DE102020112053A1 - Airship - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Luftschiff mit einer ein mit Gas befülltes Volumen begrenzenden Wandstruktur, an deren dem Volumen abgewandten Außenwandoberfläche wenigstens in einem Flächenbereich, der bei Fahrt des Luftschiffes von der Erde abgewandt ist, zumindest bereichsweise photovoltaische Flächenelemente zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie aufweist.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb des mit Gas befüllten Volumens eine Kondensator-Anordnung angebracht ist, die zu Zwecken der Speicherung elektrischer Energie mit den photovoltaischen Flächenelementen elektrisch verbunden sind.An airship is described with a wall structure delimiting a volume filled with gas, on whose outer wall surface facing away from the volume, at least in a surface area that faces away from the earth when the airship is in motion, at least in some areas has photovoltaic surface elements for converting light energy into electrical energy The invention is characterized in that a capacitor arrangement is attached within the volume filled with gas, which capacitor arrangement is electrically connected to the photovoltaic surface elements for the purpose of storing electrical energy.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftschiff mit einer ein mit Gas befülltes Volumen begrenzenden Wandstruktur, an deren dem Volumen abgewandten Außenwandoberfläche wenigstens in einem Flächenbereich, der bei Fahrt des Luftschiffes von der Erde abgewandt ist, zumindest bereichsweise photovoltaische Flächenelemente zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie aufweist.The invention relates to an airship with a wall structure delimiting a volume filled with gas, on whose outer wall surface facing away from the volume, at least in a surface area that faces away from the earth when the airship is in motion, at least some areas of photovoltaic surface elements for converting light energy into electrical energy having.
Stand der TechnikState of the art
Luftschiffe stellen großvolumige, lenkbkare Luftfahrzeuge dar, deren Auftrieb auf aerostatischen Kräften beruht und zu deren Vortrieb wenigstens eine Antriebseinheit am Luftschiff angebracht ist. Im Gegensatz zu Flächenflugzeugen, deren Auftrieb auf der Grundlage einer geschwindigkeitsabhängigen Umströmung und Anstellwinkel abhängigen Anströmung eines Flügelprofils beruht, sind Luftschiffe zumindest ohne großen technischen Mehraufwand nahezu beliebig skalierbar, d.h. der an sich zumeist aerodynamisch geformte Auftriebskörper, der das Traggas, zumeist Helium, umfasst, ist grundsätzlich beliebig groß dimensionierbar, um Lasten in Form von Passagieren und/oder Gütern auf dem Luftweg über große Strecken zu transportieren. In diesem Zusammenhang entwickelte die Firma Cargolifter AG Ende der 90 Jahre des letzten Jahrhunderts ein großes Transport-Luftschiff mit einer geplanten Transportlast von bis zu 160 Tonnen, dessen Realisierung letztlich nicht an der technischen Umsetzbarkeit scheiterte.Airships represent large-volume, steerable aircraft, the lift of which is based on aerostatic forces and for the propulsion of which at least one drive unit is attached to the airship. In contrast to fixed-wing aircraft, whose lift is based on a velocity-dependent flow around a wing profile, which is dependent on the angle of attack, airships can be scaled almost as desired, at least without a great deal of additional technical effort, i.e. the mostly aerodynamically shaped lift body, which comprises the carrier gas, mostly helium, can basically be dimensioned as large as desired in order to transport loads in the form of passengers and / or goods by air over long distances. In this context, Cargolifter AG developed a large transport airship with a planned transport load of up to 160 tons at the end of the 90s of the last century, the realization of which ultimately did not fail due to the technical feasibility.
