EP3758823A1 - Reduktion von kondensstreifen beim betrieb von fluggeräten - Google Patents

Reduktion von kondensstreifen beim betrieb von fluggeräten

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EP3758823A1
EP3758823A1 EP19714307.6A EP19714307A EP3758823A1 EP 3758823 A1 EP3758823 A1 EP 3758823A1 EP 19714307 A EP19714307 A EP 19714307A EP 3758823 A1 EP3758823 A1 EP 3758823A1
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EP
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aircraft
exhaust gas
ambient air
heat engine
water
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Withdrawn
Application number
EP19714307.6A
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French (fr)
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Hermann Klingels
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a method for reducing contrails in the operation of aircraft with heat engine.
  • the invention further relates to an aircraft with a heat engine.
  • propulsion generators are powered by heat engines in combination with suitable propulsion engines (propulsors).
  • Propulsion and blowers which are also referred to as “fans" used as propulsion generators, also contributes to the
  • the water present in the exhaust gas generates contrails under certain conditions. These are formed when the warm, moist exhaust gas mixes with colder ambient air.
  • CONFIRMATION COPY larger - is important than the C0 2 emissions of aircraft and that contrails thus have a significant share in the climate impact of all air traffic.
  • US Pat. No. 7,971,438 B2 proposes a system of several heat exchangers (recuperators) with which water vapor present in the exhaust gas is at least partially condensed out.
  • recuperators are pure gas / gas heat exchangers. Since these are to work at low pressure and also with low temperature differences, they must be a big one
  • Aircraft increased.
  • An inventive method serves to reduce contrails in the operation of aircraft with heat engine. It involves causing condensation of moisture contained in the exhaust of the heat engine by mixing at least a portion of the exhaust with ambient air from the aircraft (ie, at least partially circulating around the aircraft or flowing along a surface of the aircraft). The condensed water is deposited on the aircraft, for example on an outer surface or at least partially within a cavity of the aircraft.
  • An aircraft according to the invention comprises a heat engine and at least one nozzle, which is adapted to exhaust gas arising during operation of the aircraft from the exhaust gas
  • the at least one nozzle (which may in particular be a Kemretetechniksdüse) in the operation of the aircraft at least partially from the Surrounding air flows around and / or arranged to emit the exhaust gas in the flow direction of the ambient air.
  • An aircraft according to the invention also has a
  • Separating device for separating condensed water from the gas mixture.
  • the aircraft is suitable for carrying out a method according to the invention in accordance with one of the embodiments disclosed in this document.
  • the inventive mixing of the exhaust gas with the ambient air allows effective cooling of the exhaust gas with the simplest means, in particular without large or heavy heat exchanger in the
  • the moisture contained in the exhaust gas can be cooled in this way below the dew point at which the relative humidity is 100% and thus saturation is reached; Below the dew point, condensation nuclei (such as dust, soot particles and / or electrically charged molecules) produce microscopically small water droplets.
  • the separated condensed water is collected, for example by means of a gutter of the aircraft. From there, the water can by means of a
  • At least a portion of the water may then be left overboard by a drain, and / or at least a portion of the water may be supplied to a water treatment and thereafter to the heat engine; in the latter case, for example, the water may be at least partially injected into the combustion chamber and / or at least partially fed to a steam generator, which may be adapted to generate heat from the water using exhaust gas.
  • Aircraft according to the invention may accordingly comprise a collecting gutter, condensate pump, discharge, water treatment device and / or a steam generator designed for said functions.
  • the mixing may be at least partially on an outer surface of the aircraft
  • the surface may be arranged, for example, on the fuselage, on a wing, a tail unit or an engine nacelle of the aircraft. Such a surface can be arranged behind the heat engine, with reference to an intended direction of flight, so that the exhaust gas, after it has left the engine
  • Heat engine flows directly to the surface.
  • At least a portion of the exhaust gas are passed through a conduit system to such, overflowed by ambient air surface;
  • a conduit system to such, overflowed by ambient air surface;
  • Such a conduit system preferably discharges into a nozzle (e.g., a nuclear engine nozzle) through which the exhaust (or a portion thereof) may be discharged for mixing (preferably in the direction of flow of ambient air); the nozzle is preferably arranged so that it is at least partially flowed around by the ambient air during operation.
  • a conduit system preferably comprises such a conduit system, at the end of which the at least one nozzle may be arranged.
