专利名称：电驱动的飞行器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种装配有电驱动系统的飞行器。
背景技术：
在航空中广泛使用的飞行器的推进器是通过内燃发动机或燃气涡轮机驱动的。此外，存在如下考虑，即使得飞机或直升飞机的推进器借助于电动马达驱动，参考US 2，462，201 和 US 4，955，560。也存在另外的考虑，即为飞行器装配氢燃料电池，参考US 6，568，633或US6，854，688。US 4，709，882公开了带有锂/过氧化物燃料电池的直升飞机。
发明内容
本发明的任务是提供以替代的能量源驱动的飞行器。该任务通过独立的权利要求的特征解决。有利的扩展在从属权利要求的特征中给出。根据本发明的飞行器是电驱动的飞行器，并且包括-用以提供NH3的NH3箱，-通过使用和转化NH3而产生电能的能量源，-负责驱动飞机的电驱动的驱动系统，和-将所产生的电能提供到驱动系统的能量分配系统。使用氨作为提供用于驱动的电能的能量源的基础被证明是有利的，因为氨是容易液化的气体并且因此可容易存储和运输。箱可例如处于压力下和/或被冷却，以储存液态氨。在有利的构造中，飞行器可附加地具有至少一个另外的电系统，所述电系统通过能量分配系统从由能量源所产生的电能中获取该电系统运行所需的电能。能量分配系统因此不仅向负责驱动或推进飞机的例如推进器的飞机驱动系统提供电能，而且向在飞行期间使用的但不直接用于驱动和推进飞机的至少一个另外的电系统提供电能。在有利的构造中，飞行器可附加地包括连接在能量分配系统上的存储器设备以存储所产生的多余的电能。这意味着，由能量源提供的并且未被电驱动的驱动系统或另外的系统消耗的电能被存储在存储器设备内，并且在飞行器运行期间需要时可又提供到能量分配系统中，并且从能量分配系统提供到驱动系统或另外的电系统。在其中所产生的电能多于飞机运行所需的电能的阶段中，例如在飞行阶段，控制器设备可控制所产生的多余的能量向存储器设备的输送，并且在其中所产生的电能少于飞机运行所需的电能的阶段中，例如在起飞和着陆时，控制器设备可控制所存储的能量从存储器设备的接通。存储器设备例如可以是用于电能的短时存储器。存储器设备例如可包括可充电的电池，电容器，飞轮盘或另外的能量存储器设备。以此方式，可例如克服电能量源的短时故、障。在一个构造中，通过使用和转化NH3产生电能的能量源包括NH3驱动的燃料电池系统。燃料电池是将连续提供的燃料和通常为氧的氧化剂的化学反应能转化为电能的原电池。在此，NH3驱动的燃料电池系统包括NH3燃料电池，所述NH3燃料电池通过作为燃料的NH3的直接转化而产生电能。在此典型的化学反应如下4NH3+302 — N2+6H20。替代地和/或补充地，册13驱动的燃料电池系统可包括用以产生H2的氨裂解器和后接的氢燃料电池，所述氢燃料电池通过使用由氨裂解器产提供的H2作为燃料来产生电能。对此，典型的化学反应如下2H2+02 — 2H20。氢例如可通过氨热裂解为其元素而在重整器中产生。对此，典型的化学反应如下2NH3 —N2+3H2。这种重整器的组成部分通常是覆盖以催化剂(例如，钼、钯等)的耐温的陶瓷。
在有利的方式中，在氨裂解器和氢燃料电池之间可布置分子筛，以从向氢燃料电池提供的H2中去除由于剩余的NH3导致的污染物。但不强制要求中间连接分子筛，因为根据由氨裂解器提供的氢的纯度或氢燃料电池对于所产生的氢的污染物的敏感性，可将所产生的氢直接提供到氢燃料电池。在另外的构造中，能量源可包括由册13箱供给的内燃机和由内燃机驱动的发电机。内燃机可以是使用NH3作为燃料工作的内燃机。但也可考虑的是，将从NH3箱供给的NH3事先裂解为N2和H2，并且然后将H2作为燃料供内燃机使用。作为内燃机，例如可使用内燃发动机或燃气涡轮机。在该情况中，可提供废气净化设备，所述废气净化设备将由内燃机所产生的氧化氮废气净化，然后将其排放到大气中。以此，可避免潜在地对于环境有害的氧化氮的释放。电驱动飞行器的驱动的另外的变体包括-例如汽油、柴油或煤油的碳氢化合物基燃料的箱，-以此燃料工作的内燃机，-由内燃机驱动的可产生电能的发电机，-负责驱动飞机的电驱动的驱动系统，和-将所产生的电能提供到驱动系统的能量分配系统。