DE102012002131A1 - Notfallversorgungssystem für ein Verkehrsmittel,Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung und zum Unterdrücken von Feuer und Flugzeug mit einem Notfallversorgungssystem - Google Patents

Notfallversorgungssystem für ein Verkehrsmittel,Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung und zum Unterdrücken von Feuer und Flugzeug mit einem Notfallversorgungssystem Download PDF

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Abstract

Ein Notfallversorgungssystem für ein Verkehrsmittel weist mindestens eine Brennstoffzelle, einen Wasserstofftank, einen Sauerstofftank, einen Löschmittelbehälter, eine Oxidanszufuhreinheit und eine Löschmittelzufuhreinheit auf. Die Oxidanszufuhreinheit weist einen mit dem Sauerstofftank verbindbaren Sauerstoffeingang, einen mit einer Luftquelle verbindbaren Lufteingang und einen mit einem Oxidanseinlass der Brennstoffzelle verbundenen Oxidansausgang auf. Die Oxidanszufuhreinheit ist dazu eingerichtet, entweder Sauerstoff aus dem Sauerstoffeingang oder Luft aus dem Lufteingang an den Oxidansausgang zu leiten. Die Löschmittelzufuhreinheit weist einen mit einem Abluftausgang der Brennstoffzelle verbundenen ersten Löschmitteleingang, einen mit dem Löschmittelbehälter verbundenen zweiten Löschmitteleingang und einen Löschmittelausgang auf, der mit einer Löschmitteleinlasseinheit mindestens eines Raums des Verkehrsmittels verbindbar ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Notfallversorgungssystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung und zum Unterdrücken von Feuer und ein Flugzeug.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Größere Verkehrsflugzeuge weisen eine Vielzahl von unterschiedlichen Systemen auf, die gemäß der Kritikalität der von Ihnen bereitgestellten Funktionen mehr oder weniger redundant ausgeführt sind. Weiterhin sind Systeme vorgesehen, die in einem Notfall etwa die Sauerstoffversorgung von Passagieren oder das Hemmen oder Löschen von Feuer in einem abgeschlossenen Raum des Flugzeugs sicherstellen.
  • Das Bereitstellen einer kontinuierlichen Stromversorgung an Bord eines Flugzeugs ist beispielsweise so elementar, dass eine sehr hohe Zuverlässigkeit durch Kombination mehrerer Stromversorgungssysteme erreicht wird. Neben dem Betrieb von triebwerksgetriebenen Generatoren weisen Flugzeuge heutzutage für den Notfall eine stauluftgetriebene Turbine (sogenannte Ram Air Turbine, RAT) auf, welche entweder hydraulische Leistung und über einen hydraulischen Kreislauf den Antrieb eines Generators bereitstellen oder direkt einen Generator antreiben kann. Eine Stauluftturbine ist häufig im Bereich einer Flügel-Rumpf-Verkleidung angeordnet und wird im Notfall aus einem verschließbaren Fach in die Strömung ausgeklappt. Bei Zulassungsflügen ist oft zu beobachten, dass durch das Auftreffen von Steinen Turbinenblätter der Stauluftturbine beschädigt werden können. Weiterhin ist die Leistung der Stauluftturbine deutlich von der Fluggeschwindigkeit abhängig, so dass für Landeanflüge beim Ausfall von durch Triebwerksgeneratoren hergestellter elektrischer Leistung zusätzlich notwendig ist, eine Batterie einzusetzen. Letztlich wird hierdurch ein nicht unbeträchtliches Wartungspotential geschaffen, welches deutliche Kosten nach sich zieht.
  • Alternativ existieren für modernere Verkehrsflugzeuge weiterhin Konzepte für Brennstoffzellensysteme, bei denen ausschließlich aus dedizierten Tanks unabhängig von Triebwerken Sauerstoff und Wasserstoff geliefert wird. DE 10 2005 010 399 B4 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem außenluftunabhängigen Brennstoffzellensystem, welches eine Brennstoffzelle, einen Wasserstofftank, einen Sauerstofftank und eine Leistungsverteilungseinheit aufweist und beim Normalbetrieb inaktiv bleibt.
  • Um einem Feuer oder einer Brandgefährdung im Flugzeug adäquat zu begegnen, weisen Verkehrsflugzeuge üblicherweise ein Halon basiertes Feuerlöschsystem auf. Wird ein Brand im Frachtraum detektiert, wird Halon in diesen eingeleitet, was zum Unterdrücken des Feuers und dessen Verhinderung bis zum Ende der Flugmission führt. Während dieser Zeit muss die Leckage des Frachtraum durch das Brandunterdrückungssystem aufgefangen werden, bei längeren Flugmissionen durch sogenannte „Flow Metering Bottles”, welche dafür sorgen, dass das durch die Leckage verloren geht, kompensiert wird. DE 10 2010 025 054 A1 offenbart etwa ein Feuerlöschsystem für ein Flugzeug, das einen Löschmittelspeicher mit einem aktivierbaren Verschlussmittel aufweist. Zum Löschen/Unterdrücken von Bränden hat Halon, etwa Halon 1301, eine besonders gute Wirksamkeit. Aufgrund der Einstufung als ein Klima beeinträchtigender Stoff und einer Ozon abbauenden Wirkung ist die Herstellung von Halon 1301 durch das Montreal-Protokoll verboten.
  • Alternativ dazu existieren Konzepte, Abluft aus Brennstoffzellen zu nutzen, um einen Raum in einem Verkehrsmittel zu inertisieren und kleinere Brände zu unterdrücken. DE 10 2005 053 694 beschreibt etwa ein Brennstoffzellensystem zum Löschen von Bränden in einem Flugzeug, wobei die Brennstoffzelle zum Generieren von Stickstoff angereicherter Luft verwendet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Fähigkeit, Brände an Bord eines Verkehrsmittels mit sauerstoffabgereicherter Luft in Form von Brennstoffzellenabluft zu bekämpfen, ist besonders von der Größe des Raumes und der Leistung der eingesetzten Brennstoffzelle abhängig. Für einen großen Frachtraum eines Flugzeugs, könnte es eher unpraktikabel sein, ausschließlich auf die Brand löschende Wirkung von sauerstoffabgereicherter Abluft einer Brennstoffzelle zu vertrauen. Die einzubringende Menge an sauerstoffabgereicherter Luft, um die erforderliche Schutzatmosphäre innerhalb von ein bis zwei Minuten in dem Frachtraum aufzubauen, ist mit einem Brennstoffzellensystem nur unwirtschaftlich zu erzeugen. Die Brennstoffzelle müsste eine beträchtliche Nennleistung aufweisen, um rasch eine ausreichende Menge Abluft in den ersten Minuten zu generieren. Daher wird es primär für die Langzeitunterdrückung von Brandherden verwendet.
  • Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, ein Notfallversorgungssystem für ein Verkehrsmittel vorzuschlagen, das ein besonders zuverlässiges Hemmen bzw. Löschen von Feuer in einem in dem Rumpf des Verkehrsmittels ausgebildeten Raum ermöglicht, wobei das Notfallversorgungssystem ein möglichst geringes zusätzliches Gewicht aufweisen und möglichst auf Halon verzichten sollte.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Notfallversorgungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
  • Das Notfallversorgungssystem weist in einer vorteilhaften Ausführungsform mindestens eine Brennstoffzelle, einen Wasserstofftank, einen Sauerstofftank, einen Löschmittelbehälter, eine Oxidanszufuhreinheit und eine Löschmittelzufuhreinheit auf. Die Oxidanszufuhreinheit weist einen mit dem Sauerstofftank verbindbaren Sauerstoffeingang, einen mit einer Luftquelle verbindbaren Lufteingang und einen mit einem Oxidanseinlass der Brennstoffzelle verbundenen Oxidansausgang auf. Die Oxidanszufuhreinheit ist dazu eingerichtet, in einem ersten Betriebsmodus des Notfallversorgungssystems als Notstromaggregat Sauerstoff aus dem Sauerstoffeingang und in einem zweiten Betriebsmodus als Feuerlöschvorrichtung Luft aus dem Lufteingang an den Oxidansausgang zu leiten. Die Löschmittelzufuhreinheit weist einen ersten Löschmitteleingang, einen mit dem Löschmittelbehälter verbundenen zweiten Löschmitteleingang und mindestens einen Löschmittelausgang auf, der mit einem Löschmitteleinlass mindestens eines Raums des Verkehrsmittels verbindbar ist. Die Löschmittelzufuhreinheit ist dazu eingerichtet, in dem ersten Betriebsmodus den Abluftausgang der mindestens einen Brennstoffzelle ausschließlich mit einer Abführöffnung und in dem zweiten Betriebsmodus ausschließlich mit dem ersten Löschmitteleingang zu verbinden.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Notfallversorgungssystems liegt darin, dass mit Hilfe einer Brennstoffzelle sowohl eine Notfallstromversorgung als auch mit in einem Brennstoffzellenprozess generierter weitestgehend inerter Abluft in Kombination mit einem zusätzlichen Löschmittel eine Feuerlösch- bzw. Feuerunterdrückungsvorrichtung bereitstellen kann und durch Kombination dieser Funktionen deutlich Gewicht eingespart wird. Zur Versorgung der Brennstoffzelle mit den zum Betrieb notwendigen Edukten ist die Oxidanszufuhreinheit mit einem Oxidanseinlass der Brennstoffzelle verbunden und erhält entweder Sauerstoff oder Luft. Zusätzlich ist ein Abluftausgang der Brennstoffzelle mit der Löschmittelzufuhreinheit verbunden, um die anfallenden Produkte der Brennstoffzelle entweder aus dem Verkehrsmittel abzuführen oder zum Unterdrücken eines Feuers zu verwenden. Das Notfallversorgungssystem weist demnach zwei grundsätzlich verschiedene Betriebsmodi auf, die im Detail im Folgenden erläutert werden.
  • Im Falle des Ausfalls von Triebwerken bzw. Triebwerksgeneratoren, etwa wenn es sich bei dem Verkehrsmittel um ein Flugzeug handelt, das durch eine Wolke mit vulkanischer Asche fliegt und ein „Engine Relight Manoeuvre” initiieren muss, kann dementsprechend die Brennstoffzelle in Betrieb genommen werden, um ausreichend elektrische Leistung zum Betrieb der wichtigsten Systeme zu erlauben. Dies repräsentiert den ersten Betriebszustand. In diesem muss zum autarken Betrieb eine Versorgung mit Sauerstoff und Wasserstoff aus dedizierten Tanks realisiert werden, da in einem Notfall nicht mit einer alternativen Luftquelle gerechnet werden kann. Da das System mit reinem Sauerstoffbetrieben wird, entsteht lediglich reines Wasser, das etwa über eine Abfuhröffnung von Bord des Verkehrsmittels geleitet werden kann.
  • Wird innerhalb eines zu schützenden Raumes des Verkehrsmittels Rauch bzw. Feuer detektiert, wird das Notfallversorgungssystem in einen zweiten Betriebsmodus versetzt, so dass eine Brennstoffzelle in Betrieb gesetzt wird und neben elektrischer Leistung auch eine weitestgehend sauerstoffabgereicherte Abluft bereitstellt. Die Sauerstoffversorgung wird dabei mit Luft aus der Luftquelle gewährleistet, die üblicherweise zu 78% aus Stickstoff und zu 21% aus Sauerstoff besteht. Nach Durchlaufen des Brennstoffzellenprozesses wird Abluft mit einem deutlich verringerten Sauerstoffgehalt abgegeben, so dass die Abluft von seiner Feuerlöschwirkung einem Inertgas sehr nahe kommt. Grundsätzlich kann, wenn das Verkehrsmittel ein Flugzeug ist, Zapfluft als Luftquelle eingesetzt werden. Eine klimatisierte Kabine des Verkehrsmittels erfordert weiterhin einen steten Luftaustausch, wobei auch die aus der Kabine abgeführte Luft für den Betrieb der Brennstoffzelle geeignet ist. Die Löschmittelzufuhreinheit nimmt diese Abluft auf und kann sie als Löschmittel in einen in dem Verkehrsmittel ausgebildeten Raum einleiten. Während der Anlaufphase der Brennstoffzelle sowie während ihres normalen Betriebs stehen der Löschmittelzufuhreinheit grundsätzlich sowohl Abluft der Brennstoffzelle als auch ein zusätzliches Löschmittel aus einem Löschmittelbehälter bereit.
  • Die für die Brennstoffzelle verwendete Luft aus der Luftquelle muss zum Schutz der Brennstoffzelle entsprechend aufbereitet bzw. konditioniert sein, so dass ein moderater Druck, eine moderate Temperatur und eine notwendige Reinheit vorliegen. In einem Flugzeug könnte der Druck etwa bei 1 bar liegen. Ein damit generierter Luftmassenstrom muss zudem noch einem notwendigen Zuverlässigkeitsanspruch eines Feuerlösch- oder Feuerunterdrückungssystems genügen.
  • Die Löschmittelzufuhreinheit weist besonders vorteilhaft mindestens ein von außen ansteuerbares Löschmittelventil auf, das einen Löschmittelstrom in Form von Abluft der Brennstoffzelle, des Löschmittels aus dem Löschmittelbehälter oder beider Stoffe gemeinsam an dem mindestens einen Löschmittelausgang erlaubt. Zum unmittelbaren Löschen eines akuten Feuers in einem Frachtraum könnte beispielsweise entweder ein hoher Volumenstrom von sauerstoffabgereicherter Abluft der Brennstoffzelle oder ein hoher Volumenstrom des alternativen Löschmittels in den Frachtraum geleitet werden, alternativ dazu auch ein Gemisch aus beiden Stoffen, wobei die Teilvolumenströme dann jeweils niedriger sein können. Ein solches Konzept, bei dem durch Unterstützung während des Hochfahrens der Brennstoffzelle bereits unmittelbar ein hoher Volumenstrom eines Löschmittels bereitgestellt wird, kann als „Knock-Down System” bezeichnet werden. Zum Kontrollieren einer Brandgefährdung kann der betreffende Raum inertisiert werden, wobei dann ein hoher, mittlerer oder niedriger Volumenstrom sauerstoffabgereicherter Luft ausreichen kann, je nach Größe und Dichtigkeit des Raums und der Wahrscheinlichkeit einer Feuerentstehung. Ein solches Konzept kann als „Inerting System” bezeichnet werden.
