专利名称：飞行器中能量供应的供应系统、飞行器及向飞行器供应能量的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于飞行器能量供应的供应系统、一种飞行器和向飞行器供应能量的方法。
背景技术：
在民航中应用的传统飞行器中，用于乘客或机组乘员的供应系统通常是相互分开的。
呼吸用空气的供应和机舱的加压是通过包括一个或多个空调机的空调系统来实现的。这种空调系统接收所谓的发动机排气形式的压缩空气供应。这种排气是从发动机主气流在压缩阶段之后吸入的。
在机舱减压的情况下所需的紧急氧气供应通常由压力箱携带或者由化学方法产生。在这两种情况下，最大供应时间都是有限的，分别取决于压力箱的填充容量或者化学氯酸盐蜡烛的燃烧时间。
机载用水供应通常由水箱携带并分配到水用户处，例如厨房卫生间或盥洗室。所携带的水量取决于飞行长度并且受水箱容量及所产生的重量限制。
EP 0,957,026 B1公开了一种带有能量供应单元的飞行器，其中发动机和燃料箱由共用的氢气箱供应，该氢气箱用作燃料箱。
需要提供一种飞行器中的故障自动防护能量供应系统。
这种需要可以通过独立权利要求公开的特征所实现的用于飞行器能量供应的供应系统、飞行器以及向飞行器供应能量的方法来满足。
发明内容
根据一个示例实施方式，飞行器中能量供应系统包括用于推进飞行器的发动机、向飞行器供应电能的燃料电池、向发动机供应发动机燃料的第一燃料箱和向燃料电池供应燃料电池燃料的第二燃料箱。根据本发明，第一燃料箱与第二燃料箱分开布置。
另外，本发明实现一种飞行器，其具有带有上述特征的用于飞行器能量供应的供应系统。
根据本发明的一个示例实施方式，提供一种向飞行器供应能量的方法，其中该飞行器由发动机推进，通过燃料电池向飞行器供应电能，从第一燃料箱向发动机供应发动机燃料，以及从第二燃料箱向燃料电池供应燃料电池燃料。第一燃料箱和第二燃料箱分开布置。
可以看出本发明的一个创意是飞行器(例如，飞机或飞船)的能量供应是通过机械推进飞行器的发动机和向飞行器中耗电部件提供电能的燃料电池来实现的(发动机也可以产生电能)。发动机和燃料电池各自的燃料箱相互分开布置，即，它们在功能上分离且物理上隔断，因此可以有效防止一个燃料箱或能量供应系统的失效影响到另一个燃料箱或能量供应系统。还应当确保向飞行器组件的连续供应电能，特别是在紧急情况下，其中，例如，发动机故障，或者至少受到损坏并且反之亦然。因此，分别容纳用于发动机的燃料和用于燃料电池的燃料的两个燃料箱可以通过分开布置的部件来实现，从而，如果两个燃料箱中一个发生燃料短缺，另一个燃料箱仍能至少部分地维持重要功能。发动机可以还包括起动发电机形式的发电机，该发电机可用于向飞行器提供能量。
因此，本发明提供了一种高级的且防止干扰的供应系统，其易于后台管理并且能可靠地向飞行器的机械能消耗部件及电能消耗部件提供能量。根据本发明将燃料电池结合在飞行器上可以通过燃料电池提供电能。根据本发明，发动机与普通的发动机相比可以放弃排气的使用。这种形式的能量可以由电能替代。
该供应系统优选不只用于能量供应，还可以用于机舱和飞行器的普通供应。
本发明可以分别实现一种高度集成的机舱系统和一种具有高度集成机舱系统的飞行器。本发明提供了一种用于向飞行器的乘客和机组乘员提供呼吸用空气、紧急氧气和水的布置，其中这同时通过一种集成的燃料电池系统来获得。
术语燃料电池指的是一种电化学电池，其能将连续供应燃料(例如，氢气)和氧化剂(例如，氧气)的反应能量转化成电能，该电能可以用于耗能组件的能量供应。在氢氧燃料电池中，可以从起始物质氢气和氧气中获得产物水，在放热反应过程中释放的能量可以用来向耗能组件供应能量。
本发明特别可以实现一种集成系统组件的有创造性的结合，其可以实现一种故障自动防护的以及可靠的飞行器能量供应。
