ES2381475T3 - Aeronave con alimentación de energía híbrida - Google Patents
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Abstract
Aeronave con alimentación de energia hibrida que comprende: -una estructura externa (12 a 20), -equipos electricos (34), -medios de propulsión (40) de combustión interna, -medios de alimentación de energia de los medios de propulsión, -una pluralidad de convertidores directos de energia luminosa en energia electrica (22 a 30), dispuestos al menos en una parte de la superficie externa de la estructura externa; -medios (32) para comparar la energia electrica producida por los citados convertidores con el consumo instantaneo de los citados equipos electricos (34); - medios (36) para recuperar la energia electrica excedente si esta existe, y - medios (38, 46, 50) para facilitar a los citados medios de propulsión (40) un complemento de energia a partir de la citada energia electrica excedente, si esta existe.
Description
Aeronave con alimentaci6n de energia hibrida
La presente invenci6n tiene por objeto una aeronave con alimentaci6n de energia mixta.
La casi totalidad de las aeronaves son propulsadas por intermedio de motores termicos de combusti6n interna. Puede tratarse de motores de pistones de dos o de cuatro tiempos para las aeronaves de pequena potencia o mas frecuentemente de turbomaquinas para las aeronaves de potencia mas elevada.
Este tipo de maquinas de propulsi6n utiliza hidrocarburos, en particular gasolina o queroseno. Visto el coste de los hidrocarburos y la mucha mayor atenci6n que se presta al problema de la contaminaci6n, seria interesante poder disminuir el consumo de hidrocarburos y especialmente de queroseno.
Con este objetivo, se ha propuesto a titulo experimental una propulsi6n electrica de aeronaves. En este caso, la fuente de energia se obtiene de acumuladores o eventualmente de una pila de combustible, o bien de paneles solares dispuestos en las estructuras externas de la aeronave, y el motor es electrico.
El documento WO 96/28343 A (AEROVIRONMENT INC [US]) considerado como el estado de la tecnica mas pr6ximo, describe una aeronave con alimentaci6n de energia hibrida, que comprende
- -
- una estructura externa,
- -
- equipos electricos,
- -
- medios de propulsi6n electrica; y
- -
- medios de alimentaci6n de energia de los medios de propulsi6n,
- -
- una pluralidad de convertidores directos de energia luminosa en energia electrica, dispuestos al menos en una parte de la superficie externa de la estructura externa,
- -
- medios para recuperar la energia electrica excedente si la hay.
Sin embargo, habida cuenta del coste actual de los sensores solares y de su rendimiento relativamente pequeno, las aplicaciones son muy limitadas, en cuanto a la propulsi6n de aeronaves por motor electrico.
No obstante, se realizan actualmente esfuerzos importantes para mejorar el rendimiento de sensores solares y para disminuir el coste.
Un objeto de la presente invenci6n es facilitar una aeronave con alimentaci6n de energia mixta que permita reducir el consumo de hidrocarburo con respecto a las soluciones clasicas, en el caso en que la velocidad de esta aeronave no sea demasiado elevada, por ejemplo inferior a 300 km/h.
Para conseguir este objetivo, de acuerdo con la invenci6n, la aeronave con alimentaci6n de energia hibrida comprende:
- -
- una estructura externa,
- -
- equipos electricos,
- -
- medios de propulsi6n de combusti6n interna y
- -
- medios de alimentaci6n de energia de los medios de propulsi6n
- -
- una pluralidad de convertidores directos de energia luminosa en energia electrica, dispuestos al menos en una parte de la superficie externa de la estructura externa, y
- -
- medios para comparar la energia electrica producida por los citados convertidores con la energia instantanea de los citados equipos electricos;
- -
- medios para recuperar la energia electrica excedente si la hay, y
- -
- medios para facilitar a los citados medios de propulsi6n un complemento de energia a partir de la citada energia electrica excedente si esta existe.
Se comprende que, gracias a las disposiciones de la invenci6n, la aeronave dispone como fuente de energia complementaria la energia electrica producida por los convertidores directos de energia luminosa en energia electrica. Estos medios de alimentaci6n de energia complementaria son utilizados preferentemente para satisfacer al
consumo instantaneo de los equipos electricos de la aeronave y el eventual exceso de energia electrica es facilitado a los medios de propulsi6n del tipo de combusti6n interna.
Se obtiene, asi, una gesti6n 6ptima del conjunto de la energia disponible y en particular de la energia electrica disponible. Otra ventaja de esta invenci6n es facilitar una fuente de alimentaci6n electrica de emergencia en caso de averia de los otros medios.
- �e
- acuerdo con un primer modo de puesta en practica, la aeronave esta caracterizada porque los medios para facilitar el complemento de energia comprenden al menos un motor electrico alimentado por el citado excedente de energia electrica si existe, cooperando el citado motor electrico con los citados medios de propulsi6n.
