DE20122159U1

DE20122159U1 - Vorrichtung zur Wasserversorgung und Klimatisierung von Cockpit und Kabine von Flugzeugen

Info

Publication number: DE20122159U1
Application number: DE20122159U
Authority: DE
Original assignee: EUTECH SCIENT ENGINEERING GmbH; EUTECH SCIENTIFIC ENGINEERING GmbH
Current assignee: EUTECH SCIENT ENGINEERING GmbH; EUTECH SCIENTIFIC ENGINEERING GmbH
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2011-08-31

Abstract

Vorrichtung zur Klimatisierung und Wasserversorgung von Cockpit und Kabine eines Flugzeugs mit einer Brennstoffzelle, die über eine Wasserleitung mit einem Wasserverteilsystem zur Trinkwasserversorgung im Flugzeug und/oder zur Befeuchtung von Kabinen- und/oder Cockpitluft verbunden ist und die über eine elektrisch leitende Verbindung, in die von der Brennstoffzelle erzeugter Strom einspeisbar ist, mit einem elektrischen Bordnetz verbindbar ist.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung und Wasserversorgung von Cockpit und Passierkabine eines Flugzeugs.
Stand der Technik:
Es ist bekannt, dass Klimaanlagen Kabine und Cockpit mit frischer, richtig temperierter Außenluft versorgen und den Druck im Rumpf aufrechterhalten. Die Luft dafür liefern die Triebwerke (am Boden eine stationäre Bodenanlage bzw. Hilfsturbine (APU- Auxiliary Power Unit)). Während des Fluges werden hierzu Teile der im Kompressions- oder Staudruckbereich des Triebwerks verdichteten und erwärmten Außenluft abgezweigt (Anzapfluft), über Kälteaggregate gekühlt und Cockpit sowie Kabine, evtl. nach Zumischung eines Teils der gefilterten Kabinenluft (Umluft) zugeführt. Der Luftzustand in der Flugzeugkabine wird dabei über den Luftdruck und die Lufttemperatur eingestellt, die Luftfeuchtigkeit wird nicht geregelt (Air Transport Association of America, ATA, Kapitel 21).
In etwa 11000 m Höhe hat die Außenluft einen Druck von ca. 0,2 bar, die Temperatur beträgt etwa – 50 °C. Bei den vorgenannten Bedingungen ist die Luftfeuchtigkeit der von außen zuführten Luft ist sehr niedrig, was letztendlich auch zu einer niedrigen Luftfeuchtigkeit in Cockpit und Kabine führt.
Darüber hinaus ist es bekannt, dass die Bordstromversorgung für ein Verkehrsflugzeug durch Triebwerksgeneratoren, Hilfsaggregate (APU) und im Notfall durch eine ausfahrbare Staudruckturbine (RAT-Ram Air Turbine) sowie Akkus erfolgt. Verschiedene, getrennte Stromnetze versorgen die flugwichtigen Systeme mit Gleich- und Wechselstrom (Air Transport Association of America, ATA, Kapitel 24). Die APU ist ein autonomes Triebwerk im Rumpfheck, das das Flugzeug von externer Versorgung mit Druckluft und Elektrik unabhängig macht. Während sich das Flugzeug am Boden befindet und während des Starts liefert die APU Luft für den Triebwerkstart, die Klimatisierung und die Enteisung sowie elektrische Energie für das Bordnetz. Während des Fluges gewährleistet die APU die Versorgung der Systeme mit Luft und elektrischer Energie als Reservequelle. Die APU lässt sich ohne äußere Energieversorgung allein mit den bordeigenen Batterien starten (Air Transport Assoziation of Amercia, ATA, Kapital 49).
Weiterhin ist es bekannt, dass die Wasserversorgung eines Flugzeugs aus einem System für Frischwasser, Abwasser und Vakuumtoiletten besteht. Je nach Flugzeugtyp und Kundenanforderungen wird Wassermenge von 200 – 1000 l in Tanks bereitgehalten. Das für die sanitären Einrichtungen notwendige Wasser wird hierbei durch das Frischwassersystem bereitgestellt (Air Transport Assoziation of America, ATA, Kapitel 38).
Problematisch bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass die bekannten Vorrichtungen zur Klimatisierung von Kabine und Cockpit in einem Verkehrsflugzeug keine Regelung der Luftfeuchtigkeit in Cockpit und Passagierkabine vorsehen, um etwa eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in diesen Bereichen herbeizuführen. Aus diesem Grund ist die Luft im Cockpit sowie der Kabine sehr trocken und wird von Besatzungen, Passagieren als unbehaglich empfunden. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass die bekannten Systeme zur Wasserversorgung von Verkehrsflugzeugen kein Wasser zur Klimatisierung zur Verfügung stellen, so dass dieses Wasser extra mitgeführt werden müsste. Auf Grund der Bevorratung dieses stehenden Wassers könnten wiederum Probleme durch Keime oder Bakterien entstehen. Auch das gesamte erforderliche Trinkwasser wird bislang bereits beim Start mitgeführt, so dass das Startgewicht hierdurch erhöht wird.
Ein weiteres Problem, das sich bei modernen Verkehrsflugzeugen stellt ist, dass aufgrund zunehmender elektronischer Applikationen der Bedarf für die Bordstromversorgung stetig wächst.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine behagliche Klimatisierung hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit in Cockpit und Kabine zu erreichen, ohne zusätzliches Trinkwasser an Bord mitnehmen zu müssen. Hierbei soll insbesondere eine sichere Versorgung mit Trinkwasser gewährleistet werden und/oder die mitzuführende Trinkwassermenge reduziert werden und gleichzeitig eine eigenständige und thermodynamisch effiziente Stromversorgung an Bord ermöglicht werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß des geltenden Schutzanspruchs 1 gelöst. Den Unteransprüchen sowie der Beschreibung sind spezielle Ausführungsformen der Erfindung zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung und Wasseversorgung von Cockpit und Kabine eines Flugzeugs mit einer Brennstoffzelle ist über eine Wasserleitung mit einem Wasserverteilsystem zur Trinkwasserversorgung im Flugzeug und/oder zur Befeuchtung von Kabinen- und/oder Cockpitluft verbunden und über eine elektrisch leitende Verbindung, in die von der Brennstoffzelle erzeugter Strom einspeisbar ist, mit einem elektrischen Bordnetz verbindbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der kombinierten Strom- und Wassererzeugung, so dass das Mitführen von Wasser zur Klimatisierung und/oder Trinkwasserversorgung nicht oder nur in reduziertem Maße erforderlich ist. Dadurch kann das Gewicht reduziert bzw. der Komfort in der Kabine erhöht werden. Das Wasser wird nach Bedarf erzeugt und die mit stehendem Wasser oft einhergehende Keim- und Bakterienbildung sicher vermieden. Das Verhältnis zwischen Wassererzeugung und Stromausbeute kann variiert werden. Die parallel mit der Stromerzeugung generierte Wärme kann zur Erwärmung von Luft und/oder Wasser genutzt werden.
Speziell ausgestaltete Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen darüber hinaus die direkte Stromversorgung der Kühlaggregate, den Betrieb eines Verdichters zur Druckerhöhung der Außenluft sowie eine autarke Bordstromversorgung.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der folgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben.
Es zeigen:
1: Vorrichtung zur Luft- und Wasserbereitstellung für Cockpit und Kabine
2: Vorrichtung zur kombinierten Strom- und Wasserzeugung
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Luft- und Wasserbereitstellung für Cockpit und Kabine dargestellt, bei der trockene Außenluft 1 angesaugt und im Kompressionsteil des Triebwerks 2 auf Kabinendruck verdichtet wird. Auf Grund der Erwärmung während der Verdichtung verlässt schließlich trockene, warme Luft 3 den Kompressionsteil des Triebwerks 2. Außerdem produziert die Brennstoffzelle 4 neben Strom auch Wasser 5, das als Trinkwasser dienen kann und in einem Wasserbehälter 6 gespeichert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Wasser 5 ohne Speicherung (nicht dargestellt) direkt zur Befeuchtung der trockenen Außenluft 1 zu verwenden.
Die Befeuchtung der trockenen, warmen Luft 3 erfolgt in einer Mischkammer 7. Nach der Befeuchtung wird die befeuchtete Luft 11 in den Kühlaggregaten 8 abgekühlt und der Kabine 9 bzw. dem Cockpit 10 zugeführt. Je nach Ausgestaltung der Klimatisierung kann das erzeugte Wasser 5 auch an anderen Stellen der trockenen, warmen Luft 3 beigemischt werden.
In 2 ist eine Vorrichtung zur kombinierten Strom- und Wassererzeugung dargestellt, bei der die den Triebwerkskompressor 2 verlassende trockene, warme Luft 3 nach Befeuchtung, bspw. über eine interne Rückführung des Reaktionsproduktes Wasser (nicht dargestellt), der Brennstoffzelle 4 zugeführt wird. Der Brennstoff 12 wird gleichfalls der Brennstoffzelle 4 zugeführt. Der für den Betrieb der Brennstoffzelle 4 erforderliche Wasserstoff kann über externe oder interne Reformierung erzeugt werden, wobei je nach Art der verwendeten Brennstoffzelle gegebenenfalls eine Gasreinigung vorzuschalten ist.
Der auf diese Weise erzeugte Gleichstrom 13 wird über einen Umrichter 14 in Wechselstrom 15 mit der für das Bordnetz 16 erforderlichen Spannung und Frequenz umgewandelt. In diesem Zusammenhang ist es aber auch denkbar, dass der von der Brennstoffzelle 4 erzeugte Gleichstrom 13 direkt in ein Gleichstromnetz eingespeist wird.