这种飞行器上的能量供应系统可以配备有增压舱、发动机(根据本发明其不必输送排气)、燃料电池系统、空调系统和向乘客或机组乘员供水的水获取、水净化及分配系统。
根据本发明，特别可以取消用于启动发动机的辅助动力装置或APU，以及单独设置的压缩空气和能量供应系统和至少蓄电池部分。
根据本发明，发动机可以配备有起动发电机，特别地，用于启动发动机和向飞行器的用电部件供电。
空调系统可以通过单独的电操作压缩机来供给。所需电能可以通过起动发电机或燃料电池系统来供给。
该燃料电池系统还可以在提供电能以外提供水来实现飞行器上的水供应。水可以在输送到飞行器用水处之前进行净化以形成饮用水。
根据本发明，待提供给燃料电池系统的氧气可以例如通过单独的通风口从机舱空气的氧气部分获得或者经过直接连接于空调从输送给空调的外部空气中获得。燃料电池系统的氧气供应也可以通过从飞行器外部环境的外部空气中获得(单独压缩)。
在PEM(聚合物电解质膜燃料电池及相关类型)型的低温燃料电池中，燃料电池系统使用的燃料优选是氢气或重整油的氢组分，可以为气态或液态形式。在DMFC(直接甲醇燃料电池)中，燃料电池系统所用燃料是甲醇。
发动机燃料可以是碳氢化合物(例如煤油)或氢气。发动机所用燃料与向燃料电池供应的燃料容纳在不同的燃料箱中。
根据本发明，在上述组件之外，例如还可以设置氧气发生器。该氧气发生器所产生的氧气可以通过膜分离方法从外部空气中获得，并用作在机舱减压情况下的紧急供应。
这种氧气发生器的运转需要(压缩)空气，其通常通过发动机排气来获得，根据本发明，该空气也可以从电压缩机中得到。当供应系统在正常模式下工作时，这些压缩机可以是给空调系统供应的相同压缩机。在紧急模式外的工作模式下，氧气发生器产生的氧气可以用来增加燃料电池阴极侧的氧气分压。在正常工作模式下氧气发生器向空调系统提供增加的氧气分压也是有利的，从而可以降低机舱压力。因此，由于可以使用较小的压缩机，所以可以降低能量需求、空间需求以及重量。
在氧气发生器的分子筛的另一侧聚积的是贫氧空气，其主要组分是氮气。该贫氧空气可以被认为是一种惰性气体混合物，根据本发明，其可以用于吹洗燃料电池系统的外壳，以防止此位置形成易爆混合物。
这种气体还可以用在含有作为能量载体的液态碳氢化合物的燃料箱中，以在液体层面上置换氧气，从而将易爆混合物的浓度降低到爆炸范围之下。
根据本发明的供应系统可以可替代地或者附加地用于机翼除冰。在燃料电池系统聚积的阴极废气可以用于产生水。因为阴极废气主要具有燃料电池的工作温度，因此需要通过例如热交换器和疏水器进行冷凝或温度降低以获取水。为了尽可能多的进行冷凝，阴极废气应当被降低到1摄氏度到10摄氏度的温度范围。还应该对燃料电池组进行冷却，因为燃料电池过程是放热的。在冷凝器上聚集的热量和冷却燃料电池组期间聚集的热能可以在热泵系统帮助下返回到阴极废气。从而获得的热空气可以通过管线系统输送给机翼边缘并用于机翼除冰。上述压缩机还产生废热。该废热可以也通过热泵系统输送给阴极废气。
根据本发明的一个方面，所创造的布置包括一种运输乘客和/或货物的飞行器，并且可以设置有至少一个增压舱。这样的飞行器包括至少一个发动机，其优选不输送排气，而是配备有用于启动发动机和供电的起动发电机。另外，设置至少一个具有单独压缩机的空调系统，来向增压舱提供新鲜空气并实现乘客或机组乘员所需的环境压力。该布置还包括至少一个模块化设计的燃料系统，其可以完全或部分取代传统的水箱装置。这种燃料电池系统可以包括多个燃料电池组，它们使用了用于空气、燃料、废气和废煤气以及电能的中央供应系统和处理系统，并且可以用来向增压舱和该空调系统的压缩机供电，以及向飞行器的水系统供水。水可以从燃料电池系统的阴极废气中获取，并随后被净化以机载饮用水形式通过分配网络来分配给飞行器。该发动机和燃料电池系统可以从完全相互独立的供应容器来供应燃料，其中燃料电池系统的燃料可以是液态或气态的氢或者甲醇，这取决于所用的燃料电池。发动机燃料可以是碳氢化合物，例如煤油或者液态或气态的氢。