  • the exhaust gas for example, at several different locations (eg on the fuselage and at least one of the wings, or at the top and bottom of at least one blade) passed to the aircraft and thus widely distributed, so that a particularly advantageous mixing ratio with a large proportion of cool ambient air: and a relatively small proportion of hot exhaust gas can be achieved.
  • the mixing takes place at least partially in one of at least part of the ambient air:
  • Flight device for this purpose have such a mixing channel in which the at least one nozzle can be arranged and / or in which it can be directed.
  • Such a mixing channel may have a variable inlet opening, by means of which an inflow of ambient air may be adjustable.
  • a method according to the invention can accordingly adjust the inflow by influencing such a variable
  • An aircraft according to the invention may comprise a corresponding actuation and control unit for setting such a variable intake opening.
  • a supply of the exhaust gas (or a portion of the exhaust gas) from the engine to the mixing duct can be effected by a conduit system;
  • An aircraft according to the invention may accordingly comprise such a pipeline system.
  • the precipitation of the condensed water may comprise centrifugal separation and / or centrifugation of at least a portion of the condensed water droplets, wherein in each case the exhaust gas and / or the gas mixture can be set in rotation; an aircraft according to the invention can according to at least one device for
  • condensed water include.
  • the separation of the condensed water comprises an electrostatic charging of water molecules in the exhaust gas and a steering of at least part of the charged condensed out
  • Water droplets to a (charging) complementary pole out (which then preferably acts as a collecting electrode).
  • the charging can, for example, by means of a
  • Spray electrode for Stoßionisation or to carry out a corona charging done In this way, the electrostatic forces can guide the resulting water droplets and thus facilitate a removal of the water, for example by means of a gutter from which the water - as mentioned above - can be sucked off.
  • a precipitation electrode that is to say correspondingly electrically charged
  • an aircraft according to the invention may preferably comprise a device having a first pole for electrostatically charging water molecules in the exhaust gas and a second (for the first) complementary pole (eg, a precipitation electrode) for attracting at least a portion of the charged condensed water droplets.
  • the first Pol can be formed, for example, as a spray electrode for impact ionization or for carrying out a corona charging.
  • the first pole is arranged inside the at least one nozzle. But the first pole can also be
  • At least one nozzle is directed towards an outer surface overflowed by at least part of the ambient air during operation of the aircraft, at least a portion of this surface can, analogously to the above, cover the second pole (the
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an aircraft according to the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an aircraft according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows the first exemplary embodiment of an aircraft 100 according to the invention.
  • the aircraft which is particularly suitable for carrying out a method according to the invention, comprises a heat engine 10 for driving the aircraft 100 as well as a conduit system 31, which is illustrated schematically in the figure, for this purpose
  • the nozzle 30 is at least partially surrounded by ambient air U and adapted to discharge the exhaust gas A passed through it in the direction of flow of the ambient air U at a surface 20 which is overflowed by the ambient air the along so the
  • the resulting gas mixture then flows along the surface 20 on.
  • the inventive mixing of the exhaust gas A with the ambient air U allows an efficient cooling in the exhaust gas contained moisture below the dew point, without the aircraft has to be equipped with heavy and bulky special devices such as (in the present application effective) heat exchangers.
  • the saturation vapor pressure in the gas mixture drops more than the cooling due to the cooling
  • Partial pressure of the water it comes to supersaturation and there are so-called condensation nuclei (for example on dust and / or soot particles and / or on electrically charged molecules) fine water droplets W.
  • condensation nuclei for example on dust and / or soot particles and / or on electrically charged molecules
  • the aircraft 100 further comprises a separation device 40, which in the present case comprises a spray electrode 41 for charging the water molecules according to the corona charging process (impact ionization) and a collecting electrode 42 which extends along the surface 20 as a result of an applied pole complementary to the discharge electrode ,
  • the electrostatic forces cause movement of the water droplets W toward the surface where they touch the surface 20 farther downstream and then e.g. be directed into a gutter 50.
  • Aircraft comprise a device for centrifugal separation and / or centrifugation of at least a portion of the condensed water (not shown).
  • the illustrated example of an aircraft 100 according to the invention also has a
  • Condensate pump 51 which is adapted to suck the water thus separated from the gutter 50.
  • the water can then be left overboard directly by means of a drain 52 and / or at least part of the water can be one
  • the water can for example be injected directly into the combustion chamber of the heat engine, or it can be fed to a steam generator (not shown), which uses the exhaust heat of the heat engine to generate steam.