可至少暂时地(即例如在飞机处于空中并且飞机环境中的外部温度低于确定值期间)使用大气来冷却箱或氨。在此，利用到温度随距地面高度升高而降低，使得从飞机的一定的高度起，所存在的外部温度足够低以使箱内的氨被冷却降低到使氨处于液体的温度。这具有的优点是特别地在相应的高度的飞行期间，使用相对低的能量或理想情况中甚至不必使用能量来冷却氨。因为用于冷却的能量份额很大，所以以此措施可实现明显的效率提闻。为此提供了控制器，所述控制器被设计为如果飞行器的环境中的大气温度处于确定的阈值Si以下，则将箱与大气热连接。此外，控制器被设计为如果飞行器的环境中的大气温度高于确定阈值则中断热连接。飞行器例如可设计为飞机或直升飞机。
本发明的带有根据从属权利要求的特征的有利扩展的实施方式根据如下附图进一步解释，但不限制于所述附图。各图为图I示出了用于飞行器的NH3驱动的驱动系统的示意性图示，图2示出了用于飞行器的另一个NH3驱动的驱动系统的示意性图示，图3示出了用于飞行器的另一个NH3驱动的驱动系统的示意性图示，图4示出了用于飞行器的基于碳氢化合物基燃料的驱动系统的示意性图示，图5在示意性视图中示出了用于冷却氨箱的冷却装置，
图6示出了外部温度和氨箱与大气之间的热连接状态随时间的关系。
具体实施例方式图I示出了带有NH3驱动的驱动系统的飞行器。例如飞机或直升飞机的飞行器11包括其中具有液氨的燃料箱13。燃料箱13例如可处于压力下和/或被冷却，以将氨保持为液态。在图5中图示了将箱13冷却的可能性。氨然后被提供到换热器并且从此处提供到氨裂解器15。该重整器由氨产生氢和氮，其中气体混合物仍可能含有低痕迹的由氨导致的污染物。然后，气体混合物被引导通过分子筛，以去除氨的剩余痕迹。当使用其中氨可能导致功能损害的燃料电池时，这是特别重要的。在气体混合物中含有的氢被供给到氢燃料电池19。此类燃料电池的示例是所谓的聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC),憐酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC),固体氧化物燃料电池(Solid Oxide FuelCells, S0FC)或质子陶瓷燃料电池(Protonic Ceramic Fuel Cell, PCFC),但不限制于此。通过空气供给器21可为燃料电池19供给以空气，例如通过鼓风机供给。选择地，空气可在供给到燃料电池19之前被净化。例如，如果燃料电池19的类型由于二氧化硅而使其功能性受到损害，则这可在将空气供给到燃料电池19前去除空气中含有的二氧化碳。在空气中含有的氧用作燃料电池19的氧化剂。燃料电池19产生电力和废气，其中在废气中可能含有剩余的氢。在废气中含有的氢可在循环中被获取并且重新提供到燃料电池19。电力被提供到智能的能量分配系统23，电力从该能量分配系统23被用于向飞机中的系统提供电能。飞机的负责推进的驱动系统可包括一个或多个电动马达25，所述电动马达25与推进器27连接，并且因此使螺旋桨或类似的驱动器运动。电能也可用于为例如伺服驱动器29的另外的电系统或者为飞机内使用的的另外的系统31提供以电能。多余的电能可短时地存储在例如电池、电容器、飞轮等的合适的存储器介质中，并且在需要时从能量存储器33再次供给到系统。总之，此类驱动系统允许飞行器11的无C02的驱动。在图2中另外地示出的构造中，燃料电池19’设计为使得燃料电池19’可使用氨直接作为燃料。此类燃料电池的示例是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,S0FC)或质子陶瓷燃料电池(Protonic Ceramic Fuel Cell，PCFC)，熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC),中温氨燃料电池(Intermediate TemperatureDirect Ammonia Fuel Cells, ITDAFC),但不限制于此。在图3中示出的替代构造中不使用燃料电池。作为替代，存在以氨驱动的内燃机35。此内燃机例如可以是根据迪塞尔循环工作的马达，即所谓HCCI (英语为^homogenouscharge compression ignition”,均勻压缩点火)马达或类似的马达,但也可以是燃气润轮机。