DE102008062038A1 - Emergency power system for supplying electricity to e.g. air conditioning system in cabin of civilian aircraft, has evaporation system evaporating fuel cell-product water, and heat exchanger whose supply air is cooled down by water - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Notenergiesystem für ein Flugzeug mit einer Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Brennstoffzelleneinheit über einen Kühlkreislauf, der einen Wärmetauscher umfasst, gekühlt wird, und wobei das Notenergiesystem vorteilhafterweise im bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet ist.The The present invention relates to a note power system for an aircraft with a fuel cell unit for generating electrical energy, wherein the fuel cell unit via a cooling circuit, the heat exchanger includes, cooled and wherein the note energy system advantageously in the printed Area of the aircraft is arranged.
Solche Notenergiesysteme, die im Notfall elektrische Energie durch eine Brennstoffzelleneinheit zur Verfügung stellen können, sind eine Alternative zu den in den meisten zivilen Flugzeugen vorgesehenen Notenergiesystemen, die über Stauluftturbinen arbeiten. In Notenergiesystemen mit einer Brennstoffzelleneinheit wird ein Brennstoff, wie z. B. Wasserstoff, mit Sauerstoff in der Brennstoffzelleneinheit oxidiert, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Dabei entsteht neben der elektrischen Energie Abwärme und Wasser. Als Brennstoffzellen können z. B. Proton Exchange Membrane (PEM) Brennstoffzellen eingesetzt werden, welche relativ niedrige Arbeitstemperaturen aufweisen.Such Note energy systems, which in an emergency electrical energy through a Fuel cell unit available can make are an alternative to those provided in most civil aircraft Note power systems over Rammed air turbines work. In note energy systems with a fuel cell unit is a fuel, such. As hydrogen, with oxygen in the Fuel cell unit oxidizes, whereby electrical energy is generated. This produces in addition to the electrical energy waste heat and Water. As fuel cells z. B. Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells are used, which have relatively low working temperatures.
Die beim Betrieb der Brennstoffzelleneinheit entstehende Abwärme muss dem System entzogen werden, um ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Brennstoffzelleneinheit zu garantieren. Hierzu ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, das die Abwärme der Brennstoffzelleneinheit aufnimmt und über den Wärmetauscher wieder abgibt.The during operation of the fuel cell unit resulting waste heat must be withdrawn from the system to ensure the proper functioning of the fuel cell unit to guarantee. This is a cooling circuit provided in which a coolant circulates, that the waste heat the fuel cell unit receives and emits through the heat exchanger again.
Um den Einbau des Notenergiesystems zu vereinfachen, ist es von Vorteil, wenn alle Komponenten des Notenergiesystems räumlich eng beisammen angeordnet sind, und zwar vorteilhafterweise im bedruckten Bereich des Flugzeugs. Damit ist auch der Wärmetauscher in diesem bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Während eines Notfalls wird aber versucht, den Druck im Rumpf zu erhalten, indem alle verschließbaren Öffnungen geschlossen werden. Zudem findet keine Ventilierung statt, da die Flugzeugklimatisierung im Notfall üblicherweise nicht in Betrieb ist. Der Wärmetauscher muss daher die Abwärme des Systems an die Luft innerhalb des geschlossenen Rumpfs abgeben.Around to simplify the installation of the Notenergie system, it is advantageous when all components of the note energy system are arranged close together are, and advantageously in the printed area of the aircraft. This is also the heat exchanger arranged in this printed area of the aircraft. During an emergency However, it tries to maintain pressure in the hull by removing all closable openings getting closed. In addition, no ventilation takes place, as the Aircraft air conditioning in an emergency usually not in operation is. The heat exchanger must therefore the waste heat of the system to the air within the closed hull.