  • FIG. 2 schematically shows an aircraft l00 'according to an alternative embodiment of the present invention.
  • the nozzle 30 of the aircraft 100 ' is arranged inside a mixing channel 60.
  • An inlet opening 61 of the mixing channel is variable by means of a flap 62 (and preferably an associated actuation and control unit, not shown), so that an inflow of ambient air U into the mixing channel 60 can be set, for example, depending on a respective current output of the heat engine and / or a temperature of the ambient air U.
  • the nozzle 30 of the aircraft l00 ' also has one
  • Spray electrode 41 for the electrostatic charging of water molecules in the exhaust gas.
  • An associated collecting electrode 42 'of the aircraft 100' is in the present
  • Embodiment formed as part of a channel wall of the mixing channel 60, to which the water droplets W are deflected due to the electrostatic forces.
  • the water thus separated is collected and removed analogously to the case shown in FIG.
  • the method comprises inducing a
  • Condensation of moisture contained in the exhaust gas A of the heat engine by mixing at least a portion of the exhaust gas with ambient air U of the aircraft and a separation of the condensed water on the aircraft.
  • an aircraft 100 100 'with a heat engine 10.
  • the aircraft comprises at least one nozzle 30, which is adapted to exhaust A from the
  • Heat engine of the aircraft at least partially in ambient air U of the aircraft to conduct and so to produce a gas mixture, and at least one separation device 40 for separating condensed water from the gas mixture.
  • reference numeral 40 for separating condensed water from the gas mixture.

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Reduzieren von Kondensstreifen beim Betrieb eines Fluggeräts (100, 100') mit Wärmekraftmaschine (10). Das Verfahren umfasst ein Herbeiführen einer Kondensation von im Abgas (A) der Wärmekraftmaschine enthaltener Feuchtigkeit durch Mischen wenigstens eines Teils des Abgases mit Umgebungsluft (U) des Fluggeräts sowie ein Abscheiden des auskondensierten Wassers am Fluggerät. Offenbart ist ferner ein Fluggerät (100, 100') mit einer Wärmekraftmaschine (10). Das Fluggerät umfasst mindestens eine Düse (30), die dazu eingerichtet ist, Abgas (A) aus der Wärmekraftmaschine des Fluggeräts mindestens zum Teil in Umgebungsluft (U) des Fluggeräts zu leiten und so ein Gasgemisch zu erzeugen, und mindestens eine Abscheidevorrichtung (40) zum Abscheiden auskondensierten Wassers aus dem Gasgemisch.

Description

Reduktion von Kondensstreifen beim Betrieb von Fluggeräten
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Kondensstreifen beim Betrieb von Fluggeräten mit Wärmekraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Fluggerät mit einer Wärmekraftmaschine.
Viele Fluggeräte werden durch Wärmekraftmaschinen in Kombination mit geeigneten Vortriebserzeugem (Propulsoren) angetrieben. Als Vortriebserzeuger werden Propeller und Gebläse (die auch als„Fans“ bezeichnet werden) verwendet, zudem trägt auch der
Abgasstrahl aus der Wärmekraftmaschine zum Vortrieb bei.
Die am meisten verwendeten Wärmekraftmaschinen sind Gasturbinen und Kolbenmotoren (Hubkolben, Kreiskolben), wobei letztere heute nur bei relativ kleinen Fluggeräten eingesetzt werden.
Als Energieträger werden derzeit fast ausschließlich fossile Kraftstoffe verwendet. Es gab auch Versuche mit flüssigem Wasserstoff oder flüssigem Erdgas. Bei der Verbrennung dieser Kraftstoffe entstehen unerwünschte Umweltbelastungen, die zur Klimaänderung beitragen:
Bei der Verbrennung fossiler Kraftstoffe entstehen hauptsächlich Kohlenstoffdioxid (C02) und Wasser (H20); darüber hinaus sind aber auch Stickoxide (NOx), Schwefeloxide (SOx), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CxHy) Kohlenstoffmonoxid (CO) etc. im Abgas zu finden. Bei Verwendung von Wasserstoff werden hauptsächlich Wasser und wegen der hohen Prozesstemperaturen auch Stickoxide (NOx) produziert.
