet, die elektrische Energie und die Wärmeenergie in der Form von Heißluft aufzunehmen. Wärmeenergie in der Form von Heißluft kann nämlich sehr hohe Temperaturen, beispielsweise Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius, und so eine hohe Wärmeenergiemenge aufnehmen und dabei leicht und rasch strömend (d. h. ohne großen Energieverlust) von der Brennstoffzelleneinheit zu dem Verbrauchersystem transportiert werden. Auf diese Weise kann ein effektiver Wärmeenergietransport von der Brennstoffzelleneinheit zu dem Verbrauchersystem realisiert werden.
Das Verbrauchersystem kann mindestens eine, beispielsweise in einer Bordküche enthaltene, Speisenerwärmungseinrichtung aufweisen. Die Speisenerwärmungseinrichtung kann die Heißluft und die elektrische Energie konsumieren und kann ein zur Speisenerwärmung ausgebildeter Ofen, etwa ein Heißluftofen, oder ein Wasserboiler sein. Auf diese Weise kann die Heißluft in direkten Wärmeübertragungskontakt mit den zu erwärmenden Speisen, beispielsweise den im Ofen angeordneten Speisen, oder dem im Wasserboiler zu erwärmenden Wasser gebracht werden.
Die Brennstoffzelleneinheit kann mindestens eine Niedertemperatur(NT)-Brennstoffzelle mit einer Betriebstemperatur in einem Niedertemperatur(NT)-Bereich und mindestens eine Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle mit einer Betriebstemperatur in einem Hochtemperatur(HT)-Bereich umfassen. Dabei kann die NT-Brennstoffzelle eine NT-PEM-Brennstoffzelle und die HT-Brennstoffzelle eine HT-PEM-Brennstoffzelle sein. Dabei können ferner die NT-Brennstoffzelle und die HT-Brennstoffzelle dazu ausgebildet sein, im Betrieb mittels Luftkühlung auf ihre jeweilige Betriebstemperatur eingestellt zu werden, und ein Luftkühlungseinlass der HT-Brennstoffzelle kann mit einem Luftkühlungsauslass der NT-Brennstoffzelle in Fluidkommunikation verbunden sein. Auf diese Weise wird die Abluftwärme der NT-Brennstoffzelle als Kühlungszuluft der HT-Brennstoffzelle genutzt. Und wenn die NT- und die HT-Brennstoffzelle in räumlich kurzem Abstand, beispielsweise einander benachbart, angeordnet sind, ist der Energieverlust im Bereich der Fluidkommunikation bzw. auf dem Transportweg zwischen der NT- und der HT-Brennstoffzelle gering.
Des Weiteren können die NT-Brennstoffzelle und die HT-Brennstoffzelle jeweils einen Luftkühlungseinlass und einen Luftkühlungsauslass aufweisen, und ein Kühlungslufteinlass der NT-Brennstoffzelle kann mit der Außenluft des Flugzeugs in Fluidkommunikation verbunden sein.
Das Verbrauchersystem kann einen Heißlufteinlassport und einen Heißluftauslassport aufweisen, und ein Luftkühlungsauslass der HT-Brennstoffzelle kann mit einem Heißlufteinlass von mindestens einem Verbraucher von Wärmeenergie in Form von Heißlift des Verbrauchersystems in Fluidkommunikation verbunden sein. Auch hier gilt, dass wenn dabei der Luftkühlungsauslass der HT-Brennstoffzelle und der Heißlufteinlass des Wärmeenergie-Verbrauchers in räumlich kurzem Abstand, beispielsweise benachbart zueinander, angeordnet sind, dann ist der Energieverlust im Bereich der Fluidkommunikation bzw. auf dem Transportweg der von der Brennstoffzelleneinheit abgegebenen Heißluft gering.
Das Bordversorgungssystem kann ferner eine Heizeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, im Betrieb in eine Flugzeugkabine einzulassende Luft zu erwärmen. Die Heizeinrichtung kann einen Wärmetauscher umfassen, der dazu ausgebildet ist, von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte Wärme in Form von Heißluft auf die in die Flugzeugkabine einzulassende Luft zu übertragen und dazu einen Gaswärmetauscher umfassen. In dieser Ausführungsform kann die Heizeinrichtung einen Lufteinlass aufweisen, der mit einem Luftauslass des mindestens einen Verbrauchers von Wärmeenergie in Form von Heißluft des Verbrauchersystems in Fluidkommunikation verbunden ist. So kann die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte Heißluft zunächst durch den Wärmeenergie-Verbraucher und anschließend durch die Heizeinrichtung geleitet werden.
Das Bordversorgungssystem kann eine Notstromversorgungseinrichtung, die die Brennstoffzelleneinheit umfasst, aufweisen.
In einer Ausführungsform kann mindestens ein Verbraucher des Verbrauchersystems dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in der Form von Gleichstrom aufzunehmen. Auf diese Weise kann die elektrische Energie dem Verbraucher ohne die bei einer etwaigen Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom auftretenden Wandlungsverluste zugeführt werden.
Zumindest Teile des Bordversorgungssystems, insbesondere die Brennstoffzelleneinheit und das Verbrauchersystem, können zu einer ersten, zum Einsatz in dem Flugzeug geeigneten Bordküche gehören.