Die Temperatur der Luft in der geschlossenen Rumpfhülle wird daher stetig ansteigen. Diese erhöhte Lufttemperatur beeinflußt Größe und Masse des Wärmetauschers. Zudem ergibt sich durch die maximal zumutbare Temperatur für die Passagiere eine Obergrenze für die Erhöhung der Lufttemperatur.The Temperature of air in the closed hull envelope will therefore increase steadily. This increased Air temperature affects Size and mass of the Heat exchanger. In addition, results from the maximum reasonable temperature for the passengers one Upper limit for the increase the air temperature.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Kühlung eines Notenergiesystems für ein Flugzeug zur Verfügung zu stellen.task It is therefore an object of the present invention to provide improved cooling of a Notenergiesystems for an airplane available to deliver.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einem Notenergiesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Notenergiesystem für ein Flugzeug weist dabei eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie auf, welche über einen Kühlkreislauf, der einen Wärmetauscher umfasst, gekühlt wird. Vorteilhafterweise ist das Notenergiesystem dabei im bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Erfindungsgemäß ist eine Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser vorgesehen, über welche die Zuluft und/oder die Abluft des Wärmetauschers abgekühlt wird. Beim Betrieb der Brennstoffzellen entsteht als Reaktionsprodukt Wasser, welches nun erfindungsgemäß zur Kühlung der Zuluft und/oder der Abluft des Wärmetauschers der Brennstoffzelleneinheit genutzt wird. Durch diese zusätzliche Kühlung wird die Effektivität des Wärmetauschers erhöht und die Erwärmung der zur Kühlung zur Verfügung stehenden Luft im Flugzeugrumpf verringert. Alternativ zu dem Brennstoffzellen-Produktwasser bzw. additiv zu diesem kann in einem Vorratsbehälter bevorratetes Wasser genutzt werden. Soweit im folgenden von der Verwendung von Brennstoffzellen-Produktwasser die Rede ist, kann im Rahmen der Erfindung immer auch zusätzlich bzw. alternativ dieses bevorratete Wasser eingesetzt werden.According to the invention this Problem solved by a Notenergiesystem according to claim 1. The inventive note energy system for an airplane has a fuel cell unit for generating electrical Energy on which over a cooling circuit, the one heat exchanger includes, cooled becomes. Advantageously, the note energy system is printed Area of the aircraft arranged. According to the invention is a plant for evaporation provided by fuel cell product water through which the supply air and / or the exhaust air of the heat exchanger chilled becomes. During operation of the fuel cell arises as a reaction product Water, which now according to the invention for cooling the supply air and / or the Exhaust air of the heat exchanger the fuel cell unit is used. Through this additional cooling will the effectiveness of heat exchanger elevated and the warming the for cooling to disposal reduced air in the fuselage. Alternatively to the fuel cell product water or additively to this, stored water can be used in a storage container. As far as the following of the use of fuel cell product water the speech is always within the scope of the invention, additional or Alternatively, this stored water can be used.
Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn das Brennstoffzellen-Produktwasser zur Kühlung der Zuluft des Wärmetauschers herangezogen wird. Hierdurch wird eine niedrigere Wärmetauschereintrittstemperatur erreicht, so dass der Wärmetauscher in seiner Größe und seinem Gewicht kleiner dimensioniert werden kann.Especially it is advantageous if the fuel cell product water for cooling the supply air of the heat exchanger is used. This results in a lower heat exchanger inlet temperature achieved so that the heat exchanger in his size and his Weight can be made smaller.
Aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur von ca. 70°C bis 80°C produzieren PEM-Brennstoffzellen dabei flüssiges Wasser. Dieses kann daher direkt verwendet werden, um die Zuluft und/oder die Abluft des Wärmetauschers abzukühlen. Die bei der Verdampfung des Wassers entstehende Verdampfungsenthalpie sorgt dabei für eine Temperaturabsenkung des Luftstroms. Bei Brennstoffzellen mit höherer Betriebstemperatur müssen die Abgase dagegen zuerst abgekühlt werden, bevor Wasser in flüssiger Form zur Verfügung steht. Hierfür ist gegebenenfalls ein Wasserabscheider vorgesehen.by virtue of Their low operating temperature of about 70 ° C to 80 ° C produce PEM fuel cells while liquid Water. This can therefore be used directly to the supply air and / or the exhaust air of the heat exchanger cool. The evaporation enthalpy produced by the evaporation of the water takes care of it a temperature reduction of the air flow. For fuel cells with higher Operating temperature must on the other hand, the exhaust gases cooled down first be before water in liquid Form available stands. Therefor If necessary, a water separator is provided.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser dabei eine Düse zum Einspritzen des Brennstoffzellen-Produktwassers in den Kühlluftstrom und/oder einen porösen Verdampfungskörper auf, welcher im Kühlluftstrom angeordnet ist.advantageously, has the plant according to the invention for the evaporation of fuel cell product water while a nozzle for injecting the Fuel cell product water in the cooling air flow and / or a porous Evaporation body on, which in the cooling air flow is arranged.