Eingedenk der Tatsache, dass das alltägliche Flugaufkommen kontinuierlich zunimmt, insbesondere auch getragen durch einen touristisch motivierten Flugverkehr oder ähnliche nicht besonders zeitkritische Luftverkehrsbewegungen, gewinnt der Einsatz von Luftschiffen in der heutigen Zeit wieder an Interesse. So könnte der Transport von beispielsweise 1000 Passagieren, die in etwa dem doppelten Fassungsvermögen des derzeit größten zivilen Verkehrsflugzeug, dem Airbus A380, entspricht, mit einem entsprechend dimensionierten Luftschiff realisiert werden.Bearing in mind that the daily flight volume is continuously increasing, in particular also supported by tourist-motivated air traffic or similar air traffic movements that are not particularly time-critical, the use of airships is gaining interest again today. For example, 1000 passengers, roughly twice the capacity of the currently largest civil airliner, the Airbus A380, could be transported with an appropriately sized airship.
Hinzu kommt der immer mehr an Bedeutung gewinnende Umweltaspekt bei der kritischen Betrachtung des konventionellen Luftverkehrs. So beträgt der Anteil des Luftverkehrs an den weltweiten klimarelevanten CO2-Emission bereits etwa 20%.In addition, there is the increasingly important environmental aspect in the critical examination of conventional air traffic. The share of air traffic in global climate-relevant CO 2 emissions is already around 20%.
Es besteht daher ein großes Interesse, den konventionellen zivilen Luftverkehr zur Personenbeförderung sowie auch zum Gütertransport alternativ zu überdenken denken und Transportmöglichkeiten zu schaffen, die den konventionellen Luftverkehr entlasten und die Umwelt schont.There is therefore a great deal of interest in rethinking conventional civil air traffic for passenger transport as well as for goods transport as an alternative and to create transport options that relieve conventional air traffic and protect the environment.
In der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftschiff mit einer ein mit Gas befülltes Volumen begrenzenden Wandstruktur, an deren dem Volumen abgewandten Außenwandoberfläche wenigstens in einem Flächenbereich, der bei Fahrt des Luftschiffes von der Erde abgewandt ist, zumindest bereichsweise photovoltaische Flächenelemente zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie aufweist, derart weiterzubilden, dass das Luftschiff im Hinblick auf ein Gewichts-Leistungsverhältnis und eine damit verbundene Erhöhung des Luftfrachtgewichtes, d.h. Payload, verbessert werden soll. Darüber hinaus gilt es Maßnahmen zu treffen, die Funktionalität des Luftschiffes über den Zweck der reinen Personenbeförderung sowie des Gütertransportes zu verbessern und neuartige Einsatzmöglichkeiten für Luftschiffe zu ermöglichen. Letztlich soll das Luftschiff möglichst autark, d.h. ohne Versorgungsstopps, lange Strecken zurücklegen könnenThe invention is based on the object of an airship with a wall structure delimiting a volume filled with gas, on its outer wall surface facing away from the volume, at least in a surface area that faces away from the earth when the airship is in motion, at least in some areas photovoltaic surface elements for converting light energy into electrical energy has to be developed in such a way that the airship is to be improved with regard to a weight-performance ratio and an associated increase in the air freight weight, ie payload. In addition, it is necessary to take measures to improve the functionality of the airship for the purpose of pure passenger transport and goods transport and to enable new types of application for airships. Ultimately, the airship should be able to cover long distances as independently as possible, i.e. without stopping supplies
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den erfindungsgemäßen Gedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung zu entnehmen.The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1. The Features according to the invention which advantageously develop further features are the subject matter of the subclaims and the further description.
Das lösungsgemäße Luftschiff mit einer ein mit Gas befülltes Volumen begrenzenden Wandstruktur, an deren dem Volumen abgewandten Außenwandoberfläche wenigstens in einem Flächenbereich, der bei Fahrt des Luftschiffes von der Erde abgewandt ist, zumindest bereichsweise photovoltaische Flächenelemente zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie aufweist, ist derart ausgebildet, dass innerhalb des mit Gas befüllten Volumens eine Kondensator-Anordnung angebracht ist, die zu Zwecken der Speicherung elektrischer Energie mit den photovoltaischen Flächenelementen elektrisch verbunden ist.The airship according to the solution with a wall structure delimiting a volume filled with gas, on whose outer wall surface facing away from the volume, at least in a surface area which faces away from the earth when the airship is in motion, at least regionally has photovoltaic surface elements for converting light energy into electrical energy, is such designed that a capacitor arrangement is attached within the volume filled with gas, which is electrically connected to the photovoltaic surface elements for the purpose of storing electrical energy.