  • Die anfallende elektrische Leistung, die während der Inertisierung oder der Feuerlöschung eines Frachtraums entsteht, kann zur Entlastung von Triebwerksgeneratoren in ein elektrisches Netzwerk geleitet, zum Laden einer Batterie oder an einen Blindverbraucher geleitet werden.
  • Die beiden verschiedenen Betriebsmodi erfordern demnach eine Umschaltung einer Sauerstoffversorgung zwischen einer reinen Sauerstoffversorgung mit Sauerstoffaus einem Sauerstofftank zum Bereitstellen eines Notstroms bei Ausfall von primären Stromquellen und einer luftbasierten Sauerstoffversorgung zum Bereitstellen eines Inertgases zum Löschen von Bränden oder zum Inertisieren von Räumen in dem Verkehrsmittel.
  • Die Auslegung der Brennstoffzelle sollte grundsätzlich so erfolgen, dass auf jeden Fall die geforderte Nennleistung als Notstromaggregat erreicht wird. In der nachfolgenden Tabelle werden unterschiedliche Auslegungskonzepte dargestellt. Wird als Feuerlöschvorrichtung eine „Knock-Down”-Funktion eingesetzt, ist ein hoher anfänglicher Volumenstrom an Abluft einer Brennstoffzelle notwendig, wenn kein alternatives Löschmittel eingesetzt wird (Konzept I). Ist die Nennleistung der Brennstoffzelle als Notstromaggregat ausreichend groß, könnte die Brennstoffzelle einen solchen Volumenstrom bereitstellen. Reicht diese nicht aus, könnte durch eine Kombination mit einem alternativen Löschmittel der erforderliche Volumenstrom auf ein moderates Niveau gesenkt werden (Konzept III). Ist die notwendige Nennleistung der Brennstoffzelle für einen Betrieb als Notstromaggregat allerdings in einer solchen Größenordnung, die einen hohen oder moderaten Volumenstrom an Abluft nur durch starke Überdimensionierung ermöglichen würde, könnte gemäß Konzept II eine Knock-Down-Funktion ausschließlich durch das alternative Löschmittel realisiert werden. Der erforderliche Volumenstrom für eine Inertisierung eines Raums, etwa um den Schwund an Löschmittel durch Leckagen auszugleichen, ist recht gering und könnte beispielhaft für die Frachträume eines Flugzeugs des Typs AIRBUS A320 zwischen 20 und 30 l/s betragen.
    Knock-Down Inertisierung
    I Abluft Abluft
    II Löschmittel Abluft
    III Löschmittel + Abluft Abluft
    Hoher + mittlerer Volumenstrom Niedriger Volumenstrom
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lufteinlass der mindestens einen Oxidanszufuhreinheit mit einem Kabinenabluftanschluss des Verkehrsmittels verbunden. Wie vorangehend erwähnt muss ohnehin ein Teil der Kabinenluft aus dem Flugzeug zum Erhalten einer kontinuierlichen Luftqualität herausgeführt werden. Diese dennoch ausreichend sauerstoffhaltige Luft kann zum Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle genutzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lufteingang der Oxidanszufuhreinheit mit mindestens einer Zapfluftquelle des Verkehrsmittels verbunden. Zum Schutz der Brennstoffzelle ist erforderlich, eine Zapfluftquelle zu verwenden, die Luft mit einer moderaten Temperatur und einem moderaten Druck bereitstellt. Es bietet sich demnach an, eine Zapfluftquelle mit vorgekühlter Zapfluft einzusetzen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lufteingang der Oxidanszufuhreinheit mit einer Frischluftzufuhrleitung eines Klimatisierungssystems des Verkehrsmittels verbunden. Ein Kabinenluftanschluss kann auch eine Leitung in einem Dreiecksbereich sein, von einer Rezirkulationsleitung abzweigen oder mit Hilfe eines Gebläses realisiert sein, dass Kabinenluft zu dem fördert. Falls erforderlich sind Verdichter zum Erreichen eines brauchbaren Druckniveaus für die Brennstoffzelle einzusetzen. Damit wird eine moderat temperierte und aufbereitete Frischluft für einen optimalen Betrieb der Brennstoffzelle bereitgestellt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Regeleinheit vorgesehen, die mit der mindestens einen Brennstoffzelle, der Oxidanszufuhreinheit und der Löschmittelzufuhreinheit verbunden ist. Die Regeleinheit ist dazu eingerichtet, beim Empfangen eines Signals unmittelbar den Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zu initiieren und die für den jeweiligen Betriebszustand notwendigen Verbindungen der Oxidanszufuhreinheit und der Löschmittelzufuhreinheit initiiert. Das Signal könnte beispielsweise von einem Feuerdetektor oder einem Rauchdetektor stammen, der in dem zu überwachenden Frachtraum angeordnet ist. Alternativ kann das Signal auch über einen Schalter aus einem Cockpit des Verkehrsmittels initiiert werden, etwa von einem Piloten nach Erhalt eines optischen oder akustischen Alarms.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Regeleinheit dazu eingerichtet, in dem zweiten Betriebsmodus unmittelbar eine erste Menge eines Löschmittels über die Löschmittelzufuhreinheit aus dem Löschmittelbehälter an den Löschmittelausgang zum raschen Ersticken eines Brandes strömen zu lassen. Damit kann beispielsweise der Frachtraum weitestgehend mit einem Löschmittel, beispielsweise Halon 1301, Kohlendioxid, Argon oder Stickstoff ausgefüllt werden, wobei durch nachträgliches Einleiten von sauerstoffabgereicherter Abluft aus der Brennstoffzelle eine Leckage und/oder gravitationsbedingte Schichtungen des Löschmittels zur Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre ausgeglichen wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Verdichter an dem Lufteinlass der Oxidanszufuhreinheit zum Verdichten von Luft aus der Luftquelle angeordnet. Wird Luft aus einer Kabine oder einem anderen Raum innerhalb des Verkehrsmittels entnommen, kann der für die Brennstoffzelle genutzte Druck durch den Verdichter erhöht werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ferner eine Wasserquelle vorhanden, die mit einer Zerstäubungseinrichtung verbunden ist, wobei die Zerstäubungseinrichtung dazu eingerichtet ist, zerstäubtes Wasser in den Raum des Verkehrsmittels zu leiten. Die Regeleinheit ist beispielsweise dazu eingerichtet, nach Empfangen eines entsprechenden Signals die Zerstäubungseinrichtung in Betrieb zu nehmen und durch den Löschmittelstrom aus dem Löschmittelausgang bereitzustellen. Damit kann eine hervorragende Kühlung erreicht werden, wobei bei der Verwendung von sauerstoffabgereicherter Luft oder einem anderen gasförmigen Löschmittel zum Einleiten des zerstäubten Wassers auch gleichzeitig ein Ersticken des Feuers erfolgt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Zerstäubungseinrichtung mit einem Treibgastank zum Einleiten von Treibgas zum Zerstäuben von Wasser verbunden. Damit kann auf einfache Weise eine sehr effektive Wasserzerstäubung für einen ausreichenden Zeitraum generiert werden, ohne dass ein übermäßig großer Treibgastank erforderlich ist. Die Zerstäubungseinrichtung kann dabei etwa direkt in dem Raum angeordnet sein. Bei mehreren Räumen in dem Verkehrsmittel könnten auch mehrere Zerstäubungseinrichtungen vorgesehen sein, die jeweils mit einem Wassertank und einem Treibgastank ausgerüstet sind.
