RU2443606C2 - Установка кондиционирования воздуха воздушного судна и способ управления работой этой установки - Google Patents
Установка кондиционирования воздуха воздушного судна и способ управления работой этой установки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443606C2 RU2443606C2 RU2009101941/11A RU2009101941A RU2443606C2 RU 2443606 C2 RU2443606 C2 RU 2443606C2 RU 2009101941/11 A RU2009101941/11 A RU 2009101941/11A RU 2009101941 A RU2009101941 A RU 2009101941A RU 2443606 C2 RU2443606 C2 RU 2443606C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- compressor
- fuel battery
- aircraft
- engine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 100
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 118
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 25
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
- B64D2013/0618—Environmental Control Systems with arrangements for reducing or managing bleed air, using another air source, e.g. ram air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
- B64D2013/0644—Environmental Control Systems including electric motors or generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
- B64D2041/005—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Duct Arrangements (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к технике обработки воздуха на воздушных судах. Установка (10) кондиционирования воздуха воздушного судна включает в себя компрессор (18), двигатель (20), приводящий в действие компрессор (18) и топливную батарею (24). Топливная батарея (24) соединена через электрическую линию (26) непосредственно с блоком (22) управления, а блок (22) управления соединен через электрическую линию (28) с двигателем (20). Блок (22) управления непосредственно управляет двигателем (20) путем преобразования зависящего от нагрузки постоянного напряжения, вырабатываемого непосредственно топливной батареей (24), в соответствующие электрические управляющие сигналы и передачи указанных электрических управляющих сигналов через электрическую линию (28) в двигатель (20). Группа изобретений обеспечивает снабжение установки кондиционирования воздуха электрической энергией с повышенной надежностью и эффективностью. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установке кондиционирования воздуха воздушного судна, которая включает в себя компрессор, а также двигатель, приводящий в действие компрессор. Кроме того, изобретение относится к способу управления работой такой установки.
Уровень техники
В настоящее время работа установки кондиционирования воздуха, предусмотренной на борту воздушного судна, обычно обеспечивается сжатым воздухом, при этом сжатый воздух либо забирается в виде воздуха, отбираемого от компрессора, соединенного с главным приводным агрегатом, либо вырабатывается компрессором. Если для выработки сжатого воздуха для установки кондиционирования воздуха воздушного судна используется компрессор с электрическим приводом, то электрическая энергия, требуемая для обеспечения питания компрессора, поставляется генераторами, которые приводятся в действие главными приводными агрегатами или вспомогательной газовой турбиной (вспомогательной силовой установкой, ВСУ).
В настоящее время для выработки электрической энергии, требуемой на борту воздушного судна, предпринимаются попытки использования топливной батареи вместо генераторов, приводимых в действие главными приводными агрегатами или вспомогательной турбиной. Однако для того, чтобы зависящее от нагрузки постоянное напряжение, вырабатываемое топливной батареей, могло использоваться большим количеством различных потребителей электроэнергии, снабжаемых электрической энергией через бортовую сеть, необходимо преобразовывать электрическую энергию, выработанную топливной батареей с помощью электрических преобразователей (например, преобразователей постоянный/переменный ток или преобразователей постоянный/постоянный ток), и подавать электрическую энергию через соответствующую систему шин (систему шин переменного тока или систему шин постоянного тока) к отдельным потребителям электроэнергии. Помимо этого необходимые электрические преобразователи создают перебои и помехи в электрической энергии, обеспечиваемой топливной батареей, вследствие чего требуется применение сетевых фильтров с тем, чтобы обеспечить при этом нормальное функционирование компонентов, чувствительных к таким перебоям и помехам. Однако каждое преобразование электрической энергии, вырабатываемой топливными батареями, создает потери, которые неблагоприятно влияют на эффективность общей системы. Кроме того, использование преобразователей и сетевых фильтров требует дополнительного пространства для их установки и в результате приводит к увеличению веса общей системы.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании установки кондиционирования воздуха воздушного судна, которая снабжается электрической энергией надежным образом и с высокой эффективностью.
Для того чтобы решить эту задачу, установка кондиционирования воздуха по настоящему изобретению включает в себя компрессор и двигатель, приводящий в действие указанный компрессор. Кроме того, установка кондиционирования воздуха воздушного судна, соответствующая данному изобретению, включает в себя топливную батарею, которая соединяется непосредственно с блоком управления для управления двигателем, приводящим в действие компрессор, при этом блок управления выполнен с возможностью преобразования электрической энергии, вырабатываемой непосредственно топливной батареей, в соответствующие электрические управляющие сигналы для управления двигателем, приводящим в действие компрессор. При этом следует понимать, что под "непосредственным" соединением между топливной батареей и блоком управления для управления двигателем, приводящим в действие компрессор, подразумевается электрическое соединение без промежуточного соединения с отдельными электрическими преобразователями и сетевыми фильтрами. Аналогичным образом, следует понимать, что под электрической энергией, выработанной "непосредственно" топливной системой, подразумевается электрическая энергия, которая не подвергалась ни преобразованию с помощью отдельного электрического преобразователя, ни фильтрации через сетевой фильтр.