Durch die große Dimension des von der hüllenartig ausgebildeten Wandstruktur begrenzten Auftriebsvolumens, das nahezu vollständig mit beispielsweise Helium als Traggas gefüllt ist, existiert ausreichend viel Platz für die Unterbringung eines elektrischen Zwischenspeichers in Form eines Kondensators bzw. einer Kondensator-Anordnung, der bzw. die als passives elektrisches Bauelement die von Seiten der photovoltaischen Flächenelemente erzeugte elektrische Energie in Form elektrischer Ladung und die damit zusammenhängende Energie statisch in einem elektrischen Feld zu speichern vermag.Due to the large dimensions of the buoyancy volume limited by the shell-like wall structure, which is almost completely filled with e.g. passive electrical component is able to statically store the electrical energy generated by the photovoltaic surface elements in the form of electrical charge and the associated energy in an electrical field.
Aufgrund der bereits angesprochenen sehr großzügigen Platzverhältnisse innerhalb des Luftschiffes kann die Gesamtelektrodenfläche der Kondensator-Anordnung überaus groß gewählt werden, wodurch deren Ladekapazität und eine damit verbundene Energie- und Leistungsdichte sehr große Werte annehmen kann. Insbesondere bei Einsatz von Platten-, Zylinder- oder Kugelkondensatoren oder sogenannter Superkondensatoren kann die von Seiten der photovoltaischen Flächenanordnung herrührende elektrische Energie im Rahmen eines Gleichstromkreises verlustfrei zwischengespeichert werden.Due to the already mentioned very generous space conditions within the airship, the total electrode area of the capacitor arrangement can be selected to be extremely large, so that its charging capacity and an associated energy and power density can assume very high values. Particularly when plate, cylinder or spherical capacitors or so-called supercapacitors are used, the electrical energy originating from the photovoltaic surface arrangement can be buffered without loss in a direct current circuit.
Die Ausbildung der Kondensator-Anordnung umfasst grundsätzlich jegliche an sich bekannte Ausgestaltungsformen von Kondensatoren sowie auch deren in einer Vielzahl miteinander verschalteter Einzelkondensatoren.The design of the capacitor arrangement basically comprises any design forms of capacitors known per se as well as their individual capacitors connected to one another in a large number.
Photovoltaische Flächenelemente, wie beispielsweise Solarzellen oder Solarzellenarrays, die in starrer sowie auch in folienartiger Ausgestaltungsform an der Außenwandoberfläche des Luftschiffes anbringbar sind, wandeln kontinuierlich Lichtenergie in elektrische Energie um. Dies hat zur Folge, dass das lösungsgemäß ausgebildete Luftschiff bei Tag kontinuierlich und nicht abschaltbar elektrische Energie erzeugt. Aus diesem Grunde ist es nötig, wenigstens einen Energieverbraucher an oder innerhalb des Luftschiffes vorzusehen und elektrisch mit der Kondensator-Anordnung zu verbinden, um elektrische Überbelastungen der Kondensator-Anordnung zu vermeiden.Photovoltaic surface elements, such as solar cells or solar cell arrays, which can be attached to the outer wall surface of the airship in a rigid or film-like configuration, continuously convert light energy into electrical energy. As a result, the airship designed according to the solution generates electrical energy continuously during the day and cannot be switched off. For this reason, it is necessary to provide at least one energy consumer on or within the airship and to connect it electrically to the capacitor arrangement in order to avoid electrical overloading of the capacitor arrangement.
In vorteilhafter Weise sieht das Luftschiff für den Vor- bzw. Antrieb Elektromotoren vor, deren elektrische Antriebsenergie aus der Kondensator-Anordnung entnommen wird. Für den Fall von Gleichstrommotoren bedarf es lediglich einer zwischen Kondensator-Anordnung und Antriebsmotor zwischengeschalteten Steuer- bzw. Regeleinheit, im Falle von Wechselstrommotoren ist zusätzlich eine Wechselrichtereinheit erforderlich.In an advantageous manner, the airship provides electric motors for the forward drive or drive, the electric drive energy of which is taken from the capacitor arrangement. In the case of direct current motors, all that is required is a control or regulating unit interposed between the capacitor arrangement and the drive motor; in the case of alternating current motors, an inverter unit is also required.