Erfindungsgemäß kann also eine Düse vorgesehen sein, über welche das Brennstoffzellen-Produktwasser im Kühlluftstrom zerstäubt wird. Vorteilhafterweise ist die Düse dabei im Zuluftkanal zum Wärmetauscher angeordnet. Der Wasserdruck vor der Düse kann dabei der reine Betriebsdruck der Brennstoffzelle sein. Alternativ kann eine Pumpe vorgesehen sein, über welche der Wasserdruck erhöht wird, um eine feinere Zerstäubung zu erreichen. Die Wasserzerstäubung funktioniert dabei umso besser, je höher der Druck vor der Düse ist, da feinere Tropfen eine große Oberfläche bieten und daher schneller verdampfen als große.According to the invention, therefore, a nozzle can be provided, via which the fuel cell product water is atomized in the cooling air flow. Advantageously, the nozzle is in the supply air duct for Heat exchanger arranged. The water pressure in front of the nozzle can be the pure operating pressure of the fuel cell. Alternatively, a pump may be provided over which the water pressure is increased to achieve a finer atomization. Water atomization works the better, the higher the pressure in front of the nozzle, because finer droplets offer a large surface and therefore evaporate faster than large ones.
Alternativ kann die Anlage zur Verdampfung einen porösen Verdampfungskörper aufweisen, welcher im Kühlluftstrom angeordnet ist. Der poröse Verdampfungskörper ist dabei vorteilhafterweise aus einem hydrophilen Material. Der poröse Verdampfungskörper wird mit Brennstoffzellen-Produktwasser gespeist und sorgt so für eine Verdampfung, während der Luftstrom durch oder über den porösen Körper strömt. Es handelt sich daher um einen Kontaktbefeuchter. Als poröser Verdampfungskörper kann z. B. ein Flies, insbesondere aus einem hydrophilen Material vorgesehen sein. Der Vorteil einer solchen Verdampfungsanlage liegt darin, dass kein hoher Druck benötigt wird.alternative the plant for evaporation can have a porous evaporation body, which in the cooling air flow is arranged. The porous one Evaporating body is advantageously made of a hydrophilic material. Of the porous Evaporating body is supplied with fuel cell product water and thus ensures evaporation, during the Airflow through or over the porous one Body flows. It deals therefore a contact humidifier. As a porous evaporation body can z. As a tile, in particular made of a hydrophilic material be. The advantage of such an evaporation plant is that that no high pressure is needed becomes.
Dabei kann der poröse Verdampfungskörper getrennt vom Wärmetauscher ausgeführt sein und insbesondere im Kühlluftkanal vor dem Wärmetauscher angeordnet sein, so dass die Wärmetauscher-Zuluft durch oder über den porösen Verdampfungskörper strömt. Diese Variante hat jedoch den Nachteil, dass der poröse Verdampfungskörper ein zusätzliches Bauteil darstellt, und zudem zu einem Druckverlust in der Kühlluftstrecke führen kann.there can be the porous one Evaporator body separated from the heat exchanger accomplished and in particular in the cooling air duct in front of the heat exchanger be arranged so that the heat exchanger supply air through or over the porous one Evaporating body flows. However, this variant has the disadvantage that the porous evaporation body an additional Component represents, and also to a pressure drop in the cooling air path to lead can.
Als weitere vorteilhafte Variante kann daher vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher selbst den porösen Verdampfungskörper umfasst, indem der Wärmetauscher z. B. aus einem porösen Material besteht oder mit einem porösen Material beschichtet ist. Auch hier wird das poröse Material mit dem Brennstoffzellen-Produktwasser benetzt und nutzt die Verdampfungsenthalpie direkt auf der Oberfläche des Wärmetauchers. Hierdurch ist keine zusätzliche Vorrichtung im Kühlluftstrom notwendig.When Further advantageous variant can therefore be provided that the heat exchangers even the porous one Evaporating body includes by the heat exchanger z. B. from a porous Material is or coated with a porous material. Again, this is the porous Material with the fuel cell product water wets and uses the Evaporation enthalpy directly on the surface of the heat exchanger. This is no additional device in the cooling air flow necessary.