Другими словами, блок управления установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению выполнен таким образом, что может непосредственно использовать зависящее от нагрузки постоянное напряжение, вырабатываемое топливной батареей, и может преобразовывать его в соответствующие управляющие сигналы для управления двигателем, приводящим в действие компрессор. Предпочтительно, электрические управляющие сигналы, подаваемые блоком управления, адаптированы к конфигурации двигателя, приводящего в действие компрессор (двигателя переменного тока или двигателя постоянного тока). Таким образом, блок управления выполняет двойную функцию, а именно, с одной стороны, обеспечивает нужное управление двигателем, приводящим в действие компрессор, и вместе с тем обеспечивает снабжение двигателя, приводящего в действие компрессор, электрической энергией.
Установка кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению может обходиться без использования отдельных электрических преобразователей для преобразования зависящего от нагрузки постоянного напряжения, вырабатываемого топливной батареей, а также без использования сетевых фильтров для фильтрации перебоев и помех в электрической энергии, обеспечиваемой топливной батареей. Таким образом, потребители электроэнергии установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению с помощью топливной батареи могут снабжаться электрической энергией энергоэффективным, экологичным и надежным образом. Наряду с этим установка кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению имеет относительно простую конструкцию, поскольку обходится без отдельных электрических преобразователей и сетевых фильтров, а также требует меньшего установочного пространства и меньше весит. Дополнительное преимущество заключается в том, что работа топливной батареи может управляться особенно энергоэффективным образом.
Потребители электроэнергии на борту воздушного судна, не считающиеся частью установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению, могут снабжаться электрической энергией с помощью дополнительной топливной батареи, а также с помощью топливной батареи, которая обеспечивает электрической энергией потребителей электроэнергии установки кондиционирования воздуха воздушного судна. Конструктивные элементы, чувствительные к перебоям и помехам в электрической энергии, обеспечиваемой топливной батареей, могут подключаться к топливной батарее посредством промежуточного соединения с отдельным электрическим преобразователем и сетевым фильтром или электрическим преобразователем со встроенным сетевым фильтром. Однако не чувствительные к перебоям и помехам потребители вне установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению могут снабжаться электрической энергией, вырабатываемой топливной батареей, непосредственно, т.е. без присоединения электрического преобразователя и сетевого фильтра. Однако в качестве альтернативы потребители электроэнергии на борту воздушного судна, не считающиеся частью установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению, могут обычным образом снабжаться электрической энергией, вырабатываемой генераторами, которые приводятся в действие главными приводными агрегатами или вспомогательной газовой турбиной воздушного судна.
Предпочтительно, впускное отверстие компрессора соединяется через впускной трубопровод компрессора с воздуховодом установки кондиционирования воздуха воздушного судна. Например, окружающий воздух может протекать через воздуховод установки кондиционирования воздуха воздушного судна, так что окружающий воздух может подаваться из воздуховода установки кондиционирования воздуха воздушного судна через впускной трубопровод компрессора во впускное отверстие компрессора. Однако во впускное отверстие компрессора можно подавать также смесь окружающего воздуха и отработанного воздуха салона, и в этом случае отработанный воздух салона может вводиться, например, через трубопровод отработанного воздуха салона в воздуховод установки кондиционирования воздуха воздушного судна или во впускной трубопровод компрессора.
С другой стороны, предпочтительно, чтобы выпускное отверстие компрессора соединялось с трубопроводом подачи воздуха для подачи воздуха в салон воздушного судна. Таким образом, воздух, сжатый и вследствие этого нагретый в компрессоре, может подаваться через трубопровод подачи воздуха в салон воздушного судна.
В трубопроводе подачи воздуха может располагаться теплообменник, который служит для того, чтобы охлаждать воздух, сжатый компрессором и протекающий через трубопровод подачи воздуха. Предпочтительно, теплообменник располагается в воздуховоде установки кондиционирования воздуха воздушного судна, через который протекает окружающий воздух, так, что воздух, протекающий через трубопровод подачи воздуха, может охлаждаться энергоэффективным образом. Помимо этого в трубопроводе подачи воздуха может быть предусмотрен конденсатор для удаления влаги из воздуха, протекающего через трубопровод подачи воздуха. И, наконец, в трубопроводе подачи воздуха можно расположить турбину, в которой воздух, сжатый компрессором, протекающий через трубопровод подачи воздуха, расширяется и вследствие этого охлаждается до желаемой низкой температуры. Предпочтительно, турбина расположена на общем с компрессором вале, так что энергия, возвращенная при работе турбины, помимо приведения в действие электродвигателя, может использоваться и для приведения в действие компрессора.