Das im Abgas vorhandene Wasser erzeugt unter bestimmten Bedingungen Kondensstreifen. Diese werden gebildet, wenn sich das warme, feuchte Abgas mit kälterer Umgebungsluft mischt.
Die Auswirkung der Kondensstreifen und der daraus entstehenden Zirruswolken auf die globale Klimaveränderung wird unter Experten kontrovers diskutiert. Viele Fachleute sind der Meinung, dass die Auswirkung der Kondensstreifen von ähnlicher - wenn nicht sogar
BESTÄTIGUNGSKOPIE größerer - Bedeutung ist als der C02 Ausstoß von Flugzeugen und dass Kondensstreifen damit an der Klimawirkung des gesamten Flugverkehrs einen wesentlichen Anteil haben.
Zur Entfeuchtung von Abgasströmen eines Gasturbinenmotors wird in der Druckschrift US 7 971 438 B2 ein System von mehreren Wärmetauschern (Rekuperatoren) vorgeschlagen, mit denen im Abgas vorhandener Wasserdampf zumindest teilweise auskondensiert wird.
Die Rekuperatoren sind dabei reine Gas/Gas - Wärmetauscher. Da diese bei niedrigem Druck und auch mit geringen Temperaturdifferenzen arbeiten sollen, müssen sie ein großes
Volumen aufweisen. Die einsetzbaren Wärmetauscher sind daher schwer und erzeugen zudem große Druckverluste. Insbesondere wird dadurch der Treibstoffverbrauch des
Fluggeräts erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Technik
bereitzustellen, mit der die Bildung von Kondensstreifen beim Betrieb von Fluggeräten unter Vermeidung der genannten Nachteile reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Fluggerät gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen, der
Beschreibung und den Figuren offenbart.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Reduzieren von Kondensstreifen beim Betrieb von Fluggeräten mit Wärmekraftmaschine. Es umfasst ein Herbeiführen einer Kondensation von im Abgas der Wärmekraftmaschine enthaltener Feuchtigkeit, indem mindestens ein Teil des Abgases mit Umgebungsluft des Fluggeräts (die also das Fluggerät mindestens teilweise umströmt bzw. an einer Oberfläche des Fluggeräts entlangströmt) gemischt wird. Das auskondensierte Wasser wird am Fluggerät abgeschieden, beispielsweise an einer Außenfläche oder mindestens teilweise innerhalb eines Hohlraums des Fluggeräts.
Ein erfindungsgemäßes Fluggerät umfasst eine Wärmekraftmaschine und mindestens eine Düse, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Fluggeräts entstehendes Abgas aus der
Wärmekraftmaschine mindestens teilweise in Umgebungsluft des Fluggeräts einzuleiten und so ein Gasgemisch zu erzeugen; vorzugsweise ist die mindestens eine Düse (die insbesondere eine Kemtriebwerksdüse sein kann) im Betrieb des Fluggeräts mindestens teilweise von der Umgebungsluft umströmt und/oder dazu eingerichtet, das Abgas in Strömungsrichtung der Umgebungsluft abzugeben. Ein erfindungsgemäßes Fluggerät weist ferner eine
Abscheidevorrichtung zum Abscheiden auskondensierten Wassers aus dem Gasgemisch auf. Insbesondere eignet sich das Fluggerät zum Durchfuhren eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausfiihrungsformen.
Das erfindungsgemäße Mischen des Abgases mit der Umgebungsluft (die eine niedrigere Temperatur als das Abgas aufweist) ermöglicht eine wirkungsvolle Kühlung des Abgases mit einfachsten Mitteln, insbesondere ohne dass große oder schwere Wärmetauscher in das
Fluggerät integriert und mit diesem mitgefuhrt werden müssen. Die im Abgas enthaltene Feuchtigkeit kann auf diese Weise unter den Taupunkt, an dem die relative Feuchte 100% beträgt und damit Sättigung erreicht ist, abgekühlt werden; unterhalb des Taupunkts entstehen an Kondensationskeimen (wie beispielsweise an Staub, Rußpartikeln und/oder elektrisch geladenen Molekülen) mikroskopisch kleine Wassertröpfchen.
