-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Notenergiesystem für ein Flugzeug
mit einer Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie,
wobei die Brennstoffzelleneinheit über einen Kühlkreislauf, der einen Wärmetauscher
umfasst, gekühlt
wird, und wobei das Notenergiesystem vorteilhafterweise im bedruckten
Bereich des Flugzeugs angeordnet ist.
-
Solche
Notenergiesysteme, die im Notfall elektrische Energie durch eine
Brennstoffzelleneinheit zur Verfügung
stellen können,
sind eine Alternative zu den in den meisten zivilen Flugzeugen vorgesehenen
Notenergiesystemen, die über
Stauluftturbinen arbeiten. In Notenergiesystemen mit einer Brennstoffzelleneinheit
wird ein Brennstoff, wie z. B. Wasserstoff, mit Sauerstoff in der
Brennstoffzelleneinheit oxidiert, wodurch elektrische Energie erzeugt wird.
Dabei entsteht neben der elektrischen Energie Abwärme und
Wasser. Als Brennstoffzellen können z.
B. Proton Exchange Membrane (PEM) Brennstoffzellen eingesetzt werden,
welche relativ niedrige Arbeitstemperaturen aufweisen.
-
Die
beim Betrieb der Brennstoffzelleneinheit entstehende Abwärme muss
dem System entzogen werden, um ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Brennstoffzelleneinheit
zu garantieren. Hierzu ist ein Kühlkreislauf
vorgesehen, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert,
das die Abwärme
der Brennstoffzelleneinheit aufnimmt und über den Wärmetauscher wieder abgibt.
-
Um
den Einbau des Notenergiesystems zu vereinfachen, ist es von Vorteil,
wenn alle Komponenten des Notenergiesystems räumlich eng beisammen angeordnet
sind, und zwar vorteilhafterweise im bedruckten Bereich des Flugzeugs.
Damit ist auch der Wärmetauscher
in diesem bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Während eines Notfalls
wird aber versucht, den Druck im Rumpf zu erhalten, indem alle verschließbaren Öffnungen
geschlossen werden. Zudem findet keine Ventilierung statt, da die
Flugzeugklimatisierung im Notfall üblicherweise nicht in Betrieb
ist. Der Wärmetauscher muss
daher die Abwärme
des Systems an die Luft innerhalb des geschlossenen Rumpfs abgeben.
-
Die
Temperatur der Luft in der geschlossenen Rumpfhülle wird daher stetig ansteigen.
Diese erhöhte
Lufttemperatur beeinflußt
Größe und Masse des
Wärmetauschers.
Zudem ergibt sich durch die maximal zumutbare Temperatur für die Passagiere eine
Obergrenze für
die Erhöhung
der Lufttemperatur.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Kühlung eines
Notenergiesystems für
ein Flugzeug zur Verfügung
zu stellen.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe von einem Notenergiesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Das
erfindungsgemäße Notenergiesystem
für ein Flugzeug
weist dabei eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer
Energie auf, welche über
einen Kühlkreislauf,
der einen Wärmetauscher
umfasst, gekühlt
wird. Vorteilhafterweise ist das Notenergiesystem dabei im bedruckten
Bereich des Flugzeugs angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass
der Wärmetauscher über einen
Abluftkanal mit dem Luftverteilungssystem der Flugzeugkabine verbunden
ist, so dass während
des Betriebs des Notenergiesystems die vom Wärmetauscher erwärmte Abluft über das
Luftverteilungssystem in der Kabine verteilt werden kann. Diese
ermöglicht
eine gleichmäßige Verteilung
der Abwärme
der Brennstoffzellenanlage über
die Kabine. Durch diese gleichmäßige Verteilung
können
Kurzschlussströmungen
der warmen Abluft stark reduziert werden. Hierdurch kann die Temperatur
der Wärmetauscher-Zuluft über einen
langen Zeitraum niedrig gehalten werden, so dass dieser kleiner
dimensioniert werden kann. Zudem wird eine Überhitzung einzelner Bereiche
des Flugzeugs vermieden. Dabei kann durch die Nutzung des Luftverteilungssystems
der Flugzeugkabine auf ein bereits vorhandenes Bauteil zurückgegriffen
werden, was Kosten und Gewicht spart.