Топливный элемент, применяемый в топливной батарее установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению, включает в себя катодную область, а также анодную область, отделенную от катодной области электролитом. При работе топливного элемента водородсодержащий топливный газ подается на анодную сторону топливного элемента, а кислородсодержащий окисляющий компонент, например воздух, подается на катодную сторону топливного элемента. В топливном элементе с мембраной из полимерного электролита (РЕМ-топливном элементе) молекулы водорода вступают в реакцию на анодном катализаторе, присутствующем в анодной области, например, в соответствии с формулой
H2→2·H++2·e-
и вследствие этого освобождают электроны на электроде с образованием положительно заряженных ионов водорода.
С другой стороны, в других типах топливных элементов, например, таких как топливный элемент на оксидной керамике (SOFC - твердооксидный топливный элемент), имеет место анодная реакция, например, по формуле
О2-+Н2→H2O+2·е-.
Далее в РЕМ-топливном элементе ионы Н+, образовавшиеся в анодной области, диффундируют через электролит на катод, где на катодном катализаторе, присутствующем в катодной области и обычно нанесенном на углеродный носитель, они вступают в реакцию с кислородом, подаваемым на катод, а также с электронами, подаваемыми на катод через внешний контур, в соответствии с формулой
0,5·O2+2·H++2·e-→H2O,
в результате чего образуется вода.
С другой стороны, в твердооксидных топливных элементах (SOFC) катодная реакция имеет место, например, по формуле
0,5·O2+2·е-→О2-,
при этом ионы О2 диффундируют с катода на анод. Таким образом, отработанный газ из топливного элемента топливной батареи содержит воду.
Следовательно, предпочтительно, выпускное отверстие отработанного газа топливной батареи соединено с трубопроводом подачи воздуха установки кондиционирования воздуха по настоящему изобретению с тем, чтобы использовать воду, содержащуюся в отработанном газе топливного элемента для увлажнения воздуха, подаваемого в салон воздушного судна. Таким образом, помимо электрической энергии, вырабатываемой топливной батареей, для работы установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению может использоваться и вода, образующаяся во время работы топливной батареи.
В предпочтительном варианте осуществления установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению выпускное отверстие компрессора соединяется, например, через впускной трубопровод воздуха с впускным отверстием воздуха топливной батареи с тем, чтобы подавать сжатый компрессором воздух в топливную батарею, т.е. на катодную сторону топливного элемента, предусмотренного в топливной батарее. Впускной трубопровод воздуха топливной батареи может ответвляться, например, от трубопровода подачи воздуха, соединенного с выпускным отверстием компрессора. Таким образом, компрессор установки кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению используется не только для того, чтобы вырабатывать сжатый воздух для установки кондиционирования воздуха воздушного судна, но и для того, чтобы снабжать сжатым воздухом топливную батарею. Так же, как и при увлажнении воздуха, подаваемого в салон воздушного судна, с помощью содержащего воду отработанного газа из топливной батареи, эффект совместного действия достигается благодаря использованию компрессора для выработки сжатого воздуха для установки кондиционирования воздуха воздушного судна и для топливной батареи.
С помощью компрессора установки кондиционирования воздуха воздушного судна топливная батарея может обеспечиваться сжатым окружающим воздухом. Однако дополнительно или в качестве альтернативы в топливную батарею можно подавать также и отработанный воздух салона. С этой целью трубопровод отработанного воздуха салона воздушного судна может быть соединен с впускным отверстием воздуха топливной батареи. Отработанный воздух салона может подаваться непосредственно в топливную батарею. Тогда трубопровод отработанного воздуха салона воздушного судна может быть соединен, например, непосредственно с впускным отверстием воздуха или впускным трубопроводом воздуха топливной батареи. Однако отработанный воздух салона воздушного судна можно вводить также и в воздуховод установки кондиционирования воздуха воздушного судна или во впускной трубопровод компрессора, так что в топливную батарею подается сжатая компрессором смесь окружающего воздуха и отработанного воздуха салона.
Предпочтительно, охлаждающая система топливной батареи, включенная в установку кондиционирования воздуха воздушного судна по настоящему изобретению, включает в себя теплообменник, расположенный в воздуховоде установки кондиционирования воздуха воздушного судна. Например, теплообменник может быть встроен в охлаждающий контур топливной батареи, так что охлаждающая текучая среда, протекающая через охлаждающий контур, может охлаждаться до желаемой низкой температуры в теплообменнике, расположенном в воздуховоде установки кондиционирования воздуха воздушного судна. Однако дополнительно или в качестве альтернативы избыточное тепло, вырабатываемое топливной батареей, можно подавать в установку кондиционирования воздуха воздушного судна, соответствующую данному изобретению, также и другим образом, а также можно использовать избыточное тепло, например, для того, чтобы нагревать воздух, подаваемый в салон воздушного судна.