  • In einer ebenso vorteilhaften Ausführungsform ist die Zerstäubungseinrichtung mit dem mindestens einen Löschmittelausgang zum Einleiten von gasförmigem Löschmittel zum Zerstäuben von Wasser verbunden. Das zerstäubte Wasser kann demnach ohne zusätzliches Treibgas generiert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform gibt die Zerstäubungseinrichtung zerstäubtes Wasser zwischen dem mindestens einen Löschmittelausgang und dem mindestens einen Löschmitteleingang eines Raums in eine Löschmittelleitung. Damit wird zentral Wasser auch zur Verwendung in mehreren Räumen zerstäubt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Pufferspeicher an dem Abluftausgang der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnet, so dass dort generierte sauerstoffabgereicherte Abluft in dem Pufferspeicher gespeichert werden kann. Dies bietet sich besonders dann an, wenn vor Einleiten der sauerstoffabgereicherten Abluft der Brennstoffzelle in den betreffenden Raum des Verkehrsmittels ein Löschen oder Unterdrücken eines Brandes durch ein anderes Löschmittel erfolgt. Die Löschmittelzufuhreinheit ist bei diesem Konzept vorteilhaft zunächst auf das Leiten von Löschmittel aus dem Löschmitteltank in den Raum eingestellt, während die in der bereits in Betrieb genommenen Brennstoffzelle generierte Abluft ausschließlich in den Pufferspeicher geleitet wird, Ist das Einleiten des Löschmittels in den Raum beendet, kann die Löschmittelzufuhreinheit auf das Leiten von sauerstoffabgereicherter Abluft umgestellt werden, um dann primär den bereits teilweise gefüllten Pufferspeicher in den Raum zu entleeren. Hiermit wird ein kontinuierlicher Volumenstrom sichergestellt und die Geschwindigkeit, mit der ein Löschvorgang durchgeführt wird, erhöht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Löschmittelzufuhreinheit dazu eingerichtet, gleichzeitig das Löschmittel aus dem Löschmitteltank und sauerstoffabgereicherte Luft aus dem Abluftausgang der mindestens einen Brennstoffzelle in den Raum zu leiten. Damit kann ebenfalls ein höherer Volumenstrom erreicht werden und die Bekämpfung des Brandes bzw. die Inertisierung des betreffenden Raums kann beschleunigt werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verkehrsmittel mit einem Rumpf, mindestens einem darin ausgebildeten Raum, sowie einem Notfallversorgungssystem wie vorangehend beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Leistung und zum Unterdrücken von Feuer in einem Verkehrsmittel, bei dem ein Notfallversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle in zwei Betriebszustände versetzbar ist, wobei der erste Betriebszustand zum Bereitstellen elektrischer Leistung vorgesehen ist und im Wesentlichen die Schritte des Umschaltens einer Oxidanszufuhreinheit zum Versorgen der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus einem Sauerstofftank, des Verbindens der Brennstoffzelle mit einer Abführöffnung des Verkehrsmittels und des Startens der Brennstoffzelle aufweist. Der zweite Betriebszustand ist zum Unterdrücken eines Feuers in einem Raum des Verkehrsmittels vorgesehen und weist im Wesentlichen die Schritte des Umschaltens einer Oxidanszufuhreinheit zum Versorgen der Brennstoffzelle mit Luft aus einer Luftquelle, des Verbindens eines Löschmitteleinlasses mit einem Abluftausgang der Brennstoffzelle, des Startens der Brennstoffzelle und des Einleitens inerter Abluft in den Raum auf.
  • Sämtliche vorangehend dargestellten Prozesse, die mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Komponenten beschrieben sind, sind als optionale Merkmale des Verfahrens anzusehen. Hierzu gehört das anfängliche Auffüllen eines Raums mit einem alternativen Löschmittel, das Bereitstellen von elektrischer Leistung an ein oder mehrere elektrische Netze oder Blindverbraucher, das Verdichten von Luft, das Speichern von sauerstoffabgereicherter Abluft in einem Pufferspeicher, das gleichzeitige, abwechselnde oder sukzessive Verteilen von Löschmittel in mehrere Räume und alle übrigen Prozesse.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des Notfallversorgungssystems.
  • 2a bis 2d zeigen weitere schematische Ansichten und Details des Notfallversorgungssystems.
  • 3 zeigt ein Logikschaltbild zur Erläuterung der Umschaltung des Systems zwischen zwei Betriebsmodi.
  • DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Notfallversorgungssystems, das eine Brennstoffzelle 2 aufweist, welche als einzelne Brennstoffzelle oder als ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel realisiert ist. Zum Versorgen der Brennstoffzelle 2 mit den für den Brennstoffzellenprozess notwendigen Edukten ist eine Oxidanszufuhreinheit 5 vorgesehen, die in dem dargestellten Fall mit einem Ventil 4, welches nachfolgend als „Sauerstoffversorgungsventil” bezeichnet wird, ausgeführt ist. Ein Sauerstoffeingang 9 ist mit einem Sauerstofftank 6 und ein Lufteinlass 11 ist mit einer Luftquelle 8 verbunden. Je nach Stellung des Sauerstoffzufuhrventils 4 wird Sauerstoff oder Luft an einem Oxidansausgang 13 bereitgestellt und in einen Oxidanseinlass 15 der Brennstoffzelle 2 geleitet. Zum Versorgen der Brennstoffzelle 2 mit Wasserstoff ist ferner ein Wasserstofftank 10 vorgesehen. Während ein Sauerstofftank 6 üblicherweise als Druckspeicher ausgeführt ist, ist der Wasserstofftank 10 bevorzugt kryogen. Bei einer überschaubaren Nennleistung und einer relativ kurzen zu überbrückenden Zeit als Notstromaggregat kann der Wasserstofftank 10 ebenfalls als Druckspeicher ausgeführt werden. Der Wasserstofftank 10 ist bevorzugt in einem nicht druckbeaufschlagten, jedoch ausreichend belüfteten Bereich des Flugzeugs angeordnet.
  • Besonders bevorzugt kann die Brennstoffzelle 2 als eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (auch als „PEMFC” bezeichnet) ausgeführt sein, die in einem moderaten Temperaturbereich mit Betriebstemperaturen zwischen 60° und 120° arbeitet und sich daher besonders für den Einsatz in Fahrzeugen anbietet. Alternativ dazu wären auch Festoxid-Brennstoffzellen vorstellbar, die auf einem deutlich höheren Temperaturniveau von etwa 650° bis 1000° betrieben werden. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die Verwendung eines einzelnen Brennstoffzellentyps beschränkt sein. Vielmehr bietet es sich an, je nach konkreter Ausgestaltung des Fahrzeugs auch andere Alternativen in Erwägung zu ziehen.