-
Die
Erfindung ist dabei von besonderem Vorteil, wenn die Zuluft für den Wärmetauscher
aus dem bedruckten Bereich der der Kabine entnommen wird. Insbesondere
kann dabei ein Zuluftkanal vorgesehen sein, welcher mit dem Kabinenabluftsystem
in Verbindung steht.
-
Vorteilhafterweise
steht der Abluftkanal des Wärmetauschers
mit der Mischkammer des Luftverteilungssystems der Kabine in Verbindung.
Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung
der warmen Abluft ermöglicht.
-
In
weiterhin vorteilhafter Weise ist ein Gebläse vorgesehen, über welches
die Ablauft vom Wärmetauscher
zum Luftverteilungssystem der Kabine transportiert wird. Vorteilhafterweise
gehört
dieses Gebläse
zum Klimaanlagen- und/oder Luftverteilungssystem. Es kann also zum
Einbringen der Abluft vom Wärmetauscher
zum Luftverteilungssystem auf eine ohnehin vorhandene Komponente
zurückgegriffen
werden, z. B. das Rezirkulationsgebläse des Klimaanlagenluftverteilungssystems.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Notenergiesystem für ein Flugzeug
mit einer Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie,
wobei die Brennstoffzelleneinheit über einen Kühlkreislauf, der einen Wärmetauscher
umfaßt, gekühlt wird.
Vorteilhafterweise ist das Notenergiesystem im bedruckten Bereich
des Flugzeugs angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei eine Anlage zur Verdampfung
von Brennstoffzellen-Produktwasser vorgesehen, über welche die Zuluft und/oder
die Abluft des Wärmetauschers
abgekühlt
wird. Beim Betrieb der Brennstoffzellen entsteht als Reaktionsprodukt
Wasser, welches nun erfindungsgemäß zur Kühlung der Zuluft und/oder der
Abluft des Wärmetauschers
der Brennstoffzelleneinheit genutzt wird. Durch diese zusätzliche
Kühlung
wird die Effektivität des
Wärmetauschers
erhöht
und die Erwärmung
der zur Kühlung
zur Verfügung
stehenden Luft im Flugzeugrumpf verringert.
-
Die
Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser ist dabei
unabhängig
von der Verbindung des Wärmetauschers über einen
Abluftkanal mit dem Luftverteilungssystem der Flugzeugkabine von
großem
Vorteil, so dass für
das Notenergiesystem mit einer Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser selbstständig Schutz
beansprucht wird. Allerdings ist der Einsatz einer Anlage zur Verdampfung
von Brennstoffzellen-Produktwasser gerade dann besonders günstig, wenn
der Wärmetauscher über einen
Abluftkanal mit dem Luftverteilungssystem der Flugzeugkabine verbunden
ist, so dass auch für
die Kombination Schutz beansprucht wird. Anstelle des vorgenannten
Brennstoffzellen-Produktwassers
kann additiv oder alternativ auch Wasser, das in einem Vorratstank
bevorratet wurde, verdampft werden und somit zur Kühlung verwendet
werden. Soweit im folgenden von der Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser
die Rede ist, ist gleichzeitig auch die alternative bzw. additive
Verwendung von bevorratetem Wasser zu ergänzen.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Anlage
zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser ist es von besonderem
Vorteil, wenn das Brennstoffzellen-Produktwasser zur Kühlung der Zuluft des Wärmetauschers
herangezogen wird. Hierdurch wird eine niedrigere Wärmetauschereintrittstemperatur erreicht,
so dass der Wärmetauscher
in seiner Größe und seinem
Gewicht kleiner dimensioniert werden kann.
-
Aufgrund
ihrer niedrigen Betriebstemperatur von ca. 70°C bis 80°C produzieren PEM-Brennstoffzellen
dabei flüssiges
Wasser. Dieses kann daher direkt verwendet werden, um die Zuluft
und/oder die Abluft des Wärmetauschers
abzukühlen.
Die bei der Verdampfung des Wassers entstehende Verdampfungsenthalpie
sorgt dabei für
eine Temperaturabsenkung des Luftstroms. Bei Brennstoffzellen mit
höherer
Betriebstemperatur müssen
die Abgase dagegen zuerst abgekühlt
werden, bevor Wasser in flüssiger
Form zur Verfügung
steht. Hierfür
ist gegebenenfalls ein Wasserabscheider vorgesehen.