Se comprende que en este primer modo de puesta en practica, el complemento de energia excedente producido por los convertidores de energia luminosa en energia electrica sirve para alimentar un motor electrico que coopera con los medios de propulsi6n.
- �e
- acuerdo con un segundo modo de puesta en practica, la aeronave esta caracterizada porque los citados medios para facilitar energia complementaria comprenden
- -
- un conjunto para producir hidr6geno a partir del agua, siendo alimentado el citado conjunto de producci6n de hidr6geno por la citada energia electrica excedente si esta existe, y
- -
- medios para facilitar el hidr6geno a los medios de producci6n de energia termica.
Se comprende que en este segundo modo de puesta en practica, la energia electrica sirve para producir hidr6geno a partir del agua disponible y se preven igualmente medios para facilitar el hidr6geno al medio de propulsi6n de combusti6n interna.
En este segundo modo de puesta en practica, la aeronave esta caracterizada preferentemente porque comprende
- -
- medios para condensar al menos una parte de los gases de escape, de los medios de propulsi6n;
- -
- medios para recuperar el agua liquida en los productos de condensado; y
- -
- medios para alimentar el conjunto de producci6n de hidr6geno con el agua asi obtenida.
Otras caracteristicas y ventajas de la invenci6n se pondran mejor de manifiesto con la lectura de la descripci6n que sigue de varios modos de realizaci6n de la invenci6n dados a titulo de ejemplos no limitativos. La descripci6n se refiere a las figuras anejas, en las cuales:
- -
- la figura � es una vista esquematica de una aeronave equipada con convertidores de energia luminosa/energia electrica;
- -
- la figura 2 es un esquema del dispositivo de producci6n de energia de acuerdo con un primer modo de puesta en practica; y
- -
- la figura 3 es un esquema que muestra el segundo modo de realizaci6n de producci6n de energia electrica.
En la figura �, se ha representado de modo muy esquematico la estructura externa de una aeronave �0 con su fusilaje �2 y sus alas �4 y �6 y sus planos estabilizadores �8 y 20. Cada uno de estos elementos constitutivos de la estructura externa de la aeronave �0 esta equipado con convertidores de energia luminosa en energia electrica que llevan respectivamente las referencias 22, 24, 26, 28 y 30. Es evidente que la figura � es facilitada �nicamente a titulo de ejemplo y que las zonas recubiertas de convertidores de energia luminosa/energia electrica estarian adaptadas a la forma particular de la estructura externa de la aeronave.
Refiriendose en primer lugar a la figura 2, se va a describir un primer modo de realizaci6n de la invenci6n para facilitar una energia complementaria electrica a los medios de propulsi6n de la aeronave.
En esta figura, se ha representado un panel solar, por ejemplo el panel 24 de la figura � que esta unido a un dispositivo de gesti6n electrica 32. Este dispositivo de gesti6n electrica recibe una senal de mando C que es representativa de las necesidades de energia electrica de los equipos electricos 34 de la aeronave en cada instante. Los circuitos del dispositivo de gesti6n 32 comprenden medios de comparaci6n de la energia electrica facilitada instantaneamente por el conjunto de los paneles solares, con la senal C representativa de las necesidades de los equipos electricos de la aeronave. Si estas necesidades existen, al menos una parte de la energia electrica producida por los paneles solares 24, etc., sera transmitida a los equipos electricos de la aeronave. El exceso de energia electrica es transmitido a una caja electr6nica 36 de gesti6n de medios motores electricos que llevan la referencia general 38 y que estan acoplados al arbol de baja presi6n, o al arbol de alta presi6n de los medios de propulsi6n de la aeronave en el caso en que la aeronave sea propulsada por una turbomaquina. Esta caja electr6nica 36 manda la alimentaci6n de la maquina electrica 38 que, preferentemente, esta constituida por el
arrancador electrico o por una generatriz apta para funcionar como motor que esta disponible en todos los medios de propulsi6n de aeronave.
Se comprende asi que, gracias a la invenci6n, la energia electrica producida por los paneles solares tales como 24 es, gracias al dispositivo de gesti6n 32, asignada primero a los equipos electricos 34 de la aeronave. Esta energia electrica puede ser transmitida en parte a los equipos electricos 34 y en parte a la caja electr6nica 36 seg�n las necesidades instantaneas de energia electrica de los equipos electricos de la aeronave. El excedente de energia electrica, si este es detectado por el dispositivo 32, es utilizado para alimentar el motor electrico 38 por intermedio de la caja electr6nica, lo que permite una aportaci6n de energia a los motores termicos de combusti6n interna 40 de la aeronave o una economia de potencia mecanica trasvasada a estos motores 40 para ser transformada en potencia electrica.
�ebera subrayarse que existiendo ya los medios motores electricos, incluso si estos no son siempre reversibles, la puesta en practica de la invenci6n no implica la colocaci6n de equipos suplementarios.