Vorzugsweise wird das abgeschiedene auskondensierte Wasser aufgefangen, beispielsweise mittels einer Auffangrinne des Fluggeräts. Von dort kann das Wasser mittels einer
Kondensatpumpe abgesaugt werden. Mindestens ein Teil des Wassers kann dann direkt durch eine Ableitung über Bord gelassen werden, und/oder mindestens ein Teil des Wassers kann einer Wasseraufbereitung und danach der Wärmekraftmaschine zugefiihrt zu werden; im letzteren Fall kann das Wasser beispielsweise mindestens teilweise in die Brennkammer eingespritzt und/oder mindestens teilweise einem Dampferzeuger zugefiihrt werden, der dazu eingerichtet sein kann, aus dem Wasser unter Ausnutzung von Abgas wärme Dampf zu erzeugen. Ein
erfindungsgemäßes Fluggerät kann entsprechend eine derart für die genannten Funktionen konzipierte Auffangrinne, Kondensatpumpe, Ableitung, Vorrichtung zur Wasseraufbereitung und/oder einen Dampferzeuger umfassen.
Das Mischen kann mindestens teilweise an einer äußeren Oberfläche des Fluggeräts
(insbesondere in einer sich am Fluggerät ausbildenden (fluiddynamischen) Grenzschicht) erfolgen, an der mindestens ein Teil der Umgebungsluft entlangströmt. Die Oberfläche kann beispielsweise am Rumpf, an einem Flügel, einem Leitwerk oder einer Triebwerksgondel des Fluggeräts angeordnet sein. Eine derartige Oberfläche kann - bezogen auf eine vorgesehene Flugrichtung - hinter der Wärmekraftmaschine angeordnet sein, so dass das Abgas nach seinem Austritt aus der
Wärmekraftmaschine unmittelbar auf die Oberfläche strömt.
Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens ein Teil des Abgases durch ein Leitungssystem zu einer derartigen, von Umgebungsluft überströmten Oberfläche geführt werden; auf diese Weise kann beispielsweise eine für das Mischen und/oder Abscheiden und/oder ggf. das Auffangen besonders vorteilhafte Oberflächenstruktur ausgenutzt werden.
Ein solches Leitungssystem mündet vorzugsweise in einer Düse (z.B. einer Kemtriebwerksdüse), durch die das Abgas (bzw. ein Teil desselben) zum Mischen (bevorzugt in Strömungsrichtung der Umgebungsluft) abgelassen werden kann; die Düse ist bevorzugt so angeordnet, dass sie im Betrieb mindestens teilweise von der Umgebungsluft umströmt wird. Dem entsprechend kann ein erfindungsgemäßes Fluggerät ein solches Leitungssystem umfassen, an dessen Ende die mindestens eine Düse angeordnet sein kann.
Insbesondere kann mittels eines derartigen Leitungssystems das Abgas beispielsweise an mehrere verschiedene Stellen (z.B. am Rumpf und an mindestens einem der Flügel, oder an Ober- und Unterseite mindestens eines Fügels) am Fluggerät geleitet und damit weit verteilt werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Mischungsverhältnis mit einem großen Anteil kühler Umgebungsluft: und einem relativ kleinen Anteil heißen Abgases erzielt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Mischen mindestens teilweise in einem von zumindest einem Teil der Umgebungsluft:
durchströmten, im Fluggerät ausgebildeten Mischkanal; entsprechend kann ein
erfindungsgemäßes Fluggerät hierzu einen derartigen Mischkanal aufweisen, in dem die mindestens eine Düse angeordnet und/oder in den hinein sie gerichtet sein kann.
Ein derartiger Mischkanal kann eine variable Einlauföffnung aufweisen, mittels deren ein Zufluss an Umgebungsluft einstellbar sein kann. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann entsprechend ein Einstellen des Zuflusses durch Beeinflussen einer solchen variablen
Einlauföffnung umfassen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer jeweils aktuellen Leistung der Wärmekraftmaschine und/oder einer Temperatur der Umgebungsluft. Auf diese Weise kann ein für die Kondensation vorteilhaftes Mischverhältnis unter Vermeidung einer hohen, die Abscheidung und/oder ein Auffangen des abgeschiedenen Wassers erschwerenden Strömung erreicht werden. Ein erfindungsgemäßes Fluggerät kann eine entsprechende Betätigungs- und Steuereinheit zum Einstellen einer solchen variablen Einlauföffhung umfassen.
Eine Zuführung des Abgases (bzw. eines Teils des Abgases) vom Triebwerk zu dem Mischkanal kann durch ein Leitungssystem erfolgen; ein erfindungsgemäßes Fluggerät kann entsprechend ein derartiges Leitungssystem umfassen.