In weiterhin vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser so ausgelegt, dass nach Aktivierung des Notenergiesystems das entstehende Brennstoffzellen-Produktwasser zunächst gesammelt und erst zeitverzögert zur Kühlung des Kühlluftstroms herangezogen wird. Die Auslegung des Wärmetauschers zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit wird durch die maximale Temperatur der Kühlluft während des gesamten Systembetriebs bestimmt. Zu Beginn des Einsatzes hat die Kühlluft dabei noch ein relativ niedriges Temperaturniveau, welches jedoch im Verlauf des Einsatzes ansteigt. Um die Größe und somit auch das Gewicht des Wärmetauschers zu minimieren, kann daher das Produktwasser erfindungsgemäß gesammelt werden und z. B. erst ab einer bestimmten Kühllufttemperatur oder nach Ablauf einer gewissen Zeit in den Kühlluftstrom eingebracht werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die eingebrachte Wassermenge mit der Zeit oder mit der Kühllufttemperatur steigt. Hierdurch kann die maximale Kühllufttemperatur, welche die Auslegung des Wärmetauschers bestimmt, deutlich gesenkt werden. Durch das Sammeln des Wassers zu Beginn des Betriebs steht zum Zeitpunkt der höchsten Kühllufttemperatur eine zusätzliche Wassermenge zur Verfügung, die zum Kühlen genutzt werden kann.In furthermore advantageously the plant according to the invention is designed for the evaporation of fuel cell product water, that after activation of the note energy system, the resulting fuel cell product water first collected and delayed for cooling the cooling air flow is used. The design of the heat exchanger for cooling the Fuel cell unit is characterized by the maximum temperature of the cooling air during the throughout system operation. At the beginning of the mission has the cooling air while still a relatively low temperature level, which, however increases during the course of the mission. To the size and thus the weight of the heat exchanger Therefore, the product water can be collected according to the invention be and z. B. only from a certain cooling air temperature or after Expiration of a certain time to be introduced into the cooling air flow. Likewise, it can be provided that the introduced amount of water with the time or with the cooling air temperature increases. This allows the maximum cooling air temperature, which the Design of the heat exchanger determined to be lowered significantly. By collecting the water At the beginning of operation, there is an additional one at the time of the highest cooling air temperature Amount of water available, the for cooling can be used.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser weist dabei vorteilhafterweise einen Sammelbehälter zum Sammeln des entstehenden Brennstoffzellen-Produktwassers sowie eine entsprechende Steuerung auf, über welche die Zugabe des Wassers zum Kühlluftstrom gesteuert wird. Alternativ kann auch der Sammelbehälter und die Zuleitung so ausgestaltet werden, dass sich entstehendes Brennstoffzellen-Produktwasser zunächst sammelt und erst später in den Kühlluftstrom eingebracht wird.The inventive plant for the evaporation of fuel cell product water has advantageously a collection container for collecting the resulting fuel cell product water as well an appropriate control over which the addition of the water to the cooling air flow is controlled. Alternatively, the collection container and the supply line be designed so that emerging fuel cell product water first collects and later into the cooling air flow is introduced.
In weiterhin vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher über einen Abluftkanal mit dem Luftverteilungssystem der Flugzeugkabine verbunden ist, so dass während des Betriebs des Notenergiesystems die vom Wärmetauscher erwärmte Abluft über das Luftverteilungssystem in der Kabine verteilt werden kann. Diese ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Abwärme der Brennstoffzellenanlage über die Kabine. Durch diese gleichmäßige Verteilung können Kurzschluss strömungen der warmen Abluft stark reduziert werden. Hierdurch kann die Temperatur der Wärmetauscher-Zuluft über einen langen Zeitraum niedrig gehalten werden, so dass dieser kleiner dimensioniert werden kann. Zudem wird eine Überhitzung einzelner Bereiche des Flugzeugs vermieden. Dabei kann durch die Nutzung des Luftverteilungssystems der Flugzeugkabine auf ein bereits vorhandenes Bauteil zurückgegriffen werden, was Kosten und Gewicht spart.In Furthermore advantageously, it is provided that the heat exchanger via a Exhaust duct connected to the air distribution system of the aircraft cabin is, so while the operation of the Notenergie system heated by the heat exchanger exhaust air over the Air distribution system can be distributed in the cabin. These allows a uniform distribution the waste heat the fuel cell system over the cabin. Through this even distribution can Short circuit currents the warm exhaust air are greatly reduced. This can cause the temperature the heat exchanger supply air via a long period are kept low, making this smaller can be dimensioned. In addition, overheating of individual areas of the aircraft avoided. It can by the use of the air distribution system the aircraft cabin resorted to an existing component which saves costs and weight.