Refiriendose ahora a la figura 3, se va a describir un segundo modo de realizaci6n de la invenci6n. �e acuerdo con este segundo modo de realizaci6n, el exceso eventual de energia electrica producida por los sensores solares es utilizado para hidrolizar el agua con el fin de producir hidr6geno que sera mezclado con el carburante. En esta figura 3, se ha representado un convertidor de energia luminosa/energia electrica 24 que esta conectado a un circuito 32 de gesti6n electrica que tiene exactamente la misma funci6n que el que ha sido descrito en relaci6n con la figura 2.
La energia electrica que exceda con respecto a las necesidades de los equipos electricos de la aeronave es utilizada en un hidrolizador 44 alimentado de agua. El hidr6geno producido por el hidrolizador 44 es almacenado en un dep6sito 46. Por otra parte, el carburante estandar, por ejemplo el queroseno, es almacenado en el dep6sito 48. El hidr6geno almacenado en el dep6sito 46 y el carburante almacenado en el dep6sito 48 alimentan un circuito de regulaci6n de los carburantes �0 que, en funci6n de las disponibilidades de hidr6geno, define la mezcla 6ptima hidr6geno/carburante que sirve para alimentar el motor termico 40 de la aeronave.
Preferentemente, el agua que sirve para alimentar el hidrolizador 44 es recuperada en los gases de escape del motor termico 40. Para esto, un circuito enfriador �2 enfria los gases de escape y distribuye por el conducto �4 la fracci6n de gases de escape enfriada mientras que la porci6n no reciclada es evacuada por el conducto �6. Los gases de escape enfriados que alimentan el conducto �4 son encaminados hacia un circuito 60 de separaci6n del agua y del gas carb6nico. La mezcla gas carb6nico/nitr6geno es evacuada del separador 60 por el conducto 62, mientras que el agua separada del resto de los gases de escape es encaminada por el conducto 64 hacia el hidrolizador 44.
Se comprende que este segundo modo de realizaci6n de la invenci6n presenta todas las ventajas del primero puesto que la producci6n de energia electrica por los sensores solares es gestionada por el circuito 32 para alimentar en prioridad a los equipos electricos de la aeronave y que solamente la parte excedente si esta existe sirve para alimentar el hidrolizador y por tanto para producir el hidr6geno que constituira una parte del carburante para el motor termico 40. Ademas, hay que anadir que en el modo preferido de realizaci6n de la invenci6n descrito en relaci6n con la figura 3, el agua utilizada en el hidrolizador es recuperada en los gases de escape del motor de combusti6n interna 40. Sin embargo, es evidente que no se saldria de la invenci6n si se utilizara una fuente de agua aut6noma aunque esto no constituye la soluci6n 6ptima.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES�. Aeronave con alimentaci6n de energia hibrida que comprende: -una estructura externa (�2 a 20), -equipos electricos (34),5 -medios de propulsi6n (40) de combusti6n interna, -medios de alimentaci6n de energia de los medios de propulsi6n, -una pluralidad de convertidores directos de energia luminosa en energia electrica (22 a 30), dispuestos almenos en una parte de la superficie externa de la estructura externa; -medios (32) para comparar la energia electrica producida por los citados convertidores con el consumo10 instantaneo de los citados equipos electricos (34);
- -
- medios (36) para recuperar la energia electrica excedente si esta existe, y
- -
- medios (38, 46, �0) para facilitar a los citados medios de propulsi6n (40) un complemento de energia a partir
de la citada energia electrica excedente, si esta existe. - 2. Aeronave de acuerdo con la reivindicaci6n �, caracterizada porque los medios para producir el complemento de15 energia comprenden al menos un motor electrico (38) alimentado por el citado excedente de energia electrica si este existe, cooperando el citado motor electrico con los citados medios de propulsi6n (40).
- 3. Aeronave de acuerdo con la reivindicaci6n 2, caracterizada porque el citado motor electrico (38) es el arrancador de los medios de propulsi6n.
- 4. Aeronave de acuerdo con la reivindicaci6n �, caracterizada porque los citados medios para producir energia 20 complementaria comprenden
- -
- un conjunto para producir hidr6geno (44) a partir del agua, siendo alimentado el citado conjunto de producci6n de hidr6geno por la citada energia electrica excedente, si esta existe, y
- -
- medios (46, �0) para facilitar el hidr6geno a los medios de producci6n de energia termica
�. Aeronave de acuerdo con la reivindicaci6n 4, caracterizada porque comprende25 -medios (�2) para condensar al menos una parte de los gases de escape, de los medios de propulsi6n (40); -medios (60) para recuperar el agua liquida en los productos de condensado; y -medios (64) para alimentar el conjunto de producci6n de hidr6geno con el agua asi obtenida. - 6. Aeronave de acuerdo con la reivindicaci6n �, caracterizada porque los citados medios de producci6n de energiatermica comprenden un circuito de regulaci6n de los carburantes (�0), siendo inyectado el hidr6geno producido por 30 los medios de producci6n de hidr6geno (44, 46) en la citada camara de combusti6n.
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