In einer Ausführungsform kann das Verbrauchersystem mindestens einen Verbraucher von elektrischer Energie und mindestens einen Verbraucher von Wärmeenergie in der Form von Heißluft umfassen. In dieser Ausführungsform kann das Bordversorgungssystem eine erste Steuereinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, den Verbraucher von elektrischer Energie bzw. den Verbraucher von Wärmeenergie so mit elektrischer Energie bzw. Wärmeenergie in der Form von Heißluft zu versorgen, wie es dem dynamischen elektrochemischen Gleichgewicht zwischen der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie bzw. Wärmeenergie entspricht.
In einer zur vorhergehend beschriebenen Ausführungsform alternativen oder damit kombinierbaren Ausführungsform kann das Verbrauchersystem zwei oder mehr Verbraucher von elektrischer Energie umfassen. Dabei kann das Bordversorgungssystem eine zweite Steuereinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Energie den zwei oder mehr Verbrauchern zeitversetzt zueinander zuzuführen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelleneinheit entsprechend der Summe der Verbrauchsleistungen der Verbraucher dimensioniert ist, sondern es genügt, wenn die Ausgangsleistung hinreichend größer als die höchste Einzel-Verbrauchsleistung des Verbrauchers mit der höchsten Verbrauchsleistung dimensioniert ist. In dieser Ausführungsform kann die zweite Steuereinheit dazu ausgebildet sein, die von der Brennstoffzelleneinheit abgegebene elektrische Energie den zwei oder mehr Verbrauchern gemäß vorbestimmter Prioritäten, die den jeweiligen Verbrauchern zugeordnet sind, und gemäß vorbestimmter Regeln zeitversetzt zueinander zuzuführen.
Das Bordversorgungssystem kann ein Gleichstrom-Hochspannungsbussystem aufweisen, das den Stromausgang der HT-Brennstoffzelle mit den zwei oder mehr Verbrauchern von elektrischer Energie des Verbrauchssystems elektrisch leitend verbindet.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Flugzeug bereitgestellt, in dem mindestens zwei Bordversorgungssysteme gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, und/oder mindestens zwei Bordküchen, von denen jede ein Bordversorgungssystem gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß dem ersten Aspekt umfasst, vorgesehen sein. Auf diese Weise ist eine Redundanz für das Bordversorgungssystem gemäß dem ersten Aspekt bzw. für eine das Bordversorgungssystem umfassende Notstromversorgungseinrichtung gewährleister.
In dem Flugzeug kann auch ein konventionelles Notstromversorgungssystems mit einem statischen Invertierer, einer konventionellen Notstromversorgungseinheit und einem konventionellen Wechselstrom(AC)-Notstrombussystem vorgesehen sein. Optional kann das Notstromversorgungssystem auch einen oder mehrere Akkumulatoren zum Speichern bzw. Zwischenspeichern von elektrischer Energie umfassen. Dabei kann das konventionelle Notstromversorgungssystem über ein Gleichstrom-Notstrombussystem elektrisch leitend mit dem Gleichstrom-Hochspannungsbussystem des Bordversorgungssystems verbunden sein. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gleichstrom-Hochspannungsbussystem und dem Gleichstrom-Notstrombus-system kann als eine auftrennbare Verbindung, insbesondere zwischen einem ersten Busverbindungselement des Gleichstrom-Hochspannungsbussystems des Bordversorgungssystems und einem zweite Busverbindungselement des Gleichstrom-Notstrombussystems des konventionellen Notstromversorgungssystems, ausgeführt sein. Bei der auftrennbaren Verbindung kann das erste Busverbindungselement einen mehrpoligen Stecker und das zweite Busverbindungselement eine mehrpolige Kupplung, oder umgekehrt das erste Busverbindungselement eine mehrpolige Kupplung und das zweite Busverbindungselement einen mehrpoligen Stecker aufweisen.
Der statische Invertierer des konventionellen Notstromversorgungssystems kann zwischen dem Wechselstrom-Notstrombussystem und dem Gleichstrom-Notstrombussystem angeordnet und dazu ausgebildet sein, die Wechselspannung und den Wechselstrom in dem konventionellen Wechselstrom-Notstrombussystem in die Gleichspannung und den Gleichstrom des Gleichstrom-Notstrombussystems umzuwandeln.
Das Bordversorgungssystem kann ein Brennstoffreservoir, insbesondere ein Wasserstoffgas-Reservoir umfassen. Das Brennstoffreservoir kann als Druckgastank ausgebildet sein. Ferner kann es in dem Bordversorgungssystem bzw. in der Bordküche integriert angeordnet sein. Alternativ dazu kann das Brennstoffreservoir räumlich getrennt von dem Bordversorgungssystem, beispielsweise außerhalb der Flugzeugkabine, insbesondere in einem Gepäckabteil des Flugzeugs, angeordnet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand einer in der beigefügten Figur dargestellten Ausführungsformen in weiteren Einzelheiten beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Bordversorgungssystems mit einer Brennstoffzelleneinheit und einem Verbrauchersystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei das Bordversorgungssystem als Teil einer Bordküche und in elektrisch leitender Verbindung mit einem konventionellen Notstromversorgungssystem ausgeführt ist.