Das Abscheiden des auskondensierten Wassers kann ein Fliehkraftabscheiden und/oder ein Auszentrifugieren mindestens eines Teils der auskondensierten Wassertröpfchen umfassen, wobei jeweils das Abgas und/oder das Gasgemisch in Rotation versetzt werden kann; ein erfindungsgemäßes Fluggerät kann entsprechend mindestens eine Vorrichtung zum
Fliehkraftabscheiden und/oder zum Auszentrifugieren mindestens eines Teils des
auskondensierten Wassers umfassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Abscheiden des auskondensierten Wassers ein elektrostatisches Aufladen von Wassermolekülen im Abgas sowie ein Lenken mindestens eines Teils der aufgeladenen auskondensierten
Wassertröpfchen zu einem (zur Aufladung) komplementären Pol hin (der dann vorzugsweise als eine Niederschlagselektrode wirkt). Das Aufladen kann beispielsweise mittels einer
Sprühelektrode zur Stoßionisation bzw. zum Durchfuhren einer Korona-Aufladung erfolgen. Auf diese Weise können die elektrostatischen Kräfte die entstandenen Wassertröpfchen geeignet lenken und damit einen Abtransport des Wassers erleichtern, beispielsweise mittels einer Auffangrinne, von der aus das Wasser - wie oben erwähnt - abgesaugt werden kann. In
Ausführungsvarianten, bei denen wie oben beschrieben das Mischen mindestens teilweise an einer äußere Oberfläche des Fluggeräts erfolgt, kann zumindest ein Bereich dieser Oberfläche als Niederschlagselektrode ausgebildet (also entsprechend elektrisch geladen) sein; so kann eine Bewegung der Wassertröpfchen zur Oberfläche hin bewirkt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fluggerät kann dem entsprechend vorzugsweise eine Vorrichtung mit einem ersten Pol zum elektrostatischen Aufladen von Wassermolekülen im Abgas und einem zweiten, (zum ersten) komplementären Pol (z.B. einer Niederschlagselektrode) zum Anziehen mindestens eines Teils der aufgeladenen auskondensierten Wassertröpfchen aufweisen. Der erste Pol kann beispielsweise als Sprühelektrode zur Stoßionisation bzw. zum Durchfuhren einer Korona- Aufladung ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der erste Pol im Inneren der mindestens einen Düse angeordnet. Der erste Pol kann aber auch
stromabwärts der Düse angeordnet sein.
In Ausführungsvarianten, bei denen die mindestens eine Düse auf eine im Betrieb des Fluggeräts von mindestens einem Teil der Umgebungsluft überströmte äußere Oberfläche gerichtet ist, kann analog zum Obigen zumindest ein Bereich dieser Oberfläche den zweiten Pol (die
Niederschlagselektrode) ausbilden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 : eine erste exemplarische Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen Fluggeräts; und Figur 2: eine zweite exemplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluggeräts.
In Figur 1 ist schematisch erstes Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemäßen Fluggeräts 100 gezeigt. Das Fluggerät, das insbesondere zur Durchführung eines erfmdungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, umfasst eine Wärmekraftmaschine 10 zum Antrieb des Fluggeräts 100 sowie ein in der Figur schematisch verdeutlichtes Leitungssystem 31, das dazu
eingerichtet ist, Abgas A aus der Wärmekraftmaschine zu einer Düse 30 zu leiten.
Die Düse 30 ist im dargestellten Betrieb des Fluggeräts (im Bereich einer Grenzschicht) zumindest teilweise von Umgebungsluft U umströmt und dazu eingerichtet, das durch sie hindurchgeführte Abgas A in Strömungsrichtung der Umgebungsluft U an einer Oberfläche 20 abzugeben, die von der Umgebungsluft überströmt wird (an der entlang also die
Umgebungsluft strömt). Das Abgas A und der jeweilige Teil der Umgebungsluft U
vermischen sich also an der Oberfläche 20. Das entstehende Gasgemisch strömt dann entlang der Oberfläche 20 weiter. Das erfindungsgemäße Mischen des Abgases A mit der Umgebungsluft U erlaubt eine effiziente Abkühlung im Abgas enthaltener Feuchtigkeit unter den Taupunkt, ohne dass das Fluggerät dafür mit schweren und sperrigen Spezialvorrichtungen wie beispielsweise (im vorliegenden Anwendungsbereich effektiven) Wärmetauschern ausgestattet werden muss. Der Sättigungsdampfdruck im Gasgemisch sinkt durch die Abkühlung stärker ab als der
Partialdruck des Wassers, es kommt zur Übersättigung und es entstehen an sogenannten Kondensationskeimen (z.B. an Staub- und/oder Rußpartikeln und/oder an elektrisch geladenen Molekülen) feine Wassertröpfchen W.