飞行器可以不需要用于产生启动发动机所需的电能和压缩空气以及用于飞行器在地面上时的电力供应和/或应急电力供应的辅助动力装置。
水可以在飞行器的整个飞行过程中连续产生，并且在以饮用水形式输送给用户(例如，厨房、盥洗室和厕所、淋浴和/或空气加湿系统)之前进行净化。
用过的(废)水可以通过真空系统获得，存储在集水箱中，并在地面处理废水。
在根据本发明的布置中，在燃料电池系统的阴极废气冷凝之前多余量的水可以通过转换阀向外排放。
另外，可以提供由压缩空气操作并根据分子筛原理分离气体的氧气发生器，以确保在机舱减压情况下向乘客或机组乘员供应氧气，并当飞行器在正常模式下运行时增加空气供应装置输送的呼吸用空气中的氧气分压。因此，可以得到提高了的燃料电池效率。
可替代地，根据本发明的布置也可以包括氧气发生器，其由压缩空气操作并根据分子筛原理进行气体分离，其中该氧气发生器确保在机舱减压情况下向乘客或机组乘员供应氧气，并当飞行器在正常模式下运行时增加空气供应装置输送的呼吸用空气中的氧气分压。这可以降低机舱空气压力，进而实现节能，因为可以使用较小的压缩机。
在根据本发明的供应系统中，可以聚集具有燃料电池工作温度的阴极废气。该温度可以通过热交换器和疏水器来降低。这可以获得足够量的冷凝，以将阴极废气降低到1摄氏度到10摄氏度范围内的温度水平，并有效冷却燃料电池组。由于这些措施，在冷凝器上聚集的热量和冷却燃料电池组期间聚集的热能可以在热泵系统帮助下返回到阴极废气，从而获得的热空气可以通过管线系统输送给机翼边缘，从而保证除冰功能。空调系统的压缩机还产生废热并且也通能够过热泵系统将该废热输送给阴极废气。
根据所用燃料电池的类型，对于低温或高温聚合物电解质膜燃料电池，供给燃料电池系统的燃料可以是氢气。甲醇可以用在直接甲醇燃料电池中。该燃料可以从氢气箱、液氢容器或甲醇箱中获得，其中这种容器可以位于例如飞行器尾翼后的尾部区域。这种容器可以刚性安装在该位置上或者以可拆卸的桶形式实现。
供给燃料电池的燃料可替代地也可以从单独的气体处理器获得，其中该气体处理器优选可以产生适于用于燃料电池的燃料气体，例如，从诸如煤油的碳氢化合物中获得的氢气。
燃料电池系统的废热可以用于蒸发和/或预热燃料电池系统运转所需的燃料，特别是从液态氢容器中获得的氢气。
当使用根据分子筛原理的氧气发生器时，贫氧空气聚积在分子筛的非氧气侧。这些空气主要由氮气组成，因此可以被看成是一种惰性气体混合物。这种气体混合物可以用来吹洗燃料电池系统的外壳，以防止此位置形成易爆混合物，从而改善工作安全性。这种贫氧气体还可以用于向燃料箱提供惰性气体，以降低此位置爆炸的可能性。
在供应系统中电能的分配可以由中央控制单元来保证。
本发明的优选实施公开在从属权利要求中。
下面介绍根据本发明的用于飞行器中能量供应的供应系统实施方式。这些实施方式也可适用于飞行器和向飞行器供应能量的方法。
根据另一示例实施方式，该供应系统包括机翼除冰装置，该机翼除冰装置与燃料电池以如下方式相连，使得机翼可以通过机翼除冰装置基于燃料电池运转期间聚集的燃料产物来进行除冰。因此，燃料电池的废热可以存在在例如氢氧燃料电池燃料产物形式的热水蒸汽中，优选可以用于具有该供应系统的飞行器的机翼除冰或者作为防止机翼结冰的保护。该能量可以可替代地或者附加的用于供应系统的其它位置，例如，用来蒸发用作发动机和/或燃料电池燃料的液氢。该机翼除冰装置可以从燃料电池废气途径中的水蒸气获得能量，并且可以以特别优选的方式结合飞行器上的水供应系统一起工作，这可以利用冷却的以及冷凝的水蒸汽来作为飞行器的水供应。通过这些方式，燃料电池的实际废产物，即水蒸汽，可以优选以几种方式用在飞行器上，即弄热或加热其它组件并且同时作为水源。该水供应可以低成本实现且无需附加水箱。