Das in 1 gezeigte Bordversorgungssystem 10 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 20, ein Verbrauchersystem 100, ein Brennstoffreservoir 22 und eine Brennstoffzellensteuereinheit 28. Die Brennstoffzelleneinheit 20 umfasst eine Niedertemperatur(NT)-Brennstoffzelle 30 mit einem Luftkühlungseinlass 34 und einem Luftkühlungsauslass 36 und eine Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle 40 mit einem Luftkühlungseinlass 44 und einem Luftkühlungsauslass 46. Die NT- und die HT-Brennstoffzellen 30, 40 sind als Protonenaustausch- bzw. PEM(englisch: Proton Exchange Membrane)-Brennstoffzellen ausgebildet.
Das Verbrauchersystem 100 umfasst eine Heizeinrichtung 50 zum Erwärmen von Außenluft 92 in eine Flugzeugkabine, einen Warmwasserbereiter als ersten Verbraucher 110 von elektrischer Energie und Wärmeenergie, einen Heißluftofen als zweiten Verbraucher 120 von elektrischer Energie und Wärmeenergie, eine Kaffeemaschine als dritten Verbraucher 130 von ausschließlich elektrischer Energie, sowie ein Mikrowellengerät als vierten Verbraucher 140 von ausschließlich elektrischer Energie.
Die NT-Brennstoffzelle 30 weist einen Brennstoffeinlass 26 und die HT-Brennstoffzelle 40 einen Brennstoffeinlass 24 auf, zu denen Wasserstoffgas als Brennstoff aus dem Brennstoffreservoir 22 zugeführt wird. Die NT-Brennstoffzelle 30 weist ferner einen Oxidationsmittel- bzw. Luftkühlungseinlass 34 auf, der mit der Außenluft 92, insbesondere der unter Flugbedingungen kalten Außenluft 92, als Oxidationsmittel durch ein Außenluftzuführungssystem 90 in Fluidkommunikation verbunden ist, so dass die Außenluft 92 auch zur Luftkühlung der NT-Brennstoffzelle 30 zugeführt wird. Um eine ausreichende Zufuhr von Außenluft 92 als Oxidations- und als Luftkühlungsmittel zu gewährleisten, ist stromaufwärts in Bezug auf den Luftkühlungseinlass 34 eine Lüfter- bzw. Gebläseeinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die der Brennstoffzelle 30 ein Vielfaches der für die reine Oxidationsmittelversorgung erforderliche Luftmenge der Brennstoffzelle 30 zuführt.
Die Außenluft 92 wird durch ein Außenluftzuleitungssystem 90 des Flugzeugs (dem Luftkühlungseinlass 34) der NT-Brennstoffzelle 30 und (einem Zulufteinlass 58) der Heizeinrichtung 50 zugeführt.
Der Luftkühlungsauslass 36 der NT-Brennstoffzelle 30 ist mit dem Luftkühlungs- und Oxidationsmitteleinlass 44 der HT-Brennstoffzelle 40 in Fluidkommunikation verbunden. Auf diese Weise wird der HT-Brennstoffzelle 40 die durch die in der NT-Brennstoffzelle 30 erzeugte Wärmeenergie erwärmte Luft als Oxidationsmittel und als Kühlungsluft zugeführt.
Ein Gleichstrom(DC)-Hochspannungsbus 70 dient zum Übertragen bzw. Verteilen der von der Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugten elektrischen Energie an die Verbraucher 110, 120, 130, 140 von elektrischer Energie, d. h. das Bussystem 70 stellt die erforderliche elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Brennstoffzelleneinheit 20 und dem Verbrauchersystem 100 zum Übertragen der erzeugten elektrischen Energie bereit.
Ein Heißluftleitungsbussystem 80 dient zum Übertragen bzw. Verteilen der von der Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugten thermischen Energie bzw. Wärmeenergie in Form von Heißluft an die Verbraucher 110, 120 von Wärmeenergie und elektrischer Energie, d. h. das Bussystem 70 stellt die erforderliche Heißluftübertragungsleitung zwischen der Brennstoffzelleneinheit 20 und dem Verbrauchersystem 100 zum Übertragen der erzeugten Wärmeenergie in der Form von Heißluft bereit. Dazu ist das Heißluftleitungsbussystem 80 mit dem Luftauslass bzw. Luftkühlungsauslass 46 der HT-Brennstoffzelle 40 und mit den Heißlufteinlässen 114, 124 der Verbraucher 110, 120 des Verbrauchersystems 100 in Fluidkommunikation verbunden. Das Heißluftleitungsbussystem 80 führt die aus dem Luftkühlungsauslass 46 der HT-Brennstoffzelle 40 austretende Heißluft durch den Heißlufteinlass 114 dem Warmwasserbereiter (als erstem Verbraucher 110) und, quasi parallel dazu, durch den Heißluftlufteinlass 124 dem Heißluftofen (als zweitem Verbraucher 120) zu. Der Warmwasserbereiter (der erste Verbraucher 110) konsumiert die in der Form von Heißluft aus dem Heißluftleitungsbussystem 80 zugeführte Wärmeenergie zum Erwärmen von Wasser. Der Heißluftofen (der zweite Verbraucher 120) konsumiert Wärmeenergie in Form von Heißluft zum Erwärmen von in den Ofen eingebrachten Speisen. Die aus einem Luftauslass 116 des Warmwasserbereiters (erster Verbraucher 110) und die aus einem Luftauslass 126 des Heißluftofens (zweiter Verbraucher 120) ausströmende, immer noch relativ heiße Luft wird der Heizeinrichtung 50 durch deren Heizlufteinlass 54 zugeführt und noch dazu verwendet, um in der Heizeinrichtung 50 mittels eines darin enthaltenen Gaswärmetauschers (nicht gezeigt) Wärmeenergie an die der Flugzeugkabine zuzuführenden und zu erwärmenden Frischluft abzugeben.