Die Erfindung ist dabei von besonderem Vorteil, wenn die Zuluft für den Wärmetauscher aus dem bedruckten Bereich der der Kabine entnommen wird. Insbesondere kann dabei ein Zuluftkanal vorgesehen sein, welcher mit dem Kabinenabluftsystem in Verbindung steht.The The invention is of particular advantage when the supply air for the heat exchanger from the printed area taken from the cabin. Especially can be provided a supply air duct, which with the cabin exhaust system communicates.
Vorteilhafterweise steht der Abluftkanal des Wärmetauschers mit der Mischkammer des Luftverteilungssystems der Kabine in Verbindung. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung der warmen Abluft ermöglicht.advantageously, is the exhaust duct of the heat exchanger communicates with the mixing chamber of the air distribution system of the cabin. This will result in a uniform distribution the warm air allows.
In weiterhin vorteilhafter Weise ist ein Gebläse vorgesehen, über welches die Ablauft vom Wärmetauscher zum Luftverteilungssystem der Kabine transportiert wird. Vorteilhafterweise gehört dieses Gebläse zum Klimaanlagen- und/oder Luftverteilungssystem. Es kann also zum Einbringen der Abluft vom Wärmetauscher zum Luftverteilungssystem auf eine ohnehin vorhandene Komponente zurückgegriffen werden, z. B. das Rezirkulationsgebläse des Klimaanlagenluftverteilungssystems.In a further advantageous manner, a fan provided via which the drain is transported from the heat exchanger to the air distribution system of the cabin. Advantageously, this fan belongs to the air conditioning and / or air distribution system. It can therefore be used to introduce the exhaust air from the heat exchanger to the air distribution system to an already existing component, z. B. the recirculation fan of the air conditioning air distribution system.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems in Kombination mit einem Klimatisierungs- und/oder Luftverteilungssystems für die Kabine eines Flugzeugs. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Notenergiesystems in einem Flugzeug.The The present invention further includes the use of a note energy system according to the invention in combination with an air conditioning and / or air distribution system for the Cabin of an airplane. Furthermore, the present invention includes the use of the note energy system according to the invention in an airplane.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Klimatisierungs- und/oder Luftverteilungssystem für die Kabine eines Flugzeugs, welches über einen Abluftkanal mit dem Wärmetauscher eines Notenergiesystems, wie es oben beschrieben wurde, verbunden ist. Hierdurch kann die warme Abluft vom Wärmetauscher gleichmäßig in der Flugzeugkabine verteilt werden.The The present invention further includes an air conditioning and / or Air distribution system for the cabin of an aircraft, which via an exhaust duct with the heat exchangers a note energy system as described above is. This allows the warm air from the heat exchanger evenly in the Aircraft cabin be distributed.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Flugzeug mit einem Notenergiesystem und/oder einem Klimatisierungs- und/oder einem Luftverteilungssystem, wie es oben beschrieben wurde. Für das Flugzeug ergeben sich dabei die gleichen Vorteile, wie sie oben dargestellt wurden.The The present invention further includes an aircraft having a note energy system and / or an air conditioning and / or an air distribution system, as described above. For the Aircraft yield the same benefits as they did above were presented.
Die vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Notenergiesystems für ein Flugzeug, wobei das Notenenergiesystem eine Brennstoffzelleneinheit zur Erzeugung elektrischer Energie aufweist, welche über einen Kühlkreislauf, der einen Wärmetauscher umfasst, gekühlt wird. Das Notenergiesystem ist dabei vorteilhafterweise im bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Zuluft und/oder die Abluft des Wärmetauschers durch die Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser abgekühlt wird. Durch die erfindungsgemäße Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser kann damit die Kühlleistung des Wärmetauschers erhöht bzw. der Wärmetauscher geringer dimensioniert werden.The The present invention further includes a method of operation an emergency energy system for an aircraft, wherein the note energy system, a fuel cell unit for generating electrical energy, which via a Cooling circuit the one heat exchanger includes, is cooled. The note energy system is advantageously in the printed Area of the aircraft arranged. According to the invention it is provided that the Supply air and / or the exhaust air of the heat exchanger by the evaporation of fuel cell product water is cooled. By the evaporation according to the invention of fuel cell product water can thus the cooling capacity of the heat exchanger elevated or the heat exchanger be dimensioned smaller.