根据本发明的另一示例实施方式，该供应系统被设计成在燃料电池工作期间作为燃料产物的聚集起来的水蒸气在机翼除冰之前进行冷凝以获得水，其中剩余的燃料产物被热泵加热，并且被加热过的燃料产物被输送给机翼除冰装置。因此水蒸气优选在实际机翼除冰之前进行冷凝以获得水。这种冷凝优选在用热泵给贫氧空气再加热并输送给机翼除冰之前进行。
根据本发明的另一示例实施方式，该供应系统被设计成剩余的燃料产物与燃料电池的阳极废气混合，并在再热器中和供给的氢气一起被加热。这样，也可以实现与阳极废气即所谓的吹扫用的气体的混合，在再热器中进一步加热该混合物和另外提供的氢气，以达到机翼除冰所需的能量水平。
当具有燃料电池工作温度的燃料电池阴极废气被聚积时，该温度可以通过热交换器和疏水器来降低，这可以获得尽可能多的冷凝。该阴极废气可以降低到1摄氏度到10摄氏度范围内的温度水平。其可以冷却燃料电池组，其中在冷凝器上聚集的热量和冷却燃料电池组期间聚集的热能可以在热泵系统帮助下返回到阴极废气，从而获得的热空气可以通过管线系统输送给机翼边缘，从而保证除冰功能。空调系统的压缩机还产生废热，其可以也通过热泵系统输送给阴极废气。
根据另一示例实施方式，该供应系统还包括与发动机相连的发电装置。该发电装置被设计成产生能量以启动发动机并向飞行器提供电能。这种发电这种可以嵌在根据本发明的供应系统内，可以进一步改善和改进飞行器组件的能量供应。
根据另一示例实施方式，该供应系统还包括中央控制单元，其被设计成用于飞行器中能量供应的中央控制。该控制单元可以以根据本发明的供应系统的控制中心的形式实现，其调节发动机产生的能量和燃料电池产生的能量并将所产生的能量分配给相应的所需耗能装置。该控制单元特别还可以控制从燃料电池废气中获取的飞行器上水的供应，以及不同气体消耗处(增压舱，燃料电池等等)之间的气体交换。该中央控制单元可以以计算机程序即软件的形式实现，或者以一个或多个特定电路即硬件的形式实现，或者以任意混合形式，即软件组件和硬件组件结合。
根据本发明的再一示例实施方式，该供应系统包括空气供应装置来向机舱提供呼吸用空气，其中该空气供应系统可以通过燃料电池和/或发电装置来供应电能。飞行器机舱通常被供应呼吸用空气以便为机舱中承载的乘客和机组乘员提供呼吸用空气。该空气可以从飞行器外围环境中获得。该空气供应装置可以通过发电装置和/或燃料电池来供应电能，以便调节空气，例如，在空调系统中。
根据本发明的再一示例实施方式，该供应系统包括向空气供应装置提供压缩空气的压缩机。换句话说，空调系统可以配备单独的压缩机。
根据本发明的再一示例实施方式，该供应系统包括DC电机，其被设计成用来驱动压缩机。因此该压缩机可以被DC电机或AC电机或三相电机驱动，以便向增压舱提供新鲜空气，并实现乘客或机组乘员所需的环境压力。
根据本发明的再一示例实施方式，在供应系统中，氧气发生器被设计成用于当飞行器在正常模式下运行时增加空气供应装置输送的呼吸用空气中的氧气分压。所述氧气发生器因而可以当飞行器在正常模式下运行时增加通过空调系统输送的舱内空气中的氧气分压，以便降低机舱压力能量，并实现减少能量和空间需求以及重量，因为能使用较小的压缩机。
根据本发明另一示例实施方式，根据本发明的供应系统还包括用于优选连续地产生水的供水装置，其中该供水装置被设计成从燃料电池运转期间聚集的燃料产物中获得水。特别当使用氢氧燃料电池(或氢气-环境氧气燃料电池)时，可以聚积水蒸气形式的反应产物，其中该水蒸汽被冷凝，在优选地净化之后，可以在飞行器的所用区域(例如，在厨房、卫生间等)用作饮用水/生活用水。这可以减轻飞行器重量，因为无需携带单独的水箱。
根据本发明的另一示例实施方式，该供应系统包括水净化装置，用于净化所获得的水从而可以得到饮用水。水可以在飞行器的整个飞行过程中连续产生，并且在被净化之后，以饮用水形式输送给用户，例如，厨房、盥洗室和厕所、淋浴和/或空气加湿系统。