Die Heizeinrichtung 50 dient dazu, die der Flugzeugkabine zuzuführende Frischluft (Außenluft 92) auf Raumtemperatur zu erwärmen. Dazu weist die Heizeinrichtung 50 einen Gaswärmetauscher (nicht gezeigt) zum Erwärmen von der der Flugzeugkabine zuzuführenden Frischluft (Außenluft 92) mittels der von den Verbrauchern 110 und 120 ausgelassenen und immer noch relativ heißen Luft und eine in der durchströmenden Frischluft angeordnete elektrische Heizeinrichtung 52 mit einem elektrischen Lastwiderstand zum zusätzlichen Erwärmen der durchströmenden Frischluft (Außenluft 92). Die dem Gaswärmetauscher der Heizeinrichtung 50 durch den Lufteinlass 54 zugeführte Warmluft wird nach Durchströmen des Gaswärmetauschers durch einen Luftauslass 56 ausgelassen und über eine Warmluftleitung ebenfalls dem Lufteinlass 44 der HT-Brennstoffzelle 40 zugeführt.
Die Brennstoffzelleneinheit 20 umfasst noch eine interne Brennstoffzellen-Steuereinheit 28 zum Steuern der Brennstoffzellen 30 und 40 sowie einen internen Niederspannungs-Gleichstrombus 60, der zum Ansteuern der Zellen 30 und 40 durch die Steuereinheit 28 dient, und der mit einem Stromausgang der NT-Brennstoffzelle 30, einem Steuerungs-Ein-/Ausgang 27 der Steuereinheit 28, einem Leistungseingang 47 der HT-Brennstoffzelle 40 und einem Leistungseingang 64 einer Stromspeicher(bzw. Akkumulator)-Einrichtung 62 in elektrisch leitender Kommunikation ist.
Die Brennstoffzelleneinheit 20 weist eine Akkumulatoreinrichtung 62 auf zum Zwischenspeichern bzw. Puffern von überschüssiger Gleichstrom-Niederspannungsenergie, die von NT-Brennstoffzelle erzeugt wird, bevor die zwischengespeicherte Energie der HT-Brennstoffzelle 40 zum Erwärmen zugeführt wird. Die Steuereinheit 28 umfasst insbesondere eine Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) zum Regeln der in dem Niederspannungs-Gleichstrombus 60 bereitgestellten Gleichstrom-Niederspannung bzw. dem in dem dort verfügbaren elektrischen Strom. Ein überschüssiger Teil der von der NT-Brennstoffzelle 30 erzeugten elektrischen Ausgangsleistung kann unter der Steuerung der Steuereinheit 28 durch den Niederspannungs-Gleichstrombus 60 der Akkumulatoreinrichtung 62 zugeführt und dort zwischengespeichert.
Unter der Steuerung der Steuereinheit 28 wird ein anderer Teil der von der NT-Brennstoffzelle 30 erzeugten elektrischen Ausgangsleistung, und falls möglich, ein Teil der in der Akkumulatoreinrichtung 62 gespeicherten Leistung (elektrische Energie) durch den Niederspannungs-Gleichstrombus 60 und den Leistungseingang 47 einer elektrischen Heizeinrichtung 48 in der HT-Brennstoffzelle 40 zugeführt, um die HT-Brennstoffzelle 40 auf ihre erhöhte Betriebstemperatur zu erwärmen. Dies geschieht zusätzlich zu der in der NT-Brennstoffzelle 30 erzeugten Wärmeenergie, die der HT-Brennstoffzelle 40 in Form von Warmluft über deren Luftkühlungseinlass 44 zugeführt wird.
In der Brennstoffzelleneinheit 20 dient die NT-Brennstoffzelle 30 dazu, die HT-Brennstoffzelle 40 auf deren minimaler Betriebstemperatur zu halten, die interne Steuerungs- bzw. Signalelektronik des Bordversorgungssystem 10 und/oder die der Bordküche sowie eventuelle (für die Brennstoffzelleneinheit 20 interne) lokale Verbraucher und die Steuereinheit 28 mit elektrischer Energie zu versorgen, und temporär überschüssig erzeugte elektrische Energie (in der Form von Gleichspannungs-Gleichstrom) in der Akkumulatoreinrichtung 62 zum Zwischenspeichern bereitzustellen. Die Ausgangsleistung der NT-Brennstoffzelle beträgt im Betrieb etwa 10% bis 20% der Ausgangsleistung der HT-Brennstoffzelle 40. Im Einklang mit der relativ niedrigeren Ausgangsleistung der NT-Brennstoffzelle 30 liegt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 30 auch unterhalb der berührbaren Spannung von etwa 60 V (Gleichspannung). Daher ist ein erhöhter Aufwand für die elektrische Isolation des Niederspannungs-Gleichstrombusses 60 und aller mit diesem in elektrischer leitfähiger Verbindung stehenden Elemente nicht erforderlich.