In vorteilhafter Weise wird dabei das Brennstoffzellen-Produktwasser mittels einer Düse in den Kühlluftstrom eingespritzt und/oder über einen porösen Verdampfungskörper in den Kühlluftstrom eingebracht.In Advantageously, while the fuel cell product water by means of a nozzle into the cooling air flow injected and / or over a porous one Evaporating body into the cooling air flow brought in.
In weiterhin vorteilhafter Weise wird nach Aktivierung des Notenergiesystems das entstehende Brennstoffzellen-Produktwasser zunächst gesammelt und erst zeitverzögert zur Kühlung des Kühlluftstroms herangezogen.In continues to be advantageous manner after activation of the Notenergiesystems initially collecting the resulting fuel cell product water and only delayed for cooling the cooling air flow used.
In vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren dabei so durchgeführt, wie dies oben bezüglich der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Notenergiesystems dargestellt wurde.In Advantageously, the method according to the invention is carried out as such this above regarding the operation of the note energy system according to the invention shown has been.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigenThe The present invention will now be described with reference to exemplary embodiments and drawings shown in more detail. Show
Das
Flugzeug ist mit einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Notenergiesystems ausgestattet,
welches im Notfall mittels einer Brennstoffzelleneinheit
Das
erfindungsgemäße Notenergiesystem ist
im Ausführungsbeispiel
im bedruckten Bereich des Flugzeugs angeordnet. Da während eines
Notfalls alle verschließbaren Öffnungen
in der Flugzeughülle
geschlossen werden, um den Druck im Rumpf aufrecht zu erhalten,
muss der Wärmetauscher
Um die Effizienz des Wärmetauschers zu erhöhen und damit den Wärmetauscher bezüglich seiner Größe und seinem Gewicht möglichst klein dimensionieren zu können, sind dabei erfindungsgemäß mehrere Merkmale vorgesehen, welche auch unabhängig voneinander realisiert werden können.Around the efficiency of the heat exchanger to increase and thus the heat exchanger in terms of his size and his Weight as possible to be able to dimension small, are according to the invention more Features provided, which also realized independently can be.
Wie
in
Weiterhin
ist erfindungsgemäß eine Anlage zur
Verdampfung von Brennstoffzellen-Produktwasser
vorgesehen, über
welche die Zuluft
In
Alternativ
hierzu kann, wie in
Als weitere Variante kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der selbst aus einem porösen Material besteht oder mit einem porösen Material beschichtet ist. Dieses poröse Material wird wie oben beschrieben mit Produktwasser von den Brenn stoffzellen benetzt und nutzt somit die Verdampfungsenthalpie direkt auf der Oberfläche des Wärmetauschers.When Another variant can be a heat exchanger be provided, which itself consists of a porous material or with a porous one Material is coated. This porous material is as described above wets with product water from the fuel cells and thus uses the enthalpy of vaporization directly on the surface of the heat exchanger.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das von den Brennstoffzellen während ihres Betriebs produzierte Wasser nicht sofort in den Kühlluftstrom eingebracht wird. Die Auslegung des Wärmetauschers wird nämlich durch die maximale Temperatur der Kühlluft während des gesamten Systembetriebs bestimmt. Zu Beginn des Einsatzes hat die Kühlluft jedoch noch ein relativ niedriges Temperaturniveau, welches dann im Verlauf des Einsatzes ansteigt. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, das während des Betriebs der Brennstoffzellen entstehende Produktwasser zu sammeln und mit steigender Kühllufttemperatur oder Betriebszeit verstärkt einzuspritzen bzw. in das poröse Material einzubringen. Durch das Sammeln des Wassers zu Beginn des Einsatzes steht somit zum Zeitpunkt der höchsten Kühllufttemperatur eine zusätzliche Wassermenge zur Verfügung, welche zum Kühlen genutzt werden kann. Hierdurch kann die maximal auftretende Kühllufttemperatur, welche die Auslegung des Wärmetauschers bestimmt, deutlich gesenkt werden. In vorteilhafter Weise ist dabei ein Sammelbehälter zum Sammeln des Brennstoffzellen-Produktwassers und eine Steuerung vorgesehen, über welche die Zugabe des Brennstoffzellen-Produktwassers zum Kühlluftstrom gesteuert wird. Die