В соответствующем изобретению способе управления работой установки кондиционирования воздуха воздушного судна, которая содержит компрессор и двигатель, приводящий в действие компрессор, блок управления для управления двигателем, приводящим в действие компрессор, который соединяется непосредственно с топливной батарей, преобразует электрическую энергию, непосредственно вырабатываемую топливной батареей, в соответствующие управляющие сигналы для управления двигателем, приводящим в действие компрессор.
При этом следует понимать, что под "непосредственным" соединением между топливной батареей и блоком управления для управления двигателем, приводящим в действие компрессор, вновь подразумевается электрическое соединение без промежуточного соединения с отдельными электрическими преобразователями и сетевыми фильтрами. Аналогичным образом, следует понимать, что под электрической энергией, выработанной "непосредственно" топливной системой, вновь подразумевается электрическая энергия, которая не подвергалась ни преобразованию с помощью отдельного электрического преобразователя, ни фильтрации через сетевой фильтр.
В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа управления работой установки кондиционирования воздуха воздушного судна окружающий воздух, протекающий через воздуховод установки кондиционирования воздуха воздушного судна, подается через впускной трубопровод компрессора во впускное отверстие компрессора.
Предпочтительно, чтобы воздух из выпускного отверстия компрессора подавался через трубопровод подачи воздуха в салон воздушного судна, при этом воздух, протекающий через трубопровод подачи воздуха, может охлаждаться перед поступлением в салон воздушного судна посредством теплообменника, расположенного в трубопроводе подачи воздуха. Теплообменник может располагаться, например, в воздуховоде установки кондиционирования воздуха воздушного судна. Помимо этого из воздуха, протекающего через трубопровод подачи воздуха и сжатого компрессором, может удаляться влага посредством конденсатора, расположенного в трубопроводе подачи воздуха. И, наконец, воздух, сжатый компрессором и протекающий через трубопровод подачи воздуха, может быть проведен через турбину, так что воздух расширяется и вследствие этого охлаждается. Предпочтительно, энергия, возвращенная при работе турбины, используется для приведения в действие компрессора в дополнение к энергии, обеспечиваемой двигателем.
Для того чтобы увлажнить воздух, подаваемый в салон воздушного судна, предпочтительно, содержащий воду отработанный газ из топливной батареи подается от выпускного отверстия отработанного газа топливной батареи в трубопровод подачи воздуха.
В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа управления работой установки кондиционирования воздуха воздушного судна, воздух, сжатый компрессором, подается во впускное отверстие воздуха топливной батареи, соединенное с выпускным отверстием компрессора, например, через впускной трубопровод воздуха, ответвляющийся от трубопровода подачи воздуха.
Дополнительно или в качестве альтернативы для обеспечения топливной батареи воздухом может использоваться также отработанный воздух салона, отведенный из салона воздушного судна. В этом случае отработанный воздух салона подается в топливную батарею через впускное отверстие воздуха, соединенное с трубопроводом отработанного воздуха салона воздушного судна.
Предпочтительно, охлаждающая текучая среда топливной батареи пропускается через теплообменник, расположенный в воздуховоде установки кондиционирования воздуха воздушного судна, с тем, чтобы энергоэффективным образом охлаждать охлаждающую текучую среду до нужной низкой температуры. Дополнительно или в качестве альтернативы, избыточное тепло, вырабатываемое топливной батареей, также может подаваться в установку кондиционирования воздуха воздушного судна и использоваться, например, для того, чтобы нагревать воздух, подаваемый в салон воздушного судна.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предпочтительный вариант изобретения будет описан более подробно с помощью прилагаемого чертежа, который схематически иллюстрирует установку кондиционирования воздуха воздушного судна согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Установка 10 кондиционирования воздуха воздушного судна, проиллюстрированная на фигуре, включает в себя воздуховод 12, через который в направлении стрелки Р протекает окружающий воздух. Воздуховод 12 соединяется через впускной трубопровод 14 компрессора с впускным отверстием 16 компрессора 18. Таким образом, окружающий воздух, протекающий через воздуховод 12, может подаваться через впускной трубопровод 14 компрессора в компрессор 18 и сжиматься компрессором 18.
Компрессор 18 установки кондиционирования воздуха 10 воздушного судна приводится в действие двигателем 20 переменного тока, который управляется с помощью электронного блока 22 управления. Топливная батарея 24 служит для выработки электрической энергии. Электронный блок 22 управления соединяется через электрическую линию 26 непосредственно (т.е. без промежуточного соединения с отдельным электрическим преобразователем) с топливной батареей 24 и выполнен так, что может снабжаться электрической энергией путем зависящего от нагрузки постоянного напряжения, вырабатываемого непосредственно топливной батареей 24. В результате удаления преобразователя, создающего помехи, можно обходиться также и без использования сетевого фильтра между топливной батареей 24 и электронным блоком 22 управления. Электронный блок 22 управления преобразует электрическую энергию, подаваемую в него из топливной батареи 24, в соответствующие электрические управляющие сигналы, которые передаются в приводной двигатель 20 компрессора через электрическую линию 28.