  • Alternativ zu dem gezeigten Wasserstofftank 10 könnte auch ein Reformer eingesetzt werden, der dazu eingerichtet ist, aus Kohlenwasserstoffen wie etwa Kerosin ein wasserstoffhaltiges Gas zu generieren. Hierzu sind grundsätzlich eine Reihe unterschiedlicher Verfahren bekannt, etwa die Dampfreformierung, die partielle Oxidation oder die autotherme Reformierung. Diese sind im Folgenden jedoch nicht detailliert dargestellt. Sollten Festoxid-Brennstoffzellen eingesetzt werden, können diese mit einer bestimmten Materialzusammensetzung selbst als Reformer fungieren und könnten je nach zur Verfügung stehender Kohlenwasserstoffquelle um einen Vor-Reformer ergänzt werden.
  • Die Luftquelle 8 ist dazu eingerichtet, über die Oxidanszufuhreinheit 5 sauerstoffhaltige Luft an die Brennstoffzelle 2 zu liefern. Diese kann einer Passagierkabine, einem Triebwerk in Form von Zapfluft oder der Umgebung des Verkehrsmittels entstammen und gegebenenfalls über eine in der Oxidanszufuhreinheit 5 oder außerhalb angeordnete Fördereinrichtung, etwa ein Gebläse, eine Pumpe oder einen Stauluftkanal zu der Brennstoffzelle gefördert werden. Bevorzugt ist die Luft aus der Luftquelle 8 so aufbereitet, dass sie ohne weitere Maßnahmen an die Brennstoffzelle 2 geführt werden kann. Hierzu gehören unter anderem eine geeignete Temperatur, ein ausreichender Druck und insbesondere bei der Verwendung einer PEMFC eine geeignete relative Luftfeuchtigkeit, um die Membrane der Brennstoffzelle 2 zu schützen. Alternativ kann die Brennstoffzelle auch über eine entsprechende Verwendung des generierten Wassers eine Befeuchtung erfahren.
  • Der Sinn der das Sauerstoffventil 4 enthaltenden Oxidanszufuhreinheit 5 liegt darin, im Falle eines Notfalls des Verkehrsmittels, die Brennstoffzelle 2 mit Sauerstoff ausschließlich aus dem Sauerstofftank 6 zu versorgen. Das Notfallversorgungssystem wird in den Betriebszustand eines Notstromaggregats versetzt, welches vollkommen autark elektrische Leistung bereitstellt. Hierzu ist bei Verwendung mehrerer in Frage kommender Wasserstoffquellen der Wasserstofftank 10 zu bevorzugen, da der Betrieb eines Reformers üblicherweise von zusätzlichen Betriebsstoffen abhängt.
  • Um das Notfallversorgungssystem in den Betriebsmodus eines Feuerlöschsystems zu versetzen, wird das Sauerstoffventil 4 auf die Zufuhr von Luft an die Brennstoffzelle 2 umgestellt, so dass nach Verbrauch eines signifikanten Teils des darin enthaltenen Luftsauerstoffs nahezu ausschließlich Stickstoff als Abluft aus der Brennstoffzelle anfällt, was zu einer besonders guten Inertisierungsfähigkeit bzw. Löschwirkung führt.
  • Bei dem Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird zwangsläufig elektrische Leistung bereitgestellt, die über eine entsprechende Leitung 12 in ein oder mehrere elektrische Netzwerke E1 und E2 geleitet wird. Lediglich beispielhaft wird ein Konverter 14 gezeigt, der den von der Brennstoffzelle 2 gelieferten Gleichstrom an bordübliche Spannungen und Frequenzen anpasst. Während des Betriebsmodus als Notfallstromaggregat ist selbstverständlich, dass die bereitgestellte elektrische Leistung von den substantiellen Systemen des Verkehrsmittels aufgenommen wird. Durch die ausreichende Zufuhr von Edukten zu der Brennstoffzelle 2 wird die ausreichende elektrische Leistungsabgabe ermöglicht. Im umgekehrten Fall, d. h. in dem Betriebsmodus als Feuerlöschvorrichtung, muss die Verarbeitung der Edukte durch eine ausreichende Leistungsentnahme gewährleistet werden. Dies kann durch Entlastung primärer Stromquellen, etwa Generatoren, oder durch Blindverbraucher erreicht werden.
  • Als ein weiteres Produkt aus dem Brennstoffzellenprozess bei Aufnahme von Luft aus der Luftquelle 8 entsteht weitgehend sauerstoffabgereicherte Abluft, die über einen Abluftausgang 16 zu einem ersten Löschmitteleingang 17 einer Löschmittelzufuhreinheit 7 geleitet wird, die ein Löschmittelventil 18 aufweist. Letzteres steht beispielhaft mit einem vorderen Frachtraum 20 und einem hinteren Frachtraum 22 des Verkehrsmittels in Fluidverbindung, so dass durch Öffnen des Löschmittelventils 18 weitgehend sauerstoffabgereicherte Luft in einen oder beide der Frachträume 20 und 22 eingeleitet werden kann. Dies führt zu einer Verdrängung der vorhandenen sauerstoffhaltigen Luft, so dass die Frachträume 20 und 22 inertisiert werden. Eine kontinuierliche Inertisierung kann das Entstehen eines Feuers in einem der Frachträume 20, 22 verhindern, eine bedarfsweise Inertisierung kann ein Feuer durch Ersticken unterdrücken,
  • Zusätzlich dazu ist eine Löschmittelquelle 24 vorhanden, die über einen zweiten Löschmitteleingang 19 ebenfalls mit dem Löschmittelventil 18 verbunden ist. Dadurch kann gezielt Löschmittel aus der Löschmittelquelle 24 über Löschmittelausgänge 21 und 23 in einen oder beide der Frachträume 20 und 22 eingeleitet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Löschmittelzufuhreinheit 7 auch weitere Löschmittelausgänge haben kann. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Verwendung eines Verteilventils möglich, das einen Löschmittelstrom auf mehrere Räume verteilen kann, wie in den 2a und 2b gezeigt. Das Verteilventil kann dabei ein integraler Bestandteil der Löschmittelzufuhreinheit 7 sein oder separat dazu ausgeführt werden. Die separate Ausführung bietet sich etwa an, wenn die betreffenden Räume in einer größeren Entfernung von dem Notfallversorgungssystem liegen. Das Löschmittel kann bevorzugt in Form eines Inertgases bereitgestellt werden, wobei Kohlendioxid, Stickstoff oder etwa Argon in Betracht zu ziehen sind. Der Vorteil bei der Verwendung von Kohlendioxid ist die Möglichkeit der Druckverflüssigung mit Hochdruckflaschen, alternativ auch die Verflüssigung bei moderaten Kühltemperaturen, etwa von –20°C, was die Aufnahme in Niederdruckflaschen erlaubt. Zusätzlich oder alternativ dazu bietet sich auch die Verwendung von Wassersprühnebeln an, die mit Hilfe eines Inertgases, eines gasförmigen Löschmittels oder eines Treibgases generiert werden können. Das verwendete Wasser kann mit einem Netzmittel oder einem Schaummittel zum Reduzieren der Oberflächenspannung für ein verbessertes Eindringen des Löschmittels in ein brennendes Objekt, einem Gelbildner zum Verbessern der Haftfähigkeit des Wassers oder Salzen zum Erhöhen des Siedepunkts des Wassers versetzt sein.