Ein derart angetriebenes Luftschiff ist Energie-autark und nahezu Reichweitenunbegrenzt einsetzbar.An airship powered in this way is energy self-sufficient and can be used with almost unlimited range.
In Kombination oder alternativ zu den elektrischen Antriebsmotoren ist eine Vielzahl weitere am oder im Luftschiff angeordnete, elektrische Energieverbraucher denkbar.In combination or as an alternative to the electric drive motors, a large number of other electrical energy consumers arranged on or in the airship are conceivable.
Beispielsweise sind dies elektrische Leuchtmittel oder die elektrische Infrastruktur, die erforderlich ist, um einen Personentransport und/oder Gütertransport über viele Stunden in angenehmer Weise zu gewährleisten.For example, these are electrical lighting means or the electrical infrastructure that is required to ensure the transport of people and / or goods over many hours in a pleasant manner.
Mögliche Ausführungsformen des Luftschiffs können zu Fortbewegungszwecken ausgebildet und befähigt sein, ergänzend oder gänzlich aber auch für Anwendungen ausgebildet sein, in denen das Luftschiff stationär in einer vorgegebenen Höhe über einem Gebiet positionsfest oder weitgehend positionsfest navigiert. In derartigen Luftschiffen können als elektrische Verbraucher beispielsweise elektrisch betreibbare Produktionsanlagen beliebiger Art und Ausgestaltung installiert sein, beispielsweise in Form von Elektrolyseanlagen, Destillationsanlagen, Anlagen zur Konditionierung chemischer Gase oder Flüssigkeiten, etc.. Ferner können derartige stationär betreibbare Luftschiffe auch als Relaisstationen für die Übertragung und Weiterleitung von elektrischen Funksignalen Verwendung finden. In diesem Falle können die elektrischen Verbraucher elektrische Signalempfänger, elektrische Signalwandler, elektrische Signalverstärker und elektrische Signalsender darstellen, funktionsgleich etwa mit Satelliten-gestützten Radio- und Fernsehsendern oder Kommunikatinossystemen.Possible embodiments of the airship can be designed and enabled for locomotion purposes, but also be designed additionally or entirely for applications in which the airship navigates stationary or largely stationary at a predetermined height over an area. In such airships, for example, electrically operable production systems of any type and design can be installed as electrical consumers, for example in the form of electrolysis systems, distillation systems, systems for conditioning chemical gases or liquids, etc. Furthermore, such stationary airships can also be used as relay stations for transmission and Find forwarding of electrical radio signals use. In this case, the electrical consumers can represent electrical signal receivers, electrical signal converters, electrical signal amplifiers and electrical signal transmitters, functionally identical to satellite-supported radio and television transmitters or communication systems, for example.
Den möglichen am Luftschiff angeordneten Energieverbrauchern sind grundsätzlich keine Grenzen gesetzt. Das lösungsgemäße Luftschiff dient somit in erster Linie zu einer umweltfreundlichen Energieerzeugung im Wege der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie, die in einer im Luftschiff angeordneten Kondensator-Anordnung zwischengespeichert wird. Die in der Kondensator-Anordnung zwischengespeicherte Energie wird, wie vorstehend erläutert, an elektrische Energieverbraucher nahezu beliebiger Art, die am Luftschiff angebracht sind, weitergeleitet.There are basically no limits to the possible energy consumers on the airship. The airship according to the solution thus primarily serves to generate environmentally friendly energy by converting Sunlight turns into electrical energy, which is temporarily stored in a condenser arrangement arranged in the airship. The energy temporarily stored in the capacitor arrangement is, as explained above, passed on to electrical energy consumers of almost any type that are attached to the airship.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) |