-
Vorteilhafterweise
weist die erfindungsgemäße Anlage
zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser dabei eine Düse zum Einspritzen des
Brennstoffzellen-Produktwassers in den Kühlluftstrom und/oder einen
porösen
Verdampfungskörper auf,
welcher im Kühlluftstrom
angeordnet ist.
-
Erfindungsgemäß kann also
eine Düse
vorgesehen sein, über
welche das Brennstoffzellen-Produktwasser im Kühlluftstrom zerstäubt wird.
Vorteilhafterweise ist die Düse
dabei im Zuluftkanal zum Wärmetauscher
angeordnet. Der Wasserdruck vor der Düse kann dabei der reine Betriebsdruck
der Brennstoffzelle sein. Alternativ kann eine Pumpe vorgesehen
sein, über
welche der Wasserdruck erhöht wird,
um eine feinere Zerstäubung
zu erreichen. Die Wasserzerstäubung
funktioniert dabei umso besser, je höher der Druck vor der Düse ist,
da feinere Tropfen eine große
Oberfläche
bieten und daher schneller verdampfen als große.
-
Alternativ
kann die Anlage zur Verdampfung einen porösen Verdampfungskörper aufweisen,
welcher im Kühlluftstrom
angeordnet ist. Der poröse
Verdampfungskörper
ist dabei vorteilhafterweise aus einem hydrophilen Material. Der
poröse
Verdampfungskörper
wird mit Brennstoffzellen-Produktwasser gespeist und sorgt so für eine Verdampfung,
während der
Luftstrom durch oder über
den porösen
Körper strömt. Es handelt
sich daher um einen Kontaktbefeuchter. Als poröser Verdampfungskörper kann
z. B. ein Flies, insbesondere aus einem hydrophilen Material vorgesehen
sein. Der Vorteil einer solchen Verdampfungsanlage liegt darin,
dass kein hoher Druck benötigt
wird.
-
Dabei
kann der poröse
Verdampfungskörper getrennt
vom Wärmetauscher
ausgeführt
sein und insbesondere im Kühlluftkanal
vor dem Wärmetauscher
angeordnet sein, so dass die Wärmetauscher-Zuluft
durch oder über
den porösen
Verdampfungskörper
strömt.
Diese Variante hat jedoch den Nachteil, dass der poröse Verdampfungskörper ein zusätzliches
Bauteil darstellt, und zudem zu einem Druckverlust in der Kühlluftstrecke
führen
kann.
-
Als
weitere vorteilhafte Variante kann daher vorgesehen sein, dass der
Wärmetauscher
selbst den porösen
Verdampfungskörper
umfasst, indem der Wärmetauscher
z. B. aus einem porösen
Material besteht oder mit einem porösen Material beschichtet ist.
Auch hier wird das poröse
Material mit dem Brennstoffzellen-Produktwasser benetzt und nutzt die
Verdampfungsenthalpie direkt auf der Oberfläche des Wärmetauchers. Hierdurch ist
keine zusätzliche Vorrichtung
im Kühlluftstrom
notwendig.
-
In
weiterhin vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Anlage
zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser so ausgelegt,
dass nach Aktivierung des Notenergiesystems das entstehende Brennstoffzellen-Produktwasser
zunächst
gesammelt und erst zeitverzögert
zur Kühlung
des Kühlluftstroms
herangezogen wird. Die Auslegung des Wärmetauschers zur Kühlung der
Brennstoffzelleneinheit wird durch die maximale Temperatur der Kühlluft während des
gesamten Systembetriebs bestimmt. Zu Beginn des Einsatzes hat die
Kühlluft
dabei noch ein relativ niedriges Temperaturniveau, welches jedoch
im Verlauf des Einsatzes ansteigt. Um die Größe und somit auch das Gewicht
des Wärmetauschers zu
minimieren, kann daher das Produktwasser erfindungsgemäß gesammelt
werden und z. B. erst ab einer bestimmten Kühllufttemperatur oder nach
Ablauf einer gewissen Zeit in den Kühlluftstrom eingebracht werden.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die eingebrachte Wassermenge mit
der Zeit oder mit der Kühllufttemperatur
steigt. Hierdurch kann die maximale Kühllufttemperatur, welche die
Auslegung des Wärmetauschers
bestimmt, deutlich gesenkt werden. Durch das Sammeln des Wassers
zu Beginn des Betriebs steht zum Zeitpunkt der höchsten Kühllufttemperatur eine zusätzliche
Wassermenge zur Verfügung,
die zum Kühlen
genutzt werden kann.