Кроме этого топливная батарея 24 подключается через электрическую линию 29 непосредственно (т.е. без промежуточного соединения с электрическими преобразователями и сетевыми фильтрами) к дополнительным потребителям 30 электроэнергии, не считающимся частью установки 10 кондиционирования воздуха. Точно так же, как электронный блок 22 управления установки 10 кондиционирования воздуха воздушного судна, потребители 30 электроэнергии могут непосредственно обеспечиваться зависящим от нагрузки постоянным напряжением, вырабатываемым топливной батареей 24.
Наконец, топливная батарея 24 подает электрическую энергию через электрическую линию 31 в электрическую сеть 32 воздушного судна. Для того чтобы зависящее от нагрузки постоянное напряжение, вырабатываемое топливной батареей 24, могло быть использовано различными потребителями электроэнергии вне установки 10 кондиционирования воздуха, которые на фигуре не показаны и которые обеспечиваются электрической энергией через сеть 32, электрическая энергия, вырабатываемая топливной батареей 24, преобразуется и фильтруется с помощью встроенного электрического преобразователя/сетевого фильтра 33.
Выпускное отверстие 34 компрессора 18, приводимого в действие двигателем 20, соединяется с трубопроводом 35 подачи воздуха, который служит для того, чтобы подавать воздух в салон 36 воздушного судна. Первый теплообменник 37, размещенный в воздуховоде 12, располагается в трубопроводе 35 подачи воздуха. Этот теплообменник служит для того, чтобы охлаждать воздух, сжатый и вследствие этого нагретый компрессором 18 и протекающий через трубопровод 35 подачи воздуха, путем передачи тепла окружающему воздуху, протекающему через воздуховод 12. Конденсатор 38 для удаления влаги из воздуха, протекающего через трубопровод 35 подачи воздуха, предусматривается ниже по потоку от первого теплообменника 37 в трубопроводе 35 подачи воздуха.
Турбина 40 располагается ниже по потоку от конденсатора 38 в трубопроводе 35 подачи воздуха. Когда воздух, сжатый компрессором 18, протекающий через трубопровод 35 подачи воздуха, проводится через турбину 40, воздух расширяется и вследствие этого охлаждается. Турбина 40 располагается вместе с компрессором 18 на общем вале 42, так что энергия, возвращаемая при работе турбины 40, может использоваться для приведения в действие компрессора 18 помимо энергии приводного двигателя 20 компрессора.
Впускной трубопровод 46 воздуха, соединяющий трубопровод 35 подачи воздуха с впускным отверстием 44 воздуха топливной батареи 24, ответвляется от трубопровода 35 подачи воздуха выше по потоку от первого теплообменника 37. Таким образом, воздух, сжатый компрессором 18, подается не только в салон 36 воздушного судна, но также используется и для того, чтобы обеспечить воздухом топливную батарею 24. Кроме того, отработанный воздух салона подается во впускное отверстие 44 воздуха топливной батареи 24 через трубопровод 47 отработанного воздуха салона 36 воздушного судна.
Охлаждающая система 48 топливной батареи 24, через которую протекает охлаждающая текучая среда, включает в себя второй теплообменник 50, который, точно так же как и первый теплообменник 37, располагается в воздуховоде 12 установки 10 кондиционирования воздуха воздушного судна. Таким образом, окружающий воздух, протекающий через воздуховод 12, может использоваться для охлаждения охлаждающей текучей среды, протекающей через охлаждающую систему 48 топливной батареи 24.
Выпускное отверстие 52 отработанного газа топливной батареи 24 соединяется через трубопровод 54 отработанного газа ниже по потоку от турбины 40 с трубопроводом 35 подачи воздуха. Поскольку при работе топливной батареи 24 образуется вода, то содержащий воду отработанный воздух из топливной батареи может использоваться для увлажнения воздуха, подаваемого в салон 36 воздушного судна.
В установке 10 кондиционирования воздуха воздушного судна, проиллюстрированной на фигуре, во впускное отверстие 16 компрессора подается исключительно окружающий воздух, протекающий через воздуховод 12. Однако во впускное отверстие 16 компрессора можно также подавать и отработанный воздух салона, отведенный из салона 36 воздушного судна и, возможно, смешанный с окружающим воздухом. Например, отработанный воздух салона может вводиться в воздуховод 12 или во впускной трубопровод 14 компрессора.
Claims (16)
1. Установка (10) кондиционирования воздуха воздушного судна, содержащая компрессор (18), двигатель (20), приводящий в действие компрессор (18), и топливную батарею (24), отличающаяся тем, что топливная батарея (24) соединена через электрическую линию (26) непосредственно с блоком (22) управления, а блок (22) управления соединен через электрическую линию (28) с двигателем (20), приводящим в действие компрессор (18), при этом блок (22) управления выполнен с возможностью непосредственного управления двигателем (20), приводящим в действие компрессор (18), путем преобразования зависящего от нагрузки постоянного напряжения, вырабатываемого непосредственно топливной батареей (24), в соответствующие электрические управляющие сигналы и передачи указанных электрических управляющих сигналов через электрическую линию (28) в двигатель (20), приводящий в действие компрессор (18).