根据另一示例实施方式，该供应系统包括废水处理装置，其通过真空系统获得用过的水，将废水存储在集水箱中，并在地面处理废水。以这种方式，用过的水可以通过真空系统获得，存储在集水箱中，并在地面处理废水。
根据另一示例实施方式，该废水处理装置包括排放装置，用来在冷凝之前排出在燃料电池运转期间聚集的燃料产物的多余水量。多余量的水可以通过转换阀向外排放，特别地，在燃料电池系统的阴极废气冷凝之前。
根据本发明的供应系统的燃料电池可以按如下方式与机舱相连，使得运转燃料电池所需的燃料启动物质可以从机舱供给。燃料电池的运转或许需要特别是氧气来作为启动物质。这种氧气可以从乘客所在机舱空气中抽取来获得，并输送给燃料电池。
该燃料电池可以按如下方式连接飞行器的外部环境，使得运转燃料电池所需的燃料启动物质可以从飞行器外部环境中供给。根据该实施方式，燃料电池运转所需的氧气可以从飞行器周围环境即大气中获取，如果需要则随后被压缩，然后被输送给燃料电池以将氢气或其它燃料中的氢离子转换成阴极废气、水和过量空气。
该空气供应装置以如下方式连接飞行器的外部环境，使得可以从飞行器外部环境供应空气以向机舱输送呼吸用空气。根据该实施方式，从大气中获得的空气用于向乘客和机组乘员提供呼吸用空气，如果需要，在另外的充氧和压缩之后。
这可以通过特别是氧气发生器实现，该氧气发生器用于连接空气供应装置和飞行器的外围环境，以向机舱提供充氧的呼吸用空气。从而所获得的空气使氧气发生器获得足够的氧气浓度，以向机舱中的人提供所需量的氧气。
该氧气发生器可以设计成由压缩空气操作，并且根据分子筛原理进行气体分离。因此，可以结合有另外的根据分子筛原理来处理压缩空气的氧气发生器，其中该氧气发生器一方面确保了在机舱减压情况下向乘客或机组乘员的氧气供应，另一方面当飞行器在正常模式下运行时增加空气供应装置输送的呼吸用空气中的氧气分压，以提高燃料电池效率。
根据本发明的另一示例实施方式，该供应系统被设计成在氧气发生器运转期间聚集的贫氧空气可以用于吹洗燃料电池的外壳。由于氧气发生器的工作原理，贫氧空气聚积在分子筛的非氧侧，这些空气主要由氮气组成，因此可以被看成是一种惰性气体混合物。这种惰性气体混合物可以用来吹洗燃料电池系统的外壳，以便防止在此位置形成易爆混合物。
根据本发明的另一示例实施方式，该供应系统设计成在氧气发生器运转期间聚集的贫氧空气可以用于冲击在第一燃料箱和/或第二燃料箱中容纳的气相碳氢化合物。因此该贫氧惰性空气也可以用来在气相时作用含有可燃液态情况化合物的油箱中，以便取代在此位置的氧气从而消除可燃性。
根据另一示例实施方式，在供应系统中，燃料电池是包括多个燃料电池组的模块化设计系统，其使用了中央供应装置和处理装置。模块化设计的燃料电池系统可以包括多个燃料电池组，它们使用用于空气、燃料、废气和废水以及电能的中央供应和处理装置。
根据本发明的另一示例实施方式，在供应系统中，第一燃料箱设计成向发动机提供液态或气态氢或甲醇形式的发动机燃料。另外，第二燃料箱设计成向燃料电池供应液态或气态氢或甲醇形式的燃料电池燃料。根据所用燃料电池类型，燃料电池系统的燃料因此可以是液态或气态氢或甲醇的形式，发动机燃料可以是例如煤油的碳氢化合物或者液态或气态氢。用于燃料电池的氢可以通过气体处理器从碳氢化合物中获得。优选发动机用煤油运转，燃料电池用氢气运转。
根据另一示例实施方式，该燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池或者是直接甲醇燃料电池。根据所用燃料电池类型，对于低温或高温聚合物电解质膜燃料电池，供给燃料电池系统的燃料可以是氢气，甲醇可以用在直接甲醇燃料电池中，并且可以从氢气加压气箱、液态氢容器或者甲醇容器中提供。
第二燃料箱和燃料电池以如下方式相连使得燃料电池的废热可以用于蒸发和/或预热第二燃料箱中的燃料电池燃料。燃料电池系统的废热因此可以用于蒸发和预热燃料电池运转所需的且从液态氢容器中提供的氢气。