Das Fluggerät 100 weist weiterhin eine Abscheidevorrichtung 40 auf, die im vorliegenden Fall eine Sprühelektrode 41 zum Aufladen der Wassermoleküle nach dem Korona- Aufladeverfahren (Stoßionisation) und eine Niederschlagselektrode 42 umfasst, die sich infolge eines angelegten, zur Sprühelektrode komplementären Pols entlang der Oberfläche 20 erstreckt. Die elektrostatischen Kräfte bewirken eine Bewegung der Wassertröpfchen W in Richtung der Oberfläche, wo sie weiter stromabwärts die Oberfläche 20 berühren und dann z.B. in eine Auffangrinne 50 geleitet werden.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Abscheidevorrichtung eines erfindungsgemäßen
Fluggeräts eine Vorrichtung zum Fliehkraftabscheiden und/oder zum Auszentrifugieren mindestens eines Teils des auskondensierten Wassers umfassen (nicht dargestellt).
Das dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen Fluggeräts 100 weist zudem eine
Kondensatpumpe 51 auf, die dazu eingerichtet ist, das so abgeschiedene Wasser aus der Auffangrinne 50 abzusaugen. Das Wasser kann dann direkt mittels einer Ableitung 52 über Bord gelassen werden, und/oder mindestens ein Teil des Wassers kann einer
Wasseraufbereitung 53 und danach - durch ein (in der Figur schematisch verdeutlichtes) Kanalsystem 54 hindurch - der Wärmekraftmaschine 10 zugeführt zu werden. Dort kann das Wasser beispielsweise direkt in die Brennkammer der Wärmekraftmaschine eingespritzt werden, oder es kann einem Dampferzeuger zugeführt werden (nicht dargestellt), der die Abgaswärme der Wärmekraftmaschine zum Generieren von Dampf nutzt.
In Figur 2 ist schematisch ein Fluggerät l00‘ gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Unterschied zum in Figur 1 dargestellten Fluggerät 100 ist die Düse 30 des Fluggeräts 100‘ im Inneren eines Mischkanals 60 angeordnet. Das Fluggerät teilweise (nämlich ausgehend von der Düse stromaufwärts) überströmende Umgebungsluft (vorzugsweise aus einer Grenzschicht) durchströmt den Kanal 60 und wird dabei mit Abgas A gemischt.
Eine Einlaufoffnung 61 des Mischkanals ist mittels einer Klappe 62 (und vorzugsweise einer zugehörigen, nicht gezeigten Betätigungs- und Steuereinheit) variabel, so dass ein Zufluss an Umgebungsluft U in den Mischkanal 60 einstellbar ist, beispielsweise abhängig von einer jeweils aktuellen Leistung der Wärmekraftmaschine und/oder einer Temperatur der Umgebungsluft U.
Wie im in Figur 1 gezeigten Beispiel weist auch die Düse 30 des Fluggeräts l00‘ eine
Sprühelektrode 41‘ zum elektrostatischen Aufladen von Wassermolekülen im Abgas auf. Eine zugehörige Niederschlagselektrode 42‘ des Fluggeräts 100‘ ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel als Teil einer Kanalwand des Mischkanals 60 ausgebildet, zu der hin die Wassertröpfchen W infolge der elektrostatischen Kräfte gelenkt werden. Das so abgeschiedene Wasser wird analog zum in Figur 1 gezeigten Fall aufgefangen und abgeführt.
Offenbart ist ein Verfahren zum Reduzieren von Kondensstreifen beim Betrieb eines Fluggeräts 100, 100‘ mit Wärmekraftmaschine 10. Das Verfahren umfasst ein Herbeiführen einer
Kondensation von im Abgas A der Wärmekraftmaschine enthaltener Feuchtigkeit durch Mischen wenigstens eines Teils des Abgases mit Umgebungsluft U des Fluggeräts sowie ein Abscheiden des auskondensierten Wassers am Fluggerät.