1: trockene Außenluft
2: Triebwerkskompressor
3: erwärmte, trockene Luft
4: Brennstoffzelle
5: erzeugtes Wasser
6: Wasserbehälter
7: Mischkammer
8: Kühlaggregat
9: Kabine
10: Cockpit
11: befeuchtete Luft
12: Brennstoff
13: Gleichstrom
14: Umrichter
15: Wechselstrom
16: Bordnetz

Claims

Vorrichtung zur Klimatisierung und Wasserversorgung von Cockpit und Kabine eines Flugzeugs mit einer Brennstoffzelle, die über eine Wasserleitung mit einem Wasserverteilsystem zur Trinkwasserversorgung im Flugzeug und/oder zur Befeuchtung von Kabinen- und/oder Cockpitluft verbunden ist und die über eine elektrisch leitende Verbindung, in die von der Brennstoffzelle erzeugter Strom einspeisbar ist, mit einem elektrischen Bordnetz verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle über die Wasserleitung mit einer Mischkammer zur Luftbefeuchtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer derart mit einer Verdichtereinheit eines Flugzeugtriebwerks verbunden ist, dass Luft aus der Verdichtereinheit in die Mischkammer leitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle derart mit einer Verdichtereinheit eines Flugzeugtriebwerks verbunden ist, dass Luft aus der Verdichtereinheit in die Brennstoffzelle leitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle über die elektrisch leitende Verbindung an eine Kühlanlage angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle mit einem Heizsystem zur Erwärmung von Luft und/oder Wasser verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle über die elektrisch leitende Verbindung mit einem Verdichter zur Druckehöhung angesaugter Außenluft verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle ausschließlich mit bordeigenen Systemen des Flugzeugs startbar ist.