Steuerung kann dabei auf Grundlage der Kühllufttemperatur, welche hierzu mit einem Temperaturfühler gemessen wird, oder z. B. auf Grundlage des Zeitablaufs erfolgen.Furthermore, it can be provided that the water produced by the fuel cells during their operation is not introduced immediately into the cooling air flow. Namely, the design of the heat exchanger is determined by the maximum temperature of the cooling air during the entire system operation. At the beginning of the mission, however, the cooling air still has a relatively low temperature level, which then rises in the course of use. Therefore, it is provided according to the invention to collect the resulting product water during operation of the fuel cell and injected increasingly with increasing cooling air temperature or operating time or to introduce into the porous material. By collecting the water at the beginning of the use is thus at the time of the highest cooling air temperature, an additional amount of water available, which can be used for cooling. In this way, the maximum occurring cooling air temperature, which determines the design of the heat exchanger can be significantly reduced. Advantageously, a collecting container for collecting the fuel cell product water and a controller is provided, via which the addition of the fuel cell product water to the cooling air flow is controlled. The control can be based on the cooling air temperature, which is measured for this purpose with a temperature sensor, or z. B. based on the passage of time.
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|---|---|
| DE (1) | DE102008062038A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011012803A1 (en) | 2011-03-02 | 2012-09-06 | Diehl Aerospace Gmbh | On-board supply system and on-board kitchen, with a fuel cell unit, for use in an aircraft |
| RU2492119C2 (en) * | 2011-09-21 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Drone |
| WO2016116902A1 (en) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Zodiac Aerotechnics | Aircraft fuel cell heat usages |
| FR3037565A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-23 | Snecma | AIRCRAFT EQUIPPED WITH A HEAT GENERATING DEVICE |
| WO2021009150A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-21 | Robert Bosch Gmbh | Cooling system for a fuel cell stack |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10102890A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-09-20 | Nissan Motor | Fuel cell system and fuel cell process |
| DE102006020145A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Modine Manufacturing Co., Racine | Fuel cell system with integrated fuel humidifier unit |
-
2008
- 2008-12-12 DE DE102008062038A patent/DE102008062038A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10102890A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-09-20 | Nissan Motor | Fuel cell system and fuel cell process |
| DE102006020145A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Modine Manufacturing Co., Racine | Fuel cell system with integrated fuel humidifier unit |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011012803A1 (en) | 2011-03-02 | 2012-09-06 | Diehl Aerospace Gmbh | On-board supply system and on-board kitchen, with a fuel cell unit, for use in an aircraft |
| US8814086B2 (en) | 2011-03-02 | 2014-08-26 | Diehl Aerospace Gmbh | On-board supply system and on-board galley having a fuel cell unit for use in an aircraft |
| DE102011012803B4 (en) * | 2011-03-02 | 2015-02-12 | Diehl Aerospace Gmbh | On-board supply system with a fuel cell unit, for use in an aircraft |
| RU2492119C2 (en) * | 2011-09-21 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Drone |
| WO2016116902A1 (en) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Zodiac Aerotechnics | Aircraft fuel cell heat usages |
| US20180002030A1 (en) * | 2015-01-22 | 2018-01-04 | Zodiac Aerotechnics | Aircraft fuel cell heat usages |
| EP3446961A1 (en) * | 2015-01-22 | 2019-02-27 | Zodiac Aerotechnics | Aircraft fuel cell heat usages |
| US10717542B2 (en) * | 2015-01-22 | 2020-07-21 | Zodiac Aerotechnics | Aircraft fuel cell heat usages |
| FR3037565A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-23 | Snecma | AIRCRAFT EQUIPPED WITH A HEAT GENERATING DEVICE |
| WO2021009150A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-21 | Robert Bosch Gmbh | Cooling system for a fuel cell stack |
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