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что впускное отверстие (16) компрессора (18) соединено через впускной трубопровод (14) компрессора с воздуховодом (12) установки (10) кондиционирования воздуха воздушного судна с тем, чтобы подавать окружающий воздух, протекающий через воздуховод (12) установки кондиционирования воздуха (10), во впускное отверстие (16) компрессора (18).
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выпускное отверстие (34) компрессора (18) соединено с трубопроводом (35) подачи воздуха для подачи воздуха в салон (36) воздушного судна.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что в трубопроводе (35) подачи воздуха расположены первый теплообменник (37), и/или конденсатор (38), и/или турбина (40).
5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что выпускное отверстие (52) отработанного газа топливной батареи (24) соединено с трубопроводом (35) подачи воздуха.
6. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выпускное отверстие (34) компрессора (18) соединено с впускным отверстием (44) воздуха топливной батареи (24) с тем, чтобы подавать воздух, сжатый компрессором (18), в топливную батарею (24).
7. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что впускное отверстие (44) воздуха топливной батареи (24) соединено с трубопроводом (47) отработанного воздуха салона (36) воздушного судна.
8. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что охлаждающая система (48) топливной батареи (24) включает в себя второй теплообменник, расположенный в воздуховоде (12) установки (10) кондиционирования воздуха воздушного судна.
9. Способ управления работой установки (10) кондиционирования воздуха воздушного судна, которая содержит компрессор (18), двигатель (20), приводящий в действие компрессор (18), и топливную батарею (24), отличающийся тем, что блок управления (22), который соединяют через электрическую линию (26) непосредственно с топливной батареей (24) и через электрическую линию (28) - с двигателем (20), приводящим в действие компрессор (18), непосредственно управляет двигателем (20), приводящим в действие компрессор (18), путем преобразования зависящего от нагрузки постоянного напряжения, вырабатываемого непосредственно топливной батареей (24), в соответствующие электрические управляющие сигналы для управления двигателем (20), приводящим в действие компрессор (18), и передачи указанных электрических управляющих сигналов через электрическую линию (28) в двигатель (20), приводящий в действие компрессор (18).
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что окружающий воздух, протекающий через воздуховод (12) установки (10) кондиционирования воздуха воздушного судна, подают через впускной трубопровод (14) компрессора во впускное отверстие (16) компрессора (18).
11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что воздух из выпускного отверстия (34) компрессора (18) подают через трубопровод (35) подачи воздуха в салон (36) воздушного судна.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что охлаждают воздух, протекающий через трубопровод (35) подачи воздуха, посредством первого теплообменника (37), расположенного в трубопроводе (35) подачи воздуха, и/или удаляют влагу из воздуха, протекающего через трубопровод (35) подачи воздуха, посредством конденсатора (38), расположенного в трубопроводе (35) подачи воздуха, и/или производят расширение и вследствие этого охлаждение воздуха, протекающего через трубопровод (35) подачи воздуха, посредством турбины (40), расположенной в трубопроводе (35) подачи воздуха.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что отработанный газ из топливной батареи (24) подают от выпускного отверстия (52) отработанного газа в трубопровод (35) подачи воздуха.
14. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что воздух, сжатый компрессором (18), подают в топливную батарею (24) через впускное отверстие (44) воздуха, соединенное с выпускным отверстием (34) компрессора (18).
15. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что отработанный воздух салона подают в топливную батарею (24) через впускное отверстие (44) воздуха, соединенное с трубопроводом (47) отработанного воздуха салона (36) воздушного судна.
16. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что охлаждающую текучую среду топливной батареи (24) пропускают через второй теплообменник (50), расположенный в воздуховоде (12) установки (10) кондиционирования воздуха воздушного судна.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006035621.7 | 2006-07-31 | ||
DE102006035621A DE102006035621B4 (de) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Flugzeugklimaanlage und Verfahren zum Betreiben einer Flugzeugklimaanlage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009101941A RU2009101941A (ru) | 2010-09-10 |
RU2443606C2 true RU2443606C2 (ru) | 2012-02-27 |
Family
ID=38567246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009101941/11A RU2443606C2 (ru) | 2006-07-31 | 2007-07-25 | Установка кондиционирования воздуха воздушного судна и способ управления работой этой установки |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8468847B2 (ru) |
EP (1) | EP2046641B1 (ru) |
JP (1) | JP5204772B2 (ru) |
CN (1) | CN101495372A (ru) |
AT (1) | ATE491637T1 (ru) |
BR (1) | BRPI0712323A2 (ru) |
CA (1) | CA2652386A1 (ru) |
DE (2) | DE102006035621B4 (ru) |
RU (1) | RU2443606C2 (ru) |
WO (1) | WO2008014912A1 (ru) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008006742A1 (de) | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Airbus Deutschland Gmbh | Luftfahrzeug-Brennstoffzellensystem |
US8656727B2 (en) * | 2008-04-08 | 2014-02-25 | The Boeing Company | Evaporative cooling for an aircraft subsystem |
DE102008039782A1 (de) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | Airbus Deutschland Gmbh | Zonentemperaturregelung an Bord eines Flugzeuges mittels Brennstoffzellenabwärme |
DE102009050309A1 (de) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh | Notenergiesystem für ein Luftfahrzeug |
DE202008016514U1 (de) * | 2008-12-12 | 2010-04-22 | Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh | Notenergiesystem für ein Flugzeug |
EP2356026B1 (de) | 2008-12-12 | 2015-02-18 | Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH | Notenergiesystem für ein luftfahrzeug |
DE102009031880A1 (de) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Airbus Operations Gmbh | Kühlkonzept für ein Brennstoffzellen-Notstromsystem |
US8973393B2 (en) * | 2009-11-08 | 2015-03-10 | The Boeing Company | System and method for improved cooling efficiency of an aircraft during both ground and flight operation |
DE102010013956A1 (de) | 2010-04-06 | 2011-10-06 | Airbus Operations Gmbh | Kompressor/Turbinen-Anordnung, Klimaaggregat und Verfahren zum Betreiben einer Kompressor/Turbinen-Anordnung |
FR2962488B1 (fr) * | 2010-07-06 | 2014-05-02 | Turbomeca | Procede et architecture de recombinaison de puissance de turbomachine |
DE102011014565B4 (de) * | 2011-03-21 | 2016-11-24 | Airbus Operations Gmbh | Klimaanlagensystem für ein Luftfahrzeug |
DE102011015827A1 (de) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh | Druckluftkonditionierungssystem |
EP2602191B1 (en) * | 2011-12-05 | 2016-05-11 | Hamilton Sundstrand Corporation | Motor driven cabin air compressor with variable diffuser |
DE102012002132A1 (de) | 2012-02-03 | 2013-08-08 | Airbus Operations Gmbh | Vereisungsschutzsystem für ein Flugzeug und Verfahren zum Betreiben eines Vereisungsschutzsystems |
EP2799343B1 (en) * | 2013-04-03 | 2017-02-15 | Airbus Operations GmbH | Aircraft air-conditioining system |
US9429072B2 (en) | 2013-05-22 | 2016-08-30 | General Electric Company | Return fluid air cooler system for turbine cooling with optional power extraction |
US9422063B2 (en) | 2013-05-31 | 2016-08-23 | General Electric Company | Cooled cooling air system for a gas turbine |
US10224556B2 (en) | 2015-12-15 | 2019-03-05 | Hamilton Sundstrand Corporation | Integrated fuel cell aircraft pressurization and cooling system |
ES2776381T3 (es) | 2015-12-30 | 2020-07-30 | Airbus Operations Sl | Sistema de aire acondicionado |
US10731501B2 (en) * | 2016-04-22 | 2020-08-04 | Hamilton Sundstrand Corporation | Environmental control system utilizing a motor assist and an enhanced compressor |
US11731780B2 (en) | 2021-09-09 | 2023-08-22 | Hamilton Sundstrand Corporation | Aircraft system including a cryogenic fluid operated auxiliary power unit (APU) |
US20230365263A1 (en) * | 2022-05-16 | 2023-11-16 | General Electric Company | Environmental control system having a fuel cell assembly |
US20240218828A1 (en) | 2022-11-01 | 2024-07-04 | General Electric Company | Gas Turbine Engine |
US20240294262A1 (en) * | 2022-12-06 | 2024-09-05 | Airbus Operations Sas | Autonomous air conditioning system for aircraft |
US20240266566A1 (en) * | 2023-02-02 | 2024-08-08 | Hamilton Sundstrand Corporation | Oxidizing agents for emergency power units |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0957026A2 (de) * | 1998-05-15 | 1999-11-17 | dbb fuel cell engines GmbH | Energieversorgungseinheit an Bord eines Luftfahrzeugs |