-
Die
erfindungsgemäße Anlage
zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser weist dabei vorteilhafterweise
einen Sammelbehälter
zum Sammeln des entstehenden Brennstoffzellen-Produktwassers sowie
eine entsprechende Steuerung auf, über welche die Zugabe des Wassers
zum Kühlluftstrom
gesteuert wird. Alternativ kann auch der Sammelbehälter und
die Zuleitung so ausgestaltet werden, dass sich entstehendes Brennstoffzellen-Produktwasser
zunächst
sammelt und erst später
in den Kühlluftstrom
eingebracht wird.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems
in Kombination mit einem Klimatisierungs- und/oder Luftverteilungssystems
für die
Kabine eines Flugzeugs. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung
die Verwendung des erfindungsgemäßen Notenergiesystems
in einem Flugzeug.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Klimatisierungs- und/oder
Luftverteilungssystem für
die Kabine eines Flugzeugs, welches über einen Abluftkanal mit dem
Wärmetauscher
eines Notenergiesystems, wie es oben beschrieben wurde, verbunden
ist. Hierdurch kann die warme Abluft vom Wärmetauscher gleichmäßig in der
Flugzeugkabine verteilt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Flugzeug mit einem Notenergiesystem
und/oder einem Klimatisierungs- und/oder einem Luftverteilungssystem,
wie es oben beschrieben wurde. Für das
Flugzeug ergeben sich dabei die gleichen Vorteile, wie sie oben
dargestellt wurden.
-
Die
vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betrieb
eines Notenergiesystems für
ein Flugzeug, wobei das Notenenergiesystem eine Brennstoffzelleneinheit
zur Erzeugung elektrischer Energie aufweist, welche über einen
Kühlkreislauf,
der einen Wärmetauscher
umfasst, gekühlt wird.
Das Notenergiesystem ist dabei vorteilhafterweise im bedruckten
Bereich des Flugzeugs angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die
Zuluft und/oder die Abluft des Wärmetauschers durch
die Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser abge kühlt wird.
Durch die erfindungsgemäße Verdampfung
von Brennstoffzellen-Produktwasser
kann damit die Kühlleistung
des Wärmetauschers
erhöht
bzw. der Wärmetauscher
geringer dimensioniert werden.
-
In
vorteilhafter Weise wird dabei das Brennstoffzellen-Produktwasser
mittels einer Düse
in den Kühlluftstrom
eingespritzt und/oder über
einen porösen
Verdampfungskörper
in den Kühlluftstrom
eingebracht.
-
In
weiterhin vorteilhafter Weise wird nach Aktivierung des Notenergiesystems
das entstehende Brennstoffzellen-Produktwasser zunächst gesammelt
und erst zeitverzögert
zur Kühlung
des Kühlluftstroms
herangezogen.
-
In
vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren dabei so durchgeführt, wie
dies oben bezüglich
der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Notenergiesystems dargestellt
wurde.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen
näher dargestellt.
Dabei zeigen
-
1:
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Flugzeugs
mit einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems,
-
2:
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Zuluftkanals zum Wärmetauscher
eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems
und
-
3:
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Zuluftkanals zum Wärmetauscher
eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Flugzeugs.
Dabei handelt es sich um ein ziviles Flugzeug mit einer Flugzeugkabine 6,
insbesondere zum Transport von Personen. Als Teil des Klimatisierungssystems
des Flugzeugs ist dabei ein Luftverteilungssystem 7 vorgesehen,
bei welchem Luft aus der Misch kammer 8 über Luftverteilungsleitungen 9 gleichmäßig in der
Kabine verteilt wird. Die Kabine ist dabei Teil des bedruckten Bereichs
des Flugzeugs.
-
Das
Flugzeug ist mit einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems ausgestattet,
welches im Notfall mittels einer Brennstoffzelleneinheit 2 elektrische
Energie zur Verfügung stellt.