  • Um zu verhindern, dass in dem Betriebsmodus des Notstromaggregats eventuell unverbrauchter Sauerstoff aus dem Sauerstofftank 6 über die Brennstoffzelle 2 in einen der Frachträume 20 und 22 gerät ist ein Ablassventil 25 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, sämtliche Produkte aus dem Betrieb der Brennstoffzelle 2 über eine Abfuhröffnung von Bord des Verkehrsmittels zu leiten. Das Abfuhrventil 25 kann in die Löschmittelzufuhreinheit 7 integriert sein, da diese direkt mit der Brennstoffzelle 2 in Verbindung steht. Bevorzugt ist das Abfuhrventil 25 ein Drei-Wege-Schaltventil, welches eine Verbindung zu den Frachträumen 20, 22 sperrt oder freigibt, während gleichzeitig eine Verbindung zu einer Abfuhröffnung des Verkehrsmittels freigegeben oder gesperrt wird.
  • Zum Kühlen der mindestens einen Brennstoffzelle 2 ist ein Kühlkreislauf 26 vorgesehen, der beispielsweise durch Zirkulation eines flüssigen Kältemittels in einer Kühlleitung 28 über eine Pumpe 30, einen Kühler 32 und Lüfter 34 eine ausreichende Wärmeabfuhr ermöglicht.
  • Eine Regeleinheit 35, die in 1 als Block dargestellt und mit den Ventilen der Oxidanszufuhreinheit 5 und der Löschmittelzufuhreinheit 7 des Notfallversorgungssystems verbunden ist, ist dazu eingerichtet, je nach sich ergebender Situation eine Notfallstromversorgung oder eine Feuerlöschung zu initiieren. Zur Beurteilung der aktuellen Situation kann die Regeleinheit 35 mit nicht näher dargestellten Feuer-, Rauch- oder Temperatursensoren verbunden sein, alternativ oder zusätzlich auch mit Signalquellen aus einem Cockpit des Verkehrsmittels.
  • In der 2a wird ein Verkehrsmittel 36 gezeigt, das beispielhaft als ein Flugzeug dargestellt ist. Die Oxidanszufuhreinheit 5 ist mit einem Kabinenluftanschluss 38, einem Zapfluftanschluss 40, einer Frischluftleitung 42 oder einem Staulufteinlass 44 verbunden. Diese Anschlüsse bzw. Leitungen sind lediglich beispielhaft für Quellen konditionierter Luft anzusehen, die einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzelle 2 erlauben.
  • In Frachträumen 20 und 22 sind Brand- bzw. Rauchdetektoren 46 und 48 angeordnet, die beispielhaft über eine Schnittstelle 64 an einen Bus oder ein Netzwerk angekoppelt sind und bei Entstehung eines Brandes oder von Rauch ein entsprechendes Signal aussenden. Dieses Signal kann direkt zu der Regeleinheit 35 geleitet werden, die das Notfallversorgungssystem in einen Feuerlöschmodus versetzt und den Betrieb initiiert. Alternativ oder zusätzlich kann das Signal auch in ein Cockpit des Verkehrsmittels geleitet werden, um einer dort verantwortlichen Person die Entscheidung über den Betrieb des Notfallversorgungssystems zu überlassen.
  • In dem Betriebsmodus der Feuerlöschvorrichtung tritt sauerstoffabgereicherte Abluft aus dem Abluftausgang 16 aus und wird bevorzugt über ein Rückschlagventil 50 zu dem Abfuhrventil 25 geleitet, welches in diesem Betriebsmodus dazu eigestellt ist, die sauerstoffabgereicherte Abluft zu dem betreffenden Frachtraum 20 bzw. 22 zu leiten. Lediglich beispielhaft ist hier ein Verteilungsventil 52 angeordnet, welches den Strom sauerstoffabgereicherter Abluft entsprechend weiterleitet, beispielsweise nur an den Frachtraum 20, nur an den Frachtraum 22 oder in einem von der Größe der Frachträume bestimmten Verhältnis zueinander zu beiden Frachträumen 20 und 22. Zum Unterstützen der Löschwirkung kann ein alternatives Löschmittel aus einem Löschmitteltank 24 über eine Pumpe 54 ebenfalls zu dem Verteilungsventil 52 geleitet werden.
  • Ist der Betriebsmodus auf ein Notstromaggregat gerichtet, ist die Oxidanszufuhreinheit 5 derart eingestellt, dass Sauerstoff aus einem Sauerstofftank 6 entnommen wird. In diesem Fall liegen an dem Abluftausgang 16 der Brennstoffzelle 2 lediglich Wasser und Restsauerstoff an, die über das Abfuhrventil 25 zu einer Abfuhröffnung 56 geleitet werden müssen. Gleiches gilt für einen Strom an Restbrennstoff, der aus einem Restbrennstoffausgang 57 der Brennstoffzelle 2 zu der Abfuhröffnung 56 strömt.
  • Zur weiteren Unterstützung eines Lösch- bzw. Unterdrückungsvorgangs kann über einen Treibgastank 58 Wasser aus einem Wassertank 60 in einer Zerstäubungseinrichtung 62 zerstäubt und zu dem Verteilungsventil 52 geleitet werden. Das Wasser in dem Wassertank 60 könnte durch entstehendes Wasser aus einem Brennstoffzellenprozess der Brennstoffzelle 2 kurzzeitig zumindest teilweise aufgefüllt werden. Alternativ wäre auch möglich, die Zerstäubungseinrichtung direkt an oder in den betreffenden Frachträumen 20, 22 anzuordnen.
  • Sämtliche für den Betrieb des Systems notwendigen Ventile können über die Schnittstelle 64 mit der Regeleinheit 35 verbunden sein. Die Regeleinheit 35 ist dazu eingerichtet, bei Empfang eines Signals, sei es ein Signal von einem Rauch- oder Branddetektor 46, 48 in einem der Frachträume oder ein Signal eines Piloten, einen der beiden möglichen Betriebsmodi einzustellen.
  • 2b zeigt das Notfallversorgungssystem aus 2a, bei dem jedoch auf eine Wasserzerstäubungseinrichtung 62 verzichtet wird, ebenso auf eine Pumpe 54 für das Löschmittel aus dem Löschmitteltank 24.
  • Zum Erreichen eines bestimmten Betriebsdrucks im Betriebsmodus als Feuerlöschvorrichtung kann eine Luftquelle über einen Verdichter 66 zu einer konditionierten Versorgungsluft verdichtet werden, wie 2c darstellt.