根据另一示例实施方式，该供应系统不需要用于产生启动发动机所需的电能和压缩空气以及用于飞行器在地面上时的电力供应和/或应急电力供应的辅助动力装置。该供应系统可以完全取代传统的用于产生启动发动机所需的电能和压缩空气以及用于飞行器在地面上时的电力供应和/或应急电力供应的辅助动力装置。
该氧气发生器可以主要用于紧急模式，其中在机舱减压的情况下经过呼吸面罩提供给乘客的氧气可以通过该气体发生器产生。
下面介绍根据本发明的飞行器实施方式。这些实施方式也可以应用在飞行器中能量供应的供应系统以及向飞行器提供能量的方法。
第二油箱可以以一个或多个容器的形式实现，这些容器定位在例如飞行器尾翼后的尾部区域，并且可以刚性安装在该位置上，或者以一个或多个可拆卸桶的形式实现。第二燃油箱因此可以特别是用于液态氢的优选或者甲醇箱。在这方面，只有用于燃料电池操作的含有氢气和甲醇的箱位于尾部区域。该发动机优选可以从定位在其它位置的箱提供。
可以看出本发明的一方面内容是向飞行器提供不排气的发动机，而是配有用于启动发动机和供应电能的起动发电机。根据本发明，可以提供至少一个模块化设计的燃料电池系统以完全或部分地取代传统水箱。发动机和燃料电池系统可以从完全分开的供应装置补给燃料。模块化设计对于冗余度考虑来说特别重要，特别是如果一个供应部分失效时。另外，可以利用用于这些模块的中央供应和处理路径或管线。根据本发明的燃料电池系统可以在整个航行期间连续产生水。然而，不需要的过量的水可以在进行冷凝之前从飞行器上向外排放。阴极废气也可以用于机翼除冰，在这种情况下空调系统压缩机的废热也可以被利用。根据本发明的空调系统可以具有带电机的压缩机。该压缩机可以通过DC电机运行。
附图中示出了本发明的优选实施方式，下面将更详细地进行介绍这些优选的实施方式。附图示出了图1根据本发明第一实施方式的用于飞行器能量供应的供应系统；图2根据本发明第二实施方式的用于飞行器能量供应的供应系统；以及图3根据本发明第三实施方式的用于飞行器能量供应的供应系统。
具体实施例方式
实施方式只是在附图中示意性地示出，而不是成比例的。
相同或相似的组件在不同附图中用相同的附图标记表示。
下面参考图1介绍根据本发明第一实施方式的用于飞行器上能量供应的供应系统100。
用于飞行器(未示出)上能量供应的供应系统100包括用于推进飞行器的发动机101。供应系统100还包括向飞行器供电的燃料电池102。设置煤油箱103以向发动机101提供发动机燃料。另外，设置氢气箱104，其空间上以及功能上都与煤油箱103分开。
供应系统100还包括起动发电机105，其与发动机101相连并被设计成可以发电以启动发动机101并向飞行器提供电能。该起动发电机105特别地与控制单元(调节单元)106相连，该单元以用于飞行器上能量供应的中央控制的中央控制单元的形式实现。
空气供应装置107向增压舱108(其中可以承载乘客)提供补助空气，其中空气供应装置107(空调系统)可以选择性地由燃料电池102和/或起动发电机105提供电能。向空调系统107和/或压缩机110(其接收补助空气并为空调系统107压缩该补助空气)提供电能通过电控单元106控制。
另外，设置供水装置109来提供水，其中供水装置109被设计成在燃料电池102运转期间聚集的水蒸气中获取水。在供水装置109中，冷凝器111连接到燃料电池102的出口，其中燃料电池102向冷凝器输送水蒸气。冷凝器111冷凝水蒸气，从而可以得到水，并将该液体水输送给饮用水净化装置112。饮用水净化装置112的一个出口将水输送给用水处113(例如，盥洗室，厨房，等等)。用水处113所用的水被排放到废水箱114中。