Die Brennstoffzelleneinheit umfasst einen Brennstoffzellenstapel
mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen, in welchen ein Brennstoff
wie z. B. Wasserstoff mit Sauerstoff oxidiert wird, um elektrische Energie
zu erzeugen. Bei den Brennstoffzellen des Ausführungsbeispiels handelt es
sich dabei um Proton Exchange Membrane Brennstoffzellen. Um die beim
Betrieb der Brennstoffzellen entstehende Abwärme abzuführen, ist ein Kühlkreislauf
vorgesehen, über
welchen die Brennstoffzelleneinheit 2 gekühlt wird.
Der Kühlkreislauf
weist dabei Kühlmittelleitungen 3 auf,
welche die Brennstoffzelleneinheit 2 mit einem Wärmetauscher 4 verbinden.
Das Kühlmittel wird
in der Brennstoffzelleneinheit 2 erwärmt und fließt über die
Kühlmittelleitung 3 zum
Wärmetauscher 4,
um dort abgekühlt
zu werden, und fließt über weitere
Kühlmittelleitungen 3 wieder
zurück
zur Brennstoffzelleneinheit 2.
-
Das
erfindungsgemäße Notenergiesystem ist
im Ausführungsbeispiel
im bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Da während eines
Notfalls alle verschließbaren Öffnungen
in der Flugzeughülle
geschlossen werden, um den Druck im Rumpf aufrecht zu erhalten,
muss der Wärmetauscher 4 daher
die Abwärme
des Systems an die Luft innerhalb des geschlossenen Rumpfs abgeben.
-
Um
die Effizienz des Wärmetauschers
zu erhöhen
und damit den Wärmetauscher
bezüglich
seiner Größe und seinem
Gewicht möglichst
klein dimensionieren zu können,
sind dabei erfindungsgemäß mehrere
Merkmale vorgesehen, welche auch unabhängig voneinander realisiert
werden können.
-
Wie
in 1 gezeigt, ist der Wärmetauscher 4 des
Notenergiesystems über
einen Abluftkanal 5 mit dem Luftverteilungssystem 7 der
Flugzeugkabine 6 verbunden, so dass beim Betrieb des Notenergiesystems
die vom Wärmetauscher 4 erwärmte Abluft über das
Luftverteilungssystem in der Kabine verteilt werden kann. Der Abluftkanal 5 mündet dabei
in die Mischkammer 8 des Luftverteilungssystem, von wo aus
die erwärmte
Luft gleichmäßig über die
gesamte Passagierkabine 6 verteilt wird. Hierdurch können Kurzschlussströmungen,
welche zu einer erhöhten Temperatur
der Zuluft zum Wärmetauscher
führen würden, erheblich
reduziert werden. Dabei ist ein Gebläse 15 vorgesehen, über welches
die Luft in das Luftverteilersystem 7 eingespeist wird.
Bei dem Gebläse 15 kann
es sich um ein eigenes Gebläse
für das
Notenergiesystem handeln, oder vorzugsweise um ein Gebläse, welches
zum bereits vorhandenen Klimaanlagen- oder Luftverteilungssystem
gehört,
z. B. das Rezirkulationsgebläse
des Luftverteilungssystems. Weiterhin ist ein Zuluftkanal 10 vorgesehen, über welchen
Abluft aus der Passagierkabine 6 zum Wärmetauscher 15 strömt. Der
Zuluftkanal 10 muss dabei nicht direkt an die Kabine angeschlossen
sein, sondern kann auch Luft aus einem anderen Teil des bedruckten
Bereichs innerhalb des Rumpfes absaugen.
-
Weiterhin
ist erfindungsgemäß eine Anlage zur
Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser
vorgesehen, über
welche die Zuluft 14 zum Wärmetauscher 4 abgekühlt wird.
Aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur produzieren die PEM-Brennstoffzellen
während
des Betriebs flüssiges
Wasser, welches erfindungsgemäß dazu genutzt
wird, die Effizienz des Wärmetauschers
zu steigern. Die Verdampfungsenthalpie des Wassers sorgt dabei für eine Temperaturabsenkung
des Luftstroms 14 zum Wärmetauscher
und damit zu einer erhöhten
Effizienz.