Der Gleichstrom-Hochspannungsbus 70 führt die von der HT-Brennstoffzelle 40 abgegebene elektrische Leistung (in Form einer Gleichstrom-Hochspannung und eines Gleichstroms) den elektrische Energie konsumierenden Verbrauchern 110, 120, 130 und 140 des Verbrauchersystems 100 zu. Zu den Verbrauchern elektrischer Energie gehören: der Warmwasserbereiter (erster Verbraucher 110), der eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Lastwiderstand 112 zur (in Bezug auf die Wärmeenergiezufuhr zusätzlichen) Erwärmung des Wassers aufweist, der Heißluftofen (zweiter Verbraucher 120), der eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Lastwiderstand 122 zum Erwärmen des Innenvolumens des Ofens, zusätzlichen zu der durch den Lufteinlass 124 über den Heißluftleitungsbus 80 zugeführten, von der HT-Brennstoffzelle 40 erzeugten Wärmeenergie in Form von Heißluft, die Kaffeemaschine (dritter Verbraucher 130), die ebenfalls eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Lastwiderstand 132 aufweist, und schließlich das Mikrowellengerät (vierter Verbraucher 140), das einen elektrisch betriebenen Mikrowellengenerator mit einem Lastwiderstand 142 aufweist.
Der erste, zweite, dritte und vierte Verbraucher 110, 120, 130 bzw. 140 ist jeweils gleichspannungstauglich, so dass sie den von der Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugten Gleichstrom direkt konsumieren können und ein Aufwand bzw. Verlustleistungen für die jeweilige Umwandlung in von den Verbrauchern zu konsumierende Wechselspannung erspart wird.
Bei einer herkömmlich betriebenen Brennstoffzelle bzw. PEM-Brennstoffzelle, die mit Luft als Oxidationsmittel versorgt wird, ist die Abluft theoretisch frei und in der Praxis nahezu frei von Sauerstoff. Aufgrund der stromaufwärts (des Luftkühlungseinlasses 34 der NT-Brennstoffzelle 30) der Brennstoffzelleneinheit 20 vorgesehenen Lüfter- bzw. Gebläseeinrichtung (nicht gezeigt) wird jedoch ein Vielfaches der für die Oxidationsmittelzufuhr zu den Brennstoffzellen 30 und 40 erforderlichen Luftmenge befördert bzw. zugeführt, so dass die Abluft der HT-Brennstoffzelle 40 der Brennstoffzelleneinheit 20 praktisch den gleichen Sauerstoffanteil wie die Außenluft 92 aufweist. Daher ist eine Leistungseinbuße der Brennstoffzellen 30 und 40 nicht zu erwarten. Durch die mittels der Lüftungs- bzw. Gebläseeinrichtung forcierte Luftzufuhr ist eine Effizienzsteigerung der NT- und der HT-Brennstoffzellen 30, 40 um bis zu 80% möglich.
Ein aufsummierter Leistungsbedarf der Bordküchengeräte (d. h. des ersten, zweiten, dritten und vierten Verbrauchers 110, 120, 130, 140) wäre relativ groß und beträgt für die in Flugzeugen üblichen Verbraucher bzw. deren Leistungsaufnahmen etwa 20 kW.
Diese vorgenannte Leistungsaufnahme würde für den Fall gelten, dass alle Verbraucher (d. h. der erste bis vierte Verbraucher 110 bis 140) die Leistungsaufnahme gleichzeitig benötigen. Die erforderliche Leistungsaufnahme muss jedoch nicht vollständig in der Form von elektrischer Ausgangsleistung der HT-Brennstoffzelle 40 geliefert werden. Zum einen kann Ausgangsleistung der HT-Brennstoffzelle 40 auch in Form von Wärmeenergie in Form von Heißluft von dem ersten und dem zweiten, zur Aufnahme von sowohl elektrischer Energie als auch Wärmeenergie ausgelegten Verbraucher 110 und 120 konsumiert werden. Zum anderen wird die maximal erforderliche Leistungsaufnahme der Verbraucher dadurch noch weiter verringert, dass den Verbrauchern von elektrischer Energie 110, 120, 130 und 140 eine gerätespezifische Priorität zugewiesen wird und dass die Verbraucher von elektrischer Energie 110 bis 140, gesteuert von einer ersten intelligenten Steuereinheit (nicht gezeigt) entsprechend der ihnen zugewiesenen Priorität und entsprechend vorbestimmter Regeln die benötigte elektrische Leistung zeitversetzt zueinander zugeführt wird. Mit einem gemäß der Prioritäten und der vorbestimmten Regeln optimierten Gerätemanagement ist eine Verringerung der von der Brennstoffzelleneinheit 20 (insbesondere von der HT-Brennstoffzelle 40) bereitzustellenden elektrischen Ausgangsleistung auf etwa 3,5 kW für die in einer Bordküche üblichen Verbraucher (Wassererwärmungseinrichtung 110, Heißluft-Ofen 120, Kaffeemaschine 130 und Mikrowelleneinrichtung 140) möglich.