为了使燃料电池102工作，除了从氢气箱104供给到燃料电池102的氢燃料以外，还需要氧气作为氧化剂。含氧的补助空气从增压舱108通过通风口115供应给燃料电池102。燃料电池102以如下方式与增压舱108相连，使得运转燃料电池102所需的燃料启动物质(即氧气)能够从增压舱108供给到燃料电池102。
空气和/或水超出的量可以从燃料电池102排出(参见图1)。补助空气也供应给发动机101，废气从发动机101中排出。
下面参考图2介绍根据本发明第二实施方式的供应系统200。
与第一实施方式100对比，在供应系统200中设置有氧气发生器201，其中所述氧气发生器与压缩机110的出口相连，从而被压缩的补助空气可以供应给氧气发生器201。该氧气发生器201利用分子筛从补助空气产生例如富氧气体，其中该富氧气体可以输送给空调系统107，可替代地或者附加地，输送给燃料电池102和/或紧急氧气供给装置202。
下面参考图3介绍根据本发明第三实施方式的供应系统300。
在供应系统300中，燃料电池102的含有水煤气的废弃产物输送给热泵301。冷凝水存储在中间水箱302中并且可以被附加处理，例如如上文参考图1和2所介绍过的。另外，冷凝水或水蒸气可以输送给机翼除冰装置305，其用于通过热交换器304来给飞行器机翼除冰。
本发明的实施不限于附图所示的优选实施方式。相反，可以想到实现多种变型，这些变型也采用根据本发明不同的基本实施方式中所述的技术手段和原理。
需要注意“包括”不排除其他组件或步骤，“一”不排除多个的情况。还需注意参考上述实施方式的一个所介绍的特征或步骤也可以与其他所述实施方式的不同特征或步骤相结合。权利要求中的附图标记不应被理解为是一种限制。
附图标记100 供应系统101 发动机102 燃料电池103 煤油箱104 氢气箱105 起动发电机106 控制单元107 空气供应装置108 增压舱
109 供水装置110 压缩机111 冷凝器112 饮用水净化装置113 用水处114 废水箱115 通风口200 供应系统201 氧气发生器202 紧急氧气供应装置300 供应系统301 热泵302 中间水箱303 泵304 热交换器305 机翼除冰装置
权利要求
1.一种用于飞行器中能量供应的供应系统，其中该供应系统包括用于推进飞行器的发动机；用于向飞行器供应电能的燃料电池；用于向发动机供应发动机燃料的第一燃料箱；用于向燃料电池供应燃料电池燃料的第二燃料箱；其中第一燃料箱与第二燃料箱在功能上分离并且分开布置。
2.如权利要求1所述的供应系统，包括机翼除冰装置，该机翼除冰装置与燃料电池以如下方式相连，使得机翼能够通过机翼除冰装置基于燃料电池运转期间聚集的燃料产物来进行除冰。
3.如权利要求2所述的供应系统，其中该供应系统设计成燃料电池运转期间作为燃料产物聚集起来的水蒸气在机翼除冰之前进行冷凝以获得水，并且其中剩余的燃料产物能被热泵加热，并且被加热的燃料产物能被输送给机翼除冰装置。
4.如权利要求3所述的供应系统，其中该供应系统设计成剩余的燃料产物能与燃料电池的阳极废气混合，并且能在再热器中和所供给的氢气一起被加热。
5.如权利要求1至3中任一项所述的供应系统，包括发电装置，其与发动机相连并且设计用于产生能量以启动发动机并向飞行器供应电能。
6.如权利要求1至5中任一项所述的供应系统，包括中央控制单元，其设计用于飞行器中能量供应的中央控制。
7.如权利要求5所述的供应系统，包括用于向机舱供应呼吸用空气的空气供应装置，其中该空气供应装置能够由燃料电池和/或发电装置供应电能。
8.如权利要求6所述的供应系统，包括用于向空气供应装置供应压缩空气的压缩机。
9.如权利要求8所述的供应系统，包括DC电机，其设计用于驱动压缩机。
10.如权利要求1至9中任一项所述的供应系统，包括供水装置，用于优选连续地产生水，其中该供水装置设计用于从燃料电池运转期间聚集的燃料产物中获得水。
11.如权利要求10所述的供应系统，包括水净化装置，用于净化所获得的水从而得到饮用水。