内燃机35驱动用以产生电能的发电机37。发电机可装配有超导磁体。内燃机35的废气含有氮，水以及氧化氮。氧化氮优选地在净化级39中通过借助于沸石作为催化剂的与氨的反应被转化为氮，例如根据如下反应等式4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20,和6N02+8NH3 — 7N2+12H20。反应所必须的氨可从燃料箱13中提供。图4示出了类似于在图3中所示的飞机而构建的飞行器11。所述飞行器11与图3中所示的飞机的区别在于，作为用以驱动发电机37并且产生电能的内燃机35’的燃料，现在作为氨的替代使用例如柴油、煤油或汽油的碳氢化合物基的燃料，所述燃料储存在箱13’内。图5在示意性视图中示出了用于冷却箱13的冷却装置46。例如氨裂解器和分子筛等的另外的部件在此为清晰起见未示出。可至少暂时地(即例如在飞行器11处于空中期间)使用大气来冷却箱13或箱13内的氨。在此，利用到了温度随距地面高度升高而降低，使得从飞行器11的一定的高度起，所存在的外部温度足够低以使箱13内的氨被冷却降低到使氨处于液体的温度。为此目的，箱13导热地与大气I连接，使得从箱13向大气I传输热量。为此，箱13可通过热连接41与飞行器11的外壁40连接，使得从箱13导出的热通过外壁40传输到大气11。热连接41例如通过热传导进行，例如通过具有冷却片等形式的热桥(未详细图示)进行，所述热桥将箱13直接或间接地与飞行器11的外壁40连接。替代地或补充地，箱13和外部40之间的热连接41可基于热对流效应，其中例如空气或水的相应的冷却剂将从箱13获取的热传输到飞行器的外壁40上。当然，可以的是将用于氨液化的不同设备加以组合。除利用大气之外，可提供常规的冷却器42，所述冷却器42特别在外部温度过高时使用，即例如在飞行器11处于地面的时间段内使用。补充地或替代地，也可提供使箱43或其内的氨处于压力下的设备43。因此，箱13可在外部温度高于确定阈值的时间段内以常规的冷却器42冷却。在其中外部温度低于阈值的时间段内，可省去常规的冷却器42。该阈值一方面根据氨的沸点确定，并且另一方面取决于箱13和飞行器11的外壁40之间的热连接41的类型和作用方式确定。在效率较低的热连接41的情况下，阈值温度选择为相应地低。在阈值附近的温度范围内，可考虑既使用常规的冷却器42也使用以上所述的大气冷却。为此，提供了与测量飞行器11的环境中的大气I的温度的外部温度传感器45连接的控制器44。根据所测量的温度，借助于控制器44选择合适的冷却方式。例如，控制器44可在过高的外部温度下中断热连接41，并且使常规的冷却器42工作。补充地或替代地，控制器44也可取决于外部温度和/或箱13内的氨的物态来控制压力生成器43。例如，当箱内的氨过渡到气态时，可使压力生成器43运行。控制器44取决于外部温度TA的性能在图6中图示。在图6A中的曲线图示出了外部温度TA随时间t的历程。这样的历程可例如在飞行器11在时刻t0时起动并且获得使外部温度下降的高度时得到。从时刻tl开始，飞行器再次失去高度而使得外部温度TA再次升高。控制器44取决于外部温度断开和闭合热连接41。为此，将外部温度TA与两个阈值S1、S2对比，其中S2>S1。图6B示出了热连接41取决于时间的状态并且与图6A中图示的曲线图的同步。只要外部温度TA低于阈值S 1，则箱13和大气I之间产生热连接41，SP激活大气冷却。这在图6B中以状态“I”来标记。但只要外部温度TA再次升高超过阈值S2 (其中S2>S1)，则热连接41再次断开或中断，使得大气不再对于箱13的冷却起作用。这在图6B中以状态“O”来标记。阈值SI、S2当然也可以是相同的值，即S1=S2。大气冷却的使用的优点是特别地在相应的高度的飞行期间，使用相对低的能量或理想情况中甚至不必使用能量来冷却氨或者说将其保持在液态。因为用于冷却的能量份额很大，所以以此方式可实现明显的效率提高。附图标号列表I 大气11飞行器13 氨箱13’碳氢化合物箱15氨裂解器17分子筛19氢燃料电池19’氨燃料电池21空气供给器23能量分配器25电动马达27推进器29伺服驱动器31另外的电系统33能量存储器35，35’ 内燃机37发电机39废气净化器40 外壁41热连接42常规冷却43压力生成器44控制器