Da die Abwärme der Brennstoffzellen 30 und 40 nur entsteht, wenn die Brennstoffzellen 30 bzw. 40 auch elektrische Energie erzeugen, werden zwei voneinander abhängige Energieformen, elektrische Energie und Wärmeenergie in Form von Heißluft in den Brennstoffzellen 30 und 40 simultan erzeugt. Entsprechend werden vermittels einer zweiten, durch eine zweite Steuereinheit (nicht gezeigt) realisierte, intelligente Steuerung die Verbraucher 110, 120, 130 und 140 so angesteuert, dass die Balance zwischen der in den Brennstoffzellen 30 und 40 erzeugten elektrischer Energie und der erzeugten Wärmeenergie dem dynamischen elektrochemischen Gleichgewicht im Betrieb der Brennstoffzellen 30 und 40 entspricht.
Wie aus der obigen Beschreibung der ersten bis vierten Verbraucher 110, 120, 130, 140 ersichtlich, bildet die Brennstoffzelleneinheit 20 zusammen mit dem Verbrauchersystem 100 einen integralen Teil einer Bordküche. In einem Flugzeug werden Bordküchen konstruktionsbedingt bei den Ausgängen und gegebenenfalls auch bei Notausgängen platziert. Auch sind in einem Flugzeug üblicherweise mindestens zwei Bordküchen vorgesehen. Daher ist es sinnvoll, dass die Brennstoffzelleneinheit 20 auch Aufgaben einer Notstromversorgung übernimmt. Weil mindestens zwei Bordküchen und damit mindestens zwei Brennstoffzelleneinheiten 20 in einem Flugzeug vorhanden sind, ist eine Redundanz (bezüglich der Brennstoffzelleneinheiten 20) für eine derartige Notstromversorgung gewährleistet. Daher kann im Prinzip auf eine konventionelle Notstromversorgung mit konventionellen Notstromerzeugungseinrichtungen mit dazugehörigen aufladbaren Batterien bzw. Akkumulatoren verzichtet werden.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist jedoch zum Bereitstellen von zusätzlicher Redundanz eine konventionelle Notstromversorgungseinrichtung 200 vorgesehen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das konventionelle Notstromversorgungssystem 200 einen statischen Invertierer 210, eine konventionelle Notstromversorgungseinheit (EPSU, englisch: Emergency Power Supply Unit) 220 und einen Akkumulator 230. Der statische Invertierer 210 ist einerseits mit dem Gleichstrom(DC)-Notstrombussystem 72 und andererseits mit einem Wechselstrom(AC)-Notstrombussystem 240, der von dem Notstromversorgungssystem 200 gespeist wird, verbunden und wandelt bzw. konvertiert die von dem konventionellen Notstromversorgungssystem 200 im AC-Notstrombussystem 240 bereitgestellte Wechselspannung in eine mit den Strom- und Spannungsverhältnissen in dem Gleichstrom-Notstrombussystem 72 verfügbaren Gleichspannung bzw. Gleichstrom.
Der Gleichstrom-Hochspannungsbus 70 des Bordversorgungssystems 10 ist durch ein erstes Busverbindungselement 74, das als mehrpolige Buchse ausgebildet sein kann, mit dem externen Gleichstrom(DC)-Notstrombussystem 72 in elektrisch leitfähiger Verbindung. Das bezüglich des Bordversorgungssystems 10 externe Gleichstrom-Notstrombussystem 72 weist ein zweites Busverbindungselement 76 auf, das komplementär (das heißt als Stecker bzw. als Buchse) zum ersten Busverbindungselement 74 des Bordversorgungssystems 10 ausgebildet ist, um über das Element 74 die elektrisch leitfähige Verbindung zu dem Gleichstrom(DC)-Hochspannungsbussystem 70 des Bordversorgungssystems 10 herzustellen. Das Gleichstrom-Notstrombussystem 72 stellt eine (elektrisch leitfähige) Verbindung zwischen dem (Gleichstrom(DC)-Hochspannungsbussystem 70 des) Bordversorgungssystem 10 und dem konventionellen Notstromversorgungssystem 200 bereit.