Offenbart ist ferner ein Fluggerät 100, l00‘ mit einer Wärmekraftmaschine 10. Das Fluggerät umfasst mindestens eine Düse 30, die dazu eingerichtet ist, Abgas A aus der
Wärmekraftmaschine des Fluggeräts mindestens zum Teil in Umgebungsluft U des Fluggeräts zu leiten und so ein Gasgemisch zu erzeugen, und mindestens eine Abscheidevorrichtung 40 zum Abscheiden auskondensierten Wassers aus dem Gasgemisch. Bezugszeichen
10 Wärmekraftmaschine 20 Oberfläche des Fluggeräts
30 Düse
31 Leitungssystem 40 Abscheidungsvorrichtung
41 , 4 G Sprühelektrode
42, 42‘Niederschlagselektrode
50 Auffangrinne
51 Kondensatpumpe
52 Ableitung
53 Wasseraufbereitung
54 Kanalsystem 60 Mischkanal
61 variable EinlaufÖffnung
62 verstellbare Klappe
100, 100‘ Fluggerät
A Abgas
U Umgebungsluft
W auskondensierte Wassertröpfchen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reduzieren von Kondensstreifen beim Betrieb eines Fluggeräts (100, l00‘) mit Wärmekraftmaschine (10), das umfasst:
- ein Herbeiführen einer Kondensation von im Abgas (A) der Wärmekraftmaschine enthaltener Feuchtigkeit durch Mischen wenigstens eines Teils des Abgases mit Umgebungsluft (U) des Fluggeräts sowie
- ein Abscheiden des auskondensierten Wassers am Fluggerät.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mischen mindestens teilweise an einer äußeren Oberfläche (20) des Fluggeräts erfolgt, an der mindestens ein Teil der Umgebungsluft entlangströmt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Mischen mindestens teilweise in einem von zumindest einem Teil der Umgebungsluft (U) durchströmten Mischkanal (60) im Fluggerät erfolgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ein Einstellen eines Zuflusses an Umgebungsluft (U) in den Mischkanal (60) durch Beeinflussen einer variablen Einlauföffhung (61) des Mischkanals umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden umfasst:
- ein elektrostatisches Aufladen von Wassermolekülen im Abgas und ein Lenken aufgeladener auskondensierter Wassertröpfchen (W) zu einem komplementären Pol (42, 42‘) hin und/oder
- ein Fliehkraftabscheiden und/oder ein Auszentrifugieren mindestens eines mindestens eines Teils des auskondensierten Wassers.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Absaugen des
abgeschiedenen Wassers mit einer Kondensatpumpe (51) umfasst.
7. Fluggerät (100, 100‘) mit einer Wärmekraftmaschine (10), das zudem aufweist: mindestens eine Düse (30), die dazu eingerichtet ist, Abgas (A) aus der Wärmekraftmaschine des Fluggeräts mindestens zum Teil in Umgebungsluft (U) des Fluggeräts zu leiten und so ein Gasgemisch zu erzeugen, und
mindestens eine Abscheidevorrichtung (40) zum Abscheiden auskondensierten Wassers aus dem Gasgemisch.
Fluggerät gemäß Anspruch 7, wobei die mindestens eine Düse (30) dazu eingerichtet ist, durch sie hindurchgeleitetes Abgas (A)
- an einer im Betrieb des Flugbetriebs von mindestens einem Teil der Umgebungsluft (U) überströmten äußeren Oberfläche (20) des Fluggeräts und/oder
- in einen im Betrieb des Fluggeräts von mindestens einem Teil der Umgebungsluft (U) durchströmten Mischkanal (60) hinein
abzugeben.
Fluggerät gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die mindestens eine
Abscheidevorrichtung umfasst:
einen ersten Pol (41) zum elektrostatischen Aufladen von Wassermolekülen im Abgas und einen zweiten, komplementären Pol (42, 42‘) zum Anziehen aufgeladener auskondensierter Wassertröpfchen (W) und/oder
eine Vorrichtung zum Fliehkraftabscheiden und/oder zum Auszentrifugieren mindestens eines Teils des auskondensierten Wassers.
10. Fluggerät gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, das zudem mindestens eine Auffangrinne (50) für abgeschiedenes Wasser und/oder eine Kondensatpumpe (51) zum Absaugen abgeschiedenen Wassers umfasst.
11. Fluggerät gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
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