-
In 2 und 3 sind
zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele
dieser Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser
gezeigt. Wie in 2 gezeigt, kann eine Düse 11 im
Zuluftkanal 10 des Wärmetauschers 4 angeordnet
werden, über
welche Brennstoffzellen-Produktwasser im Wärmetauscher-Zuluftstrom zerstäubt wird.
Hierfür wird
Wasser von den Brennstoffzellen über
eine Zuleitung 12 zur Düse 11 geleitet,
um dort zerstäubt
zu werden. Der Wasserdruck vor der Düse kann dabei der reine Betriebsdruck
der Brennstoffzelleneinheit 2 sein oder über eine
separate Pumpe erhöht
werden, um eine feinere Zerstäubung
zu erreichen.
-
Alternativ
hierzu kann, wie in 3 gezeigt, ein poröser Verdampfungskörper 13 vorgesehen sein,
welcher im Kühlluftstrom 14 zum
Wärmetauscher 4 angeordnet
wird. Bei dem porösen
Körper 13 kann
es sich dabei z. B. um ein Flies aus einem hydrophilen Material
handeln. Der poröse
Verdampfungskörper
wird mit Produktwasser benetzt, wozu wiederum über eine Leitung 12 Wasser
von den Brennstoffzellen zum porösen
Verdampfungskörper geleitet
wird. Die Zuluft 14 zum Wärmetauscher strömt durch
oder über
den porösen
Verdampfungskörper 13,
so dass das Wasser nach dem Prinzip eines Kontaktbefeuchters verdunstet.
Die Kühlluft strömt damit
zuerst durch den mit Wasser benetzten porösen Körper 13, bevor sie
durch den Wärmetauscher 4 strömt.
-
Als
weitere Variante kann ein Wärmetauscher
vorgesehen sein, der selbst aus einem porösen Material besteht oder mit
einem porösen
Material beschichtet ist. Dieses poröse Material wird wie oben beschrieben
mit Produktwasser von den Brennstoffzellen benetzt und nutzt somit
die Verdampfungsenthalpie direkt auf der Oberfläche des Wärmetauschers.
-
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass das von den Brennstoffzellen während ihres
Betriebs produzierte Wasser nicht sofort in den Kühlluftstrom
eingebracht wird. Die Auslegung des Wärmetauschers wird nämlich durch
die maximale Temperatur der Kühlluft
während
des gesamten Systembetriebs bestimmt. Zu Beginn des Einsatzes hat
die Kühlluft
jedoch noch ein relativ niedriges Temperaturniveau, welches dann
im Verlauf des Einsatzes ansteigt. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen,
das während des
Betriebs der Brennstoffzellen entstehende Produktwasser zu sammeln
und mit steigender Kühllufttemperatur
oder Betriebszeit verstärkt
einzuspritzen bzw. in das poröse
Material einzubringen. Durch das Sammeln des Wassers zu Beginn des
Einsatzes steht somit zum Zeitpunkt der höchsten Kühllufttemperatur eine zusätzliche
Wassermenge zur Verfügung,
welche zum Kühlen
genutzt werden kann. Hierdurch kann die maximal auftretende Kühllufttemperatur,
welche die Auslegung des Wärmetauschers
bestimmt, deutlich gesenkt werden. In vorteilhafter Weise ist dabei
ein Sammelbehälter
zum Sammeln des Brennstoffzellen-Produktwassers
und eine Steuerung vorgesehen, über
welche die Zugabe des Brennstoffzellen-Produktwassers zum Kühlluftstrom gesteuert
wird. Die Steuerung kann dabei auf Grundlage der Kühllufttemperatur,
welche hierzu mit einem Temperaturfühler gemessen wird, oder z.
B. auf Grundlage des Zeitablaufs erfolgen.
-
Die
Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser kann dabei
auch dann eingesetzt werden, wenn die Abluft des Wärmetauschers nicht über das
Luftverteilungssystem in der Flugzeugkabine verteilt wird. Ebenso
kann die Verteilung der Abluft über
das Luftverteilungssystem in der Flugzeugkabine auch ohne die zusätzliche
Kühlung
durch die Verdunstung des Brennstoffzellen-Produktwassers vorgesehen
werden. Durch die Kombination dieser beiden Merkmale lässt sich
aber eine noch bessere Kühlung
erreichen, so dass der Wärmetauscher besonders
klein und leicht ausgeführt
werden kann.