45外部温度传感器 46冷却装置
权利要求
1.一种电驱动的飞行器(11)，包括 -用以提供NH3的NH3箱(13)， -通过使用和转化NH3而产生电能的能量源(15，17，19，19’，35，37)， -负责驱动所述飞行器(11)的电驱动的驱动系统(25，27 )，和 -将所产生的电能提供到所述驱动系统(25，27)的能量分配系统(23)。
2.根据权利要求I所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述飞行器(11)附加地具有至少一个另外的电系统(29，31)，所述电系统(29，31)通过能量分配系统(23)从由能量源(15，17，19，19’，35，37)所产生的电能中获取所述电系统运行所需的电能。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述飞行器(11)附加地包括连接在所述能量分配系统(23)上的存储器设备(33)以便存储所产生的多余的电倉泛。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，通过使用和转化NH3产生电能的能量源，是NH3驱动的燃料电池系统(19，19’)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述NH3驱动的燃料电池系统包括通过直接使用NH3作为燃料来产生电能的NH3燃料电池(19’)。
6.根据权利要求4或5所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述NH3驱动的燃料电池系统包括用以产生H2和N2的氨裂解器(15)和后接的氢燃料电池(19)，所述氢燃料电池通过使用H2作为燃料来产生电能。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，在氨裂解器(15)和氢燃料电池(19)之间布置了分子筛(17)，以便从向氢燃料电池提供的H2中去除由于剩余的NH3导致的污染物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述能量源包括由NH3箱供给的内燃机(35 )和由该内燃机(35 )驱动的发电机(37 )。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，提供了废气净化设备(39)，所述废气净化设备(39)将由内燃机(35)所产生的氧化氮废气净化，然后将其排放到大气中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述飞行器(11)设计为飞机或直升飞机。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动的飞行器(11)，其中，为冷却箱(13)和箱(13)内的NH3,箱(13)能够通过热连接(41)与大气(I)连接，其中通过该热连接(41)能够将热从箱(13)传输到大气(I)。
12.根据权利要求中11所述的电驱动的飞行器(11)，其中，提供了控制器(44)，所述控制器(44)被设计为当飞行器(11)的环境中的大气温度低于确定的阈值(SI)时将箱(13)与大气(I)热连接。
13.根据权利要求12所述的电驱动的飞行器(11)，其中，所述控制器(44)被设计为当所述飞行器(11)的环境中的大气温度高于确定的阈值(S2)时中断所述热连接。
全文摘要
本发明涉及一种电驱动的飞行器(11)，包括用以提供NH3的NH3箱(13)，通过使用和转化NH3而产生电能的能量源(15，17，19，19’，35，37)，负责驱动飞行器(11)的电驱动的驱动系统(25，27)，和将所产生的电能提供到驱动系统(25，27)的能量分配系统(23)。
文档编号H01M8/22GK102741123SQ201180007816
公开日2012年10月17日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年1月29日
发明者O.海德, P.比斯利, T.休斯 申请人:西门子公司