  • Wie in 2d gezeigt, kann ein Pufferspeicher 68 eingesetzt werden, der sauerstoffabgereicherte Abluft aus der Brennstoffzelle 2 aufnehmen kann, wobei die Abluft beispielsweise über einen Verdichter 70 druckbeaufschlagt wird. Dies kann von Vorteil sein, wenn eine zunächst ausschließliche Löschung mit Hilfe eines Löschmittels erfolgt, während die Brennstoffzelle 2 gerade hochfährt und eine erste Menge sauerstoffabgereicherte Abluft bereitstellt.
  • 3 zeigt ein Logikschaltbild, nach dem eine Regeleinheit ein wie vorangehend ausgeführtes Notfallversorgungssystem ansteuert. Der Begriff „FC” steht hierbei aus Platzgründen für „Brennstoffzelle”. Grundsätzlich sind zunächst zwei ereignisauslösende Situationen vorstellbar, nämlich das Vorliegen eines Notfalls unzureichender elektrischer Leistungsversorgung und das Vorliegen eines Brand- oder Rauchsignals.
  • In dem ersten Fall des Vorliegens einer unzureichenden Versorgung mit elektrischer Leistung, etwa bei einem Triebwerksausfall und der damit verbundenen fehlenden Lieferung elektrischer Leistung von integrierten Startergeneratoren, ist unbedingt notwendig, zur Entlastung von Bordbatterien eine alternative Quelle elektrischer Leistung bereitzustellen. Zunächst kann zur Einsparung von elektrischer Leistung eine Priorisierungsfunktion durchlaufen werden, bei der nicht-systemrelevante Verbraucher abgestellt oder auf Notbetrieb umgestellt werden. Es ist beispielsweise bei einem Triebwerksausfall nicht unbedingt notwendig, allen Passagieren das vollständige Bordunterhaltungsprogramm präsentieren zu müssen, so dass hier ein Einsparungspotential besteht. Gleiches gilt für besonders hohe elektrische Leistungen konsumierende Einrichtungen in Bordküchen (Galleys), die während eines solchen Notfalls nicht unbedingt betrieben werden müssen. Anschließend oder gleichzeitig zu der Durchführung der Priorisierungsfunktion wird das Notfallversorgungssystem in den Betriebsmodus des Notstromaggregats gebracht. Dies hat zur Folge, dass das Brennstoffzellensystem gestartet wird, was bei dem Vorliegen dieses Notfalls mit Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff aus dedizierten Tanks erfolgt. Das hierbei generierte Wasser, zusammen mit einem Sauerstoffrestbestand ist aus dem Verkehrsmittel nach außen zu leiten. Mit der so bereitgestellten Lieferung von elektrischer Leistung kann eine Notlandung eingeleitet und durchgeführt werden.
  • In der anderen Situation kann etwa ein Signal eines Brand- oder Rauchmelders vorliegen, der in einem Frachtraum des Verkehrsmittels installiert ist. Das Brennstoffzellensystem wird bevorzugt umgehend nach Empfangen eines derartigen Signals gestartet und das Notfallversorgungssystem wird in den Betriebsmodus der Feuerlöschvorrichtung gebracht. Zum Erreichen einer möglichst raschen Bekämpfung und Unterdrückung eines Brandes können unmittelbar nach Empfangen des Signals Löschmittel aus einem Löschmitteltank abgegeben werden. Der Abluftausgang 16 wird durch eine entsprechende Ventilschaltung zu dem betreffenden Frachtraum geleitet. Während einer ersten „Knock-Down”-Phase kann alternativ auch die bereits beim Betrieb des Brennstoffzellensystems entstehende sauerstoffabgereicherte Abluft in einem Puffertank gespeichert werden, etwa gestutzt durch einen Verdichter. Ist das Befüllen bzw. die Inertisierung des betreffenden Frachtraums mit Löschmittel abgeschlossen, kann die Zufuhr des Löschmittels unterbrochen werden und anschließend das Einleiten von sauerstoffabgereicherter Abluft vorgenommen werden. Für den Fall, dass zunächst ein Löschmittel eingeleitet wird, besteht bereits eine ausreichende inerte Atmosphäre, um ein Ausbreiten des Brandes oder ein Wiederentfachen zu verhindern. Allerdings ist zu bedenken, dass in einem Frachtraum eines Verkehrsmittels üblicherweise keine hermetische Abdichtung möglich ist, so dass insbesondere bei druckbeaufschlagten Rümpfen eines Verkehrsmittels mit einer Leckage zu rechnen ist, aufgrund von durchtretender Luft aus einer angrenzenden Kabine und das dadurch induzierte Austreten durch eine Dichtung eines Frachtraumtors oder eventuell Abluftventilen O1 und O2. Zur Kompensation dieser Leckage wird sauerstoffabgereicherte Abluft aus dem Brennstoffzellensystem in den betreffenden Frachtraum eingeleitet. Die Leckage muss in diesem Fall nicht präzise gemessen werden, sondern aufgrund des steten Zuflusses von Inertgas in Form der sauerstoffabgereicherten Abluft kann sichergestellt werden, dass die Sauerstoffkonzentration auf einem kontinuierlich niedrigen Niveau verbleibt. Das Einstellen eines ausreichenden Volumenstroms von sauerstoffabgereicherter Abluft zur Abdeckung einer prinzipiell bekannten Leckage ist ausreichend, um eine zuverlässige Unterdrückung von Bränden herzustellen.
  • Da eine Brennstoffzelle nur bei einem wirksamen elektrischen Strom auch das Abfallprodukt der sauerstoffarmen Abluft erzeugt, ist sicherzustellen, dass ein für die Dimensionierung der Brennstoffzelle ausreichender Strom eingestellt wird. Dies kann entweder durch Liefern der elektrischen Leistung an ein elektrisches Netzwerk an Bord des Verkehrsmittels erreicht werden, alternativ auch durch einen Blindverbraucher, der lediglich elektrische Leistung in Wärme umsetzt. Insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Notfallversorgungssystems an Bord eines Flugzeugs kann die Wärme etwa über einen Außenhautwärmetauscher oder über eine Abgabe an Kabinen- und/oder Frachtraumluft abgegeben werden.
  • Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisen” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein” oder „eine” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Brennstoffzelle
    4
    Sauerstoffversorgungsventil
    5
    Oxidanszufuhreinheit
    6
    Sauerstofftank
    7
    Löschmittelzufuhreinheit
    8
    Luftquelle
    9
    Sauerstoffeingang
    10
    Wasserstofftank
    11
    Lufteingang
    12
    (elektrische) Leitung
    13
    Oxidansausgang
    14
    (elektrischer) Konverter
    15
    Oxidanseinlass
    16
    Abluftausgang
    17
    erster Löschmitteleingang
    18
    Löschmittelventil
    19
    zweiter Löschmitteleingang
    20
    Frachtraum
    21
    Löschmittelausgang
    22
    Frachtraum
    23
    Löschmittelausgang
    24
    Löschmittel
    25
    Abfuhrventil
    26
    Kühlsystem
    28
    Kühlleitung
    30
    Pumpe
    32
    Kühler
    34
    Lüfter
    35
    Regeleinheit
    36
    Verkehrsmittel (Flugzeug)
    38
    Kabinenluftanschluss
    40
    Zapfluftquelle
    42
    Frischluftzufuhrleitung
    44
    Staulufteinlass
    46
    Rauch-/Branddetektor
    48
    Rauch-/Branddetektor
    50
    Rückschlagventil
    52
    Verteilungsventil
    54
    Pumpe
    56
    Abfuhröffnung
    57
    Restbrennstoffausgang
    58
    Treibgastank
    60
    Wassertank
    62
    Zerstäubungseinrichtung
    64
    Schnittstelle
    66
    Verdichter
    68
    Pufferspeicher
    70
    Verdichter
    E1
    Elektrisches Netz 1
    E2
    Elektrisches Netz 2
    O1
    Abluftventil
    O2
    Abluftventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005010399 B4 [0004]
    • DE 102010025054 A1 [0005]
    • DE 102005053694 [0006]

Claims (15)

  1. Notfallversorgungssystem für ein Verkehrsmittel (36), aufweisend – mindestens eine Brennstoffzelle (2), – einen Wasserstofftank (10), – einen Sauerstofftank (6), – einen Löschmittelbehälter (24), – eine Oxidanszufuhreinheit (5) und – eine Löschmittelzufuhreinheit (7) auf, wobei die Oxidanszufuhreinheit (5) einen mit dem Sauerstofftank (6) verbindbaren Sauerstoffeingang (9), einen mit einer Luftquelle (8, 38, 40, 42, 44) verbindbaren Lufteingang (11) und einen mit einem Oxidanseinlass (15) der Brennstoffzelle (2) verbundenen Oxidansausgang (13) aufweist, wobei die Oxidanszufuhreinheit (5) dazu eingerichtet ist, in einem ersten Betriebsmodus des Notfallversorgungssystems als Notstromaggregat Sauerstoff aus dem Sauerstoffeingang (9) und in einem zweiten Betriebsmodus als Feuerlöschvorrichtung Luft aus dem Lufteingang (11) an den Oxidansausgang (13) zu leiten, und wobei die Löschmittelzufuhreinheit (7) einen ersten Löschmitteleingang (17), einen mit dem Löschmittelbehälter (24) verbundenen zweiten Löschmitteleingang (19) und mindestens einen Löschmittelausgang (21, 23) aufweist, der mit einem Löschmitteleinlass mindestens eines Raums (20, 22) des Verkehrsmittels (36) verbindbar ist und wobei die Löschmittelzufuhreinheit (7) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus den Abluftausgang (16) der mindestens einen Brennstoffzelle ausschließlich mit einer Abführöffnung (56) und in dem zweiten Betriebsmodus ausschließlich mit dem ersten Löschmitteleingang (17) zu verbinden.
  2. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lufteinlass (11) der Oxidanszufuhreinheit (5) mit einem Kabinenabluftanschluss (38) des Verkehrsmittels (36) verbunden ist.
  3. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lufteingang (11) der Oxidanszufuhreinheit (5) mit mindestens einer Zapfluftquelle (40) des Verkehrsmittels (36) verbunden ist.
  4. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lufteingang (11) der Oxidanszufuhreinheit (5) mit einer Frischluftzufuhrleitung (42) eines Klimatisierungssystems des Verkehrsmittels (36) verbunden ist.
  5. Notfallversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Regeleinheit (35), die mit der mindestens einen Brennstoffzelle (2), der Oxidanszufuhreinheit (5) und der Löschmittelzufuhreinheit (7) verbunden ist, wobei die Regeleinheit (35) dazu eingerichtet ist, beim Empfangen eines Signals unmittelbar den Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle (2) zu initiieren und die für den jeweiligen Betriebsmodus notwendigen Verbindungen der Oxidanszufuhreinheit (5) und der Löschmittelzufuhreinheit (7) initiiert.
  6. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 5, wobei die Regeleinheit (35) dazu eingerichtet ist, in dem zweiten Betriebsmodus unmittelbar eine erste Menge eines Löschmittels aus dem Löschmittelbehälter (24) über die Löschmittelzufuhreinheit (7) an den Löschmittelausgang (21, 23) zum raschen Ersticken eines Brandes strömen zu lassen.
  7. Notfallversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Verdichter (66), der an dem Lufteinlass (11) der Oxidanszufuhreinheit (5) zum Verdichten von Luft aus der Luftquelle (8) angeordnet ist.
  8. Notfallversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Wasserquelle (58), die mit einer Zerstäubungseinrichtung (62) verbunden ist, wobei die Zerstäubungseinrichtung (62) dazu eingerichtet ist, zerstäubtes Wasser in den Raum (20, 22) des Verkehrsmittels zu leiten.
  9. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 8, wobei die Zerstäubungseinrichtung (62) mit einem Treibgastank (58) zum Einleiten von Treibgas zum Zerstäuben von Wasser verbunden ist.
  10. Notfallversorgungssystem nach Anspruch 8, wobei die Zerstäubungseinrichtung (62) mit dem mindestens einen Löschmittelausgang (21, 23) zum Einleiten von gasförmigem Löschmittel zum Zerstäuben von Wasser verbunden ist.
  11. Notfallversorgungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Zerstäubungseinrichtung (62) zerstäubtes Wasser zwischen dem mindestens einen Löschmittelausgang (21, 23) und dem mindestens einen Löschmitteleingang eines Raums (20, 22) in eine Löschmittelleitung abgibt.
  12. Notfallversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Pufferspeicher (68) an dem Abluftausgang (16) der mindestens einen Brennstoffzelle (2).
  13. Notfallversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Löschmittelzufuhreinheit (7) dazu eingerichtet ist, gleichzeitig das Löschmittel aus dem Löschmitteltank (24) und sauerstoffabgereicherte Luft aus dem Abluftausgang (16) der mindestens einen Brennstoffzelle (2) in den Raum (20, 22) zu leiten.
  14. Verkehrsmittel (36) mit einem Rumpf, mindestens einem darin ausgebildeten Raum (20, 22) sowie einem Notfallversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Verfahren zum Bereitstellen von elektrischer Leistung und zum Unterdrücken von Feuer in einem Verkehrsmittel, bei dem ein Notfallversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle in zwei Betriebszustände versetzbar ist, wobei der erste Betriebszustand zum Bereitstellen elektrischer Leistung vorgesehen ist und die Schritte aufweist: – Umschalten einer Oxidanszufuhreinheit zum Versorgen der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus einem Sauerstofftank, – Verbinden der Brennstoffzelle mit einer Abführöffnung des Verkehrsmittels, – Starten der Brennstoffzelle; und wobei der zweite Betriebszustand zum Unterdrücken eines Feuers in einem Raum des Verkehrsmittels vorgesehen ist und die Schritte aufweist: – Umschalten einer Oxidanszufuhreinheit zum Versorgen der Brennstoffzelle mit Luft aus einer Luftquelle, – Verbinden eines Löschmitteleinlasses mit einem Abluftausgang der Brennstoffzelle, – Starten der Brennstoffzelle und – Einleiten inerter Abluft in den Raum.
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