12.如权利要求10或11所述的供应系统，包括废水处理装置，用于通过真空系统获得用过的水，以将废水存储在集水箱中，并在地面处理废水。
13.如权利要求10至12中任一项所述的供应系统，包括排放装置，用来在冷凝之前排出燃料电池运转期间聚集的燃料产物的多余水量。
14.如权利要求7至13中任一项所述的供应系统，其中燃料电池以如下方式与机舱相连，使得运转燃料电池所需的燃料电池的燃料启动物质能够从机舱补给。
15.如权利要求1至14中任一项所述的供应系统，其中燃料电池以如下方式连接飞行器的外部环境，使得运转燃料电池所需的燃料电池的燃料启动物质能够从飞行器外部环境补给。
16.如权利要求7至15中任一项所述的供应系统，其中该空气供应装置以如下方式连接飞行器的外部环境，使得能够从飞行器外部环境供应空气以便向机舱输送呼吸用空气。
17.如权利要求16所述的供应系统，包括氧气发生器，空气供应装置通过该氧气发生器与飞行器的外部环境连接，以便向机舱输送富氧呼吸用空气。
18.如权利要求17所述的供应系统，其中该氧气发生器能够由压缩空气操作，并且设计用于根据分子筛原理进行气体分离。
19.如权利要求17或18所述的供应系统，其中该氧气发生器设计用于当飞行器在正常模式下运行时增加由空气供应装置输送的呼吸用空气中的氧气分压。
20.如权利要求17至19中任一项所述的供应系统，其中该供应系统设计成在氧气发生器运转期间聚集的贫氧空气能够用于吹洗燃料电池的外壳。
21.如权利要求17至20中任一项所述的供应系统，其中该供应系统设计成在氧气发生器运转期间聚集的贫氧空气能够用于冲击容纳在第一燃料箱和/或第二燃料箱中的气相碳氢化合物。
22.如权利要求1至21中任一项所述的供应系统，其中燃料电池是包括多个燃料电池组的模块化设计系统，这些燃料电池组使用了中央供应装置和处理装置。
23.如权利要求1至22中任一项所述的供应系统，其中第一燃料箱设计用于向发动机供应液态或气态的氢或甲醇形式的发动机燃料。
24.如权利要求1至23中任一项所述的供应系统，其中第二燃料箱设计用于向燃料电池供应液态或气态的氢或甲醇形式的燃料电池燃料。
25.如权利要求1至24中任一项所述的供应系统，其中该燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池或直接甲醇燃料电池。
26.如权利要求1至25中任一项所述的供应系统，其中第二燃料箱和燃料电池以如下方式相连使得燃料电池的废热能够用于蒸发和/或预热第二燃料箱中的燃料电池燃料。
27.如权利要求1至26中任一项所述的供应系统，其中该供应系统不含用于产生启动发动机所需的电能和压缩空气以及用于飞行器在地面上时的电力供应和/或应急电力供应的辅助动力装置。
28.一种向飞行器供应能量的方法，包括用发动机推进飞行器；通过燃料电池向飞行器供应电能；从第一燃料箱向发动机供应发动机燃料；从第二燃料箱向燃料电池供应燃料电池燃料；将第一燃料箱和第二燃料箱功能上分离并且分开布置。
全文摘要
一种用于飞行器中能量供应的供应系统(100)，包括用于推进飞行器的发动机(101)，用于向飞行器供应电能的燃料电池(102)，用于向发动机(101)供应发动机燃料的第一燃料箱(103)，和用于向燃料电池(102)供应燃料电池燃料的第二燃料箱(104)。第一燃料箱(103)与第二燃料箱(104)分开布置。
文档编号B64D37/04GK101068716SQ200580040989
公开日2007年11月7日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月3日
发明者克劳斯·霍夫亚, 汉斯格奥格·舒尔德齐希, 托尔格·普法费罗特, 拉尔斯·弗拉姆, 拉尔斯·尼克尔 申请人:空中客车德国有限公司