In einer Notsituation, die mit einem Ausfall konventioneller Stromversorgungseinheiten, wie etwa triebwerksangetriebener Generatoren, Notstromversorgungseinheiten 220, APU und RAT und Funktion?) wird die von den mindestens zwei an Bord vorhandenen Brennstoffzelleneinheiten 20 erzeugte elektrische Energie für die Notstromversorgung zur Verfügung stehen. Konventionell wird die in Notsituationen benötigte Energie aus Batterien bzw. Akkumulatoren bereitgestellt. Aufgrund des hohen Gewichts von Batterien bzw. Akkumulatoren können diese nun kleiner dimensioniert und damit eine Gewichtseinsparung erzielt werden. Um zu ermöglich, dass in der Notstromversorgungseinheiten 220 auf Batterien bzw. Akkumulatoren vollständig verzichtet werden kann, kann die Brennstoffzelleneinheit 20 so dimensioniert werden, dass der für das Verbrauchersystem 100 bzw. die Bordküche und der für den Fall einer Notlandung erforderliche Notstrom im Voraus kalkuliert und bei der Dimensionierung der elektrischen Ausgangsleistung der (zwei oder mehreren) Brennstoffzelleneinheit 20 und dem Vorratsvolumen des Brennstoffreservoirs 22 berücksichtigt wird.
Konventionelle Bordküchen werden von mit den Triebwerken gekoppelten Generatoren mit elektrischer Leistung versorgt. Die dafür benötigten Kabelverbindungen zwischen den Triebwerksgeneratoren und der Bordküche bzw. deren Verbraucher sind wegen der erforderlichen großen Leitungsquerschnitte relativ gewichtsintensiv. Bei dem in 1 gezeigten Bordversorgungssystem 10 ist das Energieversorgungssystem, d. h. die Brennstoffzelleneinheit 20, autark und in unmittelbarer Umgebung des Verbrauchersystems 100 (der elektrischen Verbraucher 110, 120, 130 und 140) angeordnet. Die elektrischen Verbindungen, d. h. das Gleichstrom-Hochspannungsbussystem 70 und der Niederspannungs-Gleichstrombus 60, sind daher vergleichsweise kurz und gewichtsmäßig vergleichsweise leicht ausgeführt, so dass im Vergleich zu einer konventionellen Stromerzeugung aus Triebwerksgeneratoren für das Flugzeug eine weitere Gewichtsreduzierung erzielt wird.
Bei einem Verlust des Kabinendrucks nimmt der Sauerstoffanteil der der Brennstoffzelleneinheit 20 zuführbaren Außenluft und damit auch die Leistung der Brennstoffzellen 30 und 40 ab. Bei einer Flughöhe von beispielsweise 50.000 Fuß werden die Brennstoffzellen 30, 40 nur circa 20% ihrer Nennleistung, entsprechend dem üblichen Sauerstoffgehalt von Außenluft auf Flughöhe entspricht, liefern. Die Brennstoffzelleneinheit 20 ist so dimensioniert, dass die von der HT-Brennstoffzelle 40 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung im Zusammenspiel der zwei oder mehr an Bord vorgesehenen Brennstoffzelleneinheiten 20 (bzw. der zwei oder mehr vorhandenen HT-Brennstoffzellen 40) ausreichend für einen Notbetrieb ist.
Bezugszeichenliste

10: Bordversorgungssystem
20: Brennstoffzelleneinheit
22: Brennstoffreservoir
24: erste Brennstoffzufuhr
26: zweite Brennstoffzufuhr
30: NT-Brennstoffzelle
34: Luftkühlungseinlass
36: Luftkühlungsauslass
40: HT-Brennstoffzelle
44: Luftkühlungseinlass
46: Luftkühlungsauslass
50: Heizeinrichtung
52: elektrische Heizung bzw. Lastwiderstand
54: Lufteinlass
56: Luftauslass
58: Zulufteinlass
60: Niederspannungs-Gleichstrombus
62: Akkumulatoreinrichtung
64: Leistungseingang
70: Gleichstrom(DC)-Hochspannungsbussystem
72: Gleichstrom(DC)-Notstrombussystem
74: erstes Busverbindungselement
76: zweites Busverbindungselement
80: Heißluftleitungsbussystem
90: Außenlluftzuleitungssystem
92: Außenluft
100: Verbrauchersystem
110: erster Verbraucher von Wärmeenergie und elektrischer Energie
112: elektrische Heizeinrichtung bzw. Lastwiderstand
114: Lufteinlass
116: Luftauslass
120: zweiter Verbraucher von Wärmeenergie und elektrischer Energie
122: elektrische Heizeinrichtung bzw. Lastwiderstand
124: Lufteinlass
126: Luftauslass
130: dritter Verbraucher von elektrischer Energie
132: elektrische Heizeinrichtung bzw. Lastwiderstand
140: vierter Verbraucher von elektrischer Energie
142: Mikrowellengenerator bzw. Lastwiderstand
200: Notstromversorgungssystem
210: statischer Invertierer
220: Notstromversorgungseinheit
230: Akkumulator
240: Wechselstrom(AC)-Notstrombussystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004058430 A1 [0004]
DE 102007017820 A1 [0004]
DE 102007054291 A1 [0004]
DE 102008006742 A1 [0004]
DE 102008062038 A1 [0004]
US 2009/0104493 A1 [0004]
US 2010/0193629 A1 [0004]
EP 2213571 A2 [0004, 0006]

Claims

Bordversorgungssystem (10) zum Einsatz in einem Flugzeug, mit: einer Brennstoffzelleneinheit (20) zum Erzeugen von elektrischer Energie und Wärmeenergie, und mindestens einem Verbrauchersystem (100), wobei die Brennstoffzelleneinheit (20) dazu ausgebildet ist, die Wärmeenergie in der Form von Heißluft abzugeben, und das Verbrauchersystem (100) dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie und die Wärmeenergie in der Form von Heißluft aufzunehmen.
Bordversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (20) mindestens eine Niedertemperatur(NT)-Brennstoffzelle (30) und mindestens eine Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle (40) umfasst, dass die NT-Brennstoffzelle (30) und die HT-Brennstoffzelle (40) dazu ausgebildet sind, im Betrieb mittels Luftkühlung auf ihre jeweilige Betriebstemperatur reguliert zu werden, und dass ein Luftkühlungseinlass (44) der HT-Brennstoffzelle (40) mit einem Luftkühlungsauslass (36) der NT-Brennstoffzelle (30) in Fluidkommunikation verbunden ist.
Bordversorgungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkühlungsauslass (46) der HT-Brennstoffzelle (40) mit einem Heißlufteinlass (114, 124) von mindestens einem Verbraucher (110, 120) von Wärmeenergie in Form von Heißluft des Verbrauchersystems (100) in Fluidkommunikation verbunden ist.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlungslufteinlass (34) der NT-Brennstoffzelle (30) mit der Außenluft (92) des Flugzeugs in Fluidkommunikation verbunden ist.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Heizeinrichtung (50) aufweist, die dazu ausgebildet ist, im Betrieb in eine Flugzeugkabine einzulassende Luft zu erwärmen.
Bordversorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (50) einen Lufteinlass (54) aufweist, der mit einem Luftauslass (116, 126) des mindestens einen Verbrauchers (110, 120) von Wärmeenergie in Form von Heißluft des Verbrauchersystems (100) in Fluidkommunikation verbunden ist.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner gekennzeichnet durch eine die Brennstoffzelleneinheit (20) des Bordversorgungssystems umfassende Notstromversorgungseinrichtung.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbraucher (110, 120, 130, 140) des Verbrauchersystems (100) dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in der Form von Gleichstrom aufzunehmen.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile desselben, insbesondere die Brennstoffzelleneinheit (20) und das Verbrauchersystem (100), zu einer ersten Bordküche (10) zum Einsatz in dem Flugzeug gehören.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrauchersystem (100) mindestens einen Verbraucher (130, 140) von elektrischer Energie und mindestens einen Verbraucher (110, 120) von Wärmeenergie in der Form von Heißluft umfasst, und dass das Bordversorgungssystem eine erste Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, den Verbraucher (110, 120, 130, 140) von elektrischer Energie bzw. den Verbraucher von Wärmeenergie (110, 120) so mit elektrischer Energie bzw. Wärmeenergie in der Form von Heißluft zu versorgen, wie es dem dynamischen elektrochemischen Gleichgewicht zwischen der im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (20) erzeugten elektrischen Energie bzw. Wärmeenergie in der Form von Heißluft entspricht.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrauchersystem (100) zwei oder mehr Verbraucher (110, 120, 130, 140) von elektrischer Energie umfasst, dass das Bordversorgungssystem (100) eine zweite Steuereinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit (20) erzeugte elektrische Energie den zwei oder mehr Verbrauchern (110, 120, 130, 140) zeitversetzt zueinander zuzuführen.
Bordversorgungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die von der Brennstoffzelleneinheit (20) abgegebene elektrische Energie den zwei oder mehr Verbrauchern (110, 120, 130, 140) gemäß vorbestimmter Prioritäten, die den jeweiligen Verbrauchern (110, 120, 130, 140) zugeordnet sind, und gemäß vorbestimmter Regeln bezüglich der Versorgung der Verbraucher zeitversetzt zueinander zuzuführen.
Bordversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Gleichstrom-Hochspannungsbussystem (70), das den Stromausgang der HT-Brennstoffzelle (40) mit den zwei oder mehr Verbrauchern (110, 120, 130, 140) von elektrischer Energie des Verbrauchssystems (100) elektrisch leitend verbindet.
Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Bordversorgungssysteme (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
Flugzeug nach Anspruch 14, dadurch kennzeichnet, dass es mindestens zwei Bordküchen aufweist, von denen jede ein Bordversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Flugzeug nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch ein konventionelles Notstromversorgungssystems (200) mit einem statischen Invertierer (210), eine konventionelle Notstromversorgungseinheit (220) und ein konventionelles Wechselstrom-Notstrombus(AC)-Notstromsystem (240).
Flugzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das konventionelle Notstromversorgungssystem (200) über ein Gleichstrom-Notstrombussystem (72) elektrisch leitend (74, 76) mit dem Gleichstrom-Hochspannungsbus (70) des Bordversorgungssystems (10) verbunden ist.
Flugzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Invertierer (210) zwischen dem konventionellen Wechselstrom-Notstrombussystem (240) und dem Gleichstrom-Notstrombussystem (72) angeordnet und dazu ausgebildet ist, die Wechselspannung und den Wechselstrom in dem konventionellen Wechselstrom-Notstrombussystem (240) in die Gleichspannung und den Gleichstrom des Gleichstrom-Notstrombussystems (72) umzuwandeln.