DE19927518A1 (de) * | 1999-06-16 | 2001-01-18 | Valeo Klimasysteme Gmbh | Standklimatisierung |
RU2220884C2 (ru) * | 2001-09-20 | 2004-01-10 | Открытое акционерное общество Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" | Система кондиционирования воздуха |
WO2005110844A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Airbus Deutschland Gmbh | Apparatus for the humidification of the air in a cabin of a passenger or cargo aircraft |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2970437A (en) * | 1956-02-28 | 1961-02-07 | Thompson Ramo Wooldridge Inc | High temperature pumping system with variable speed pump and refrigeration by-product |
US6429019B1 (en) * | 1999-01-19 | 2002-08-06 | Quantum Group, Inc. | Carbon monoxide detection and purification system for fuels cells |
EP1055545B1 (en) * | 1999-05-26 | 2004-01-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hybrid vehicle with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same |
JP4193521B2 (ja) * | 2002-03-20 | 2008-12-10 | ソニー株式会社 | 燃料電池装置及び燃料電池の制御方法 |
DE102004058430B4 (de) * | 2004-12-03 | 2010-07-29 | Airbus Deutschland Gmbh | Versorgungssystem zur Energieversorgung in einem Luftfahrzeug, Luftfahrzeug und Verfahren zum Versorgen eines Luftfahrzeugs mit Energie |
US7380749B2 (en) * | 2005-04-21 | 2008-06-03 | The Boeing Company | Combined fuel cell aircraft auxiliary power unit and environmental control system |
-
2006
- 2006-07-31 DE DE102006035621A patent/DE102006035621B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-07-25 CN CNA2007800280975A patent/CN101495372A/zh active Pending
- 2007-07-25 RU RU2009101941/11A patent/RU2443606C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-07-25 AT AT07786334T patent/ATE491637T1/de not_active IP Right Cessation
- 2007-07-25 DE DE602007011275T patent/DE602007011275D1/de active Active
- 2007-07-25 EP EP07786334A patent/EP2046641B1/en not_active Not-in-force
- 2007-07-25 BR BRPI0712323-0A patent/BRPI0712323A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-07-25 JP JP2009522145A patent/JP5204772B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-07-25 WO PCT/EP2007/006610 patent/WO2008014912A1/en active Application Filing
- 2007-07-25 CA CA002652386A patent/CA2652386A1/en not_active Abandoned
-
2009
- 2009-01-30 US US12/322,281 patent/US8468847B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0957026A2 (de) * | 1998-05-15 | 1999-11-17 | dbb fuel cell engines GmbH | Energieversorgungseinheit an Bord eines Luftfahrzeugs |
DE19927518A1 (de) * | 1999-06-16 | 2001-01-18 | Valeo Klimasysteme Gmbh | Standklimatisierung |
RU2220884C2 (ru) * | 2001-09-20 | 2004-01-10 | Открытое акционерное общество Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" | Система кондиционирования воздуха |
WO2005110844A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Airbus Deutschland Gmbh | Apparatus for the humidification of the air in a cabin of a passenger or cargo aircraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2652386A1 (en) | 2008-02-07 |
DE102006035621A1 (de) | 2008-02-14 |
ATE491637T1 (de) | 2011-01-15 |
JP5204772B2 (ja) | 2013-06-05 |
BRPI0712323A2 (pt) | 2012-02-22 |
CN101495372A (zh) | 2009-07-29 |
US8468847B2 (en) | 2013-06-25 |
EP2046641A1 (en) | 2009-04-15 |
US20090211273A1 (en) | 2009-08-27 |
DE102006035621B4 (de) | 2011-03-03 |
DE602007011275D1 (de) | 2011-01-27 |
WO2008014912A1 (en) | 2008-02-07 |
RU2009101941A (ru) | 2010-09-10 |
JP2009545476A (ja) | 2009-12-24 |
EP2046641B1 (en) | 2010-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2443606C2 (ru) | Установка кондиционирования воздуха воздушного судна и способ управления работой этой установки | |
EP3182490B1 (en) | Integrated fuel cell aircraft pressurization and cooling system | |
US8623566B2 (en) | Aircraft fuel cell system | |
US10293945B2 (en) | Aircraft having a redundant and efficient bleed system | |
CN101258634B (zh) | 用于供应饮用水和氧气的燃料电池系统 | |
US20050112428A1 (en) | Fuel cell power system having multiple fuel cell modules | |
US20080118798A1 (en) | Fuel cell system apparatus | |
CN102222795B (zh) | 进入和退出燃料电池系统的再生/备用模式的方法 | |
US10483563B2 (en) | Cathode supply for a fuel cell | |
JP2008288149A (ja) | 燃料電池システム | |
CN112912268B (zh) | 一种供电装置、车辆及设备 | |
JP2009140872A (ja) | 燃料電池システム及びそれを備えた燃料電池車 | |
CN112310437A (zh) | 固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法 | |
US20110262824A1 (en) | Apparatus for a 12v hybrid fuel cell vehicle | |
CN213056723U (zh) | 供电装置、车辆及设备 | |
CZ20012723A3 (cs) | Zařízení k zásobování elektřinou pro pomocná zařízení kolejových vozidel | |
CN112823102A (zh) | 供电装置、车辆及设备 | |
CN115848633A (zh) | 一种机载设备供电与热管理综合系统及方法 | |
CN115513501A (zh) | 用于向燃料电池系统供应压缩空气的系统 | |
CN115303131A (zh) | 一种基于对称电极sofc的电动车混合动力系统及其控制方法 | |
CN116134649A (zh) | 具有优化冷却的用于向燃料电池阴极供应加压空气的设备 | |
CN116477063A (zh) | 飞机客舱系统的供电架构 | |
KR20150042406A (ko) | 부생수소를 이용한 연료전지 시스템 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 6-2012 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170726 |