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    • 专利摘要:
    InherkömmlichenLuftfahrzeugen sind die Systeme zur Energieerzeugung, zur Trinkwasserbereitstellungund Abwasserentsorgung die Klimaanlage sowie Systeme zur Notfallversorgungder Passagiere mit Sauerstoff vollständig voneinander getrennt.Gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird ein Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem,umfassend einen elektrochemischen Reaktor zur Erzeugung von Energie,Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser aus Grauwasser, einem kohlenwasserstoffhaltigenBrennstoff und Luft, bereitgestellt, so dass die bisher getrenntenSysteme zur Frischwasserversorgung, Energieerzeugung und Sauerstofferzeugungzu einem Gesamtsystem zusammengefasst sind. Erfindungsgemäß werdendie notwendigen Redundanzen dabei durch zwei oder mehrere Systemegleicher Art gewährleistet,die vollständigunabhängigvoneinander betrieben werden können.
    公开号:DE102004026226A1
    申请号:DE102004026226
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Harald Gründel；Hans-Jürgen Heinrich；Claus Hoffjann；Hans-Georg Schuldzig
    申请人:Airbus Operations GmbH；
    IPC主号:B64D10-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einem integriertenelektrochemischen Versorgungssystem. Insbesondere betrifft die vorliegendeErfindung ein Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem, umfassendeinen ersten elektrochemischen Reaktor zur Erzeugung von Energie,Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser.
    [0002] InLuftfahrzeugen sind die einzelnen Versorgungssysteme, wie z. B.Systeme zur Energieerzeugung, zur Trinkwasserbereitstellung undAbwasserentsorgung, die Klimaanlage sowie Systeme zur Notfallversorgungder Passagiere mit Sauerstoff, vollständig voneinander getrennt.Insbesondere müssendie fürden Betrieb oder die Versorgung der einzelnen Versorgungssystemenotwendigen Rohstoffe oder Treibstoffe in entsprechenden Vorratsbehältern mitgeführt werden.Diese Vorratsbehälter werdenvor dem Flug aufgefüllt.
    [0003] Dienotwendige Mitführungvon Vorratsbehältern,wie beispielsweise Frischwassertanks oder Sauerstoffspeicher, erfordertumfangreichen Platzbedarf und führtzu einem erhöhtenFluggewicht. Weiterhin erfordert der Beladevorgang ein erhebliches Maß an Zeitaufwandund es ist in der Regel erforderlich, dass zur Beladung entsprechendeSpezialmaschinen oder -instrumente verwendet werden.
    [0004] Vordiesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einverbessertes Versorgungssystem fürLuftfahrzeuge anzugeben.
    [0005] Gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben, wird dieobige Aufgabe mittels eines Versorgungssystems in einem Luftfahrzeuggelöst,welches einen ersten elektrochemischen Reaktor zur Erzeugung vonEnergie, Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser aus Grauwasser,einen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff und Luft umfasst. Hierbeiersetzt oder unterstütztder erste elektrochemische Reaktor zumindest eines der Systeme desLuftfahrzeugs, ausgewähltaus der Gruppe bestehend aus Hilfstriebwerk zur Erzeugung von Druckluftund elektrischer Energie, Stauluftturbine, Klarwassertank einesWassersystems, Triebwerksgenerator zur Erzeugung elektrischer Energieund Sauerstoffversorgungssystem.
    [0006] Vorteilhafterweiseist hierdurch ein Versorgungssystem für Luftfahrzeuge angegeben,welches die bisher getrennten Systeme zur Frischwasserversorgung,Energieerzeugung und Sauerstofferzeugung zu einem Gesamtsystem zusammenfasst.Das erfindungsgemäße Versorgungssystemerzeugt hierbei vorteilhafterweise elektrische Energie, Wärmeenergie(welche beispielsweise innerhalb des Versorgungssystems selbst weiterverwendetwird), Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser, wodurch die Mitführung dieserRessourcen verringert werden oder gar gänzlich entfallen kann.
    [0007] Vorteilhafterweiseist das im Luftfahrzeug entstehende Abwasser nach einer entsprechenden Aufreinigungoder Entsalzung dem Versorgungssystem wieder zuführbar, wonach es im elektrochemischenReaktor in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltbarist. Aus dem erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff ist dann zum Beispiel,insbesondere bei der Verwendung mehrerer elektrochemischer Reaktoren,Wasser herstellbar. Somit ist der Wasserkreis innerhalb des Luftfahrzeugesgeschlossen.
    [0008] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 angegeben, umfasst dasVersorgungssystem weiterhin eine Steuerungseinheit zur Steuerungoder Regelung der im Reaktor ablaufenden Prozesse, wobei die imReaktor ablaufenden chemischen oder elektrochemischen Prozesse alsGesamtprozess ablaufen und nicht voneinander trennbar sind.
    [0009] Somitwird durch die Verknüpfungder im Reaktor ablaufenden verschiedenen chemischen oder elektrochemischenProzesse zu einem Gesamtprozess ein abgeschlossenes Versorgungssystembereitgestellt, bei welchem die intern ablaufenden Prozesse vorteilhafterweisederart miteinander verknüpft sind,dass eine optimale Energieausbeute gewährleistet ist. So kann beispielsweisedie bei einem Brennstoffzellenprozess auftretende Prozesswärme zumVerdampfen des eingangsseitig zugeführten kohlenwasserstoffhaltigenBrennstoffs verwendet werden.
    [0010] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 3 angegeben, umfasst dasVersorgungssystem weiterhin einen zweiten elektrochemischen Reaktor,wobei die Steuerungseinheit den ersten und den zweiten Reaktor einzelnsteuert oder regelt, so dass der erste und der zweite Reaktor unabhängig voneinanderbetreibbar sind.
    [0011] Beispielsweisebesteht das Versorgungssystem aus mindestens zwei Reaktoren. JederReaktor wird von einer eigenen Steuerung gesteuert oder geregelt,welche zu der Steuerungseinheit zusammengefasst sind. Vorzugsweisekommunizieren die Steuerungen miteinander, so dass bei Ausfall einesReaktors die übrigenReaktoren diesen ersetzen.
    [0012] Vorteilhafterweisewird dadurch eine Redundanz in der Versorgung des Luftfahrzeugesmit Energie, Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser sichergestellt.Bei Ausfall eines Reaktors, sei es durch Defekt oder z. B. auchaufgrund von Wartungsarbeiten, übernimmtder andere Reaktor dessen Aufgaben. Weiterhin ist es möglich, durchZusammenschalten mehrerer unabhängigerReaktoren Leistungsspitzen, die während des Flugbetriebes auftretenkönnen,abzudecken.
    [0013] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 4 angegeben, umfasst dasVersorgungssystem weiterhin eine Trinkwassernutzungsanlage, insbesonderemindestens eine Waschrauminstallation, WC-Spülung, Fäkalientransportvorrichtungoder Fäkaliensammelvorrichtung,wobei die Trinkwassernutzungsanlage eine Auffangvorrichtung zumSammeln anfallender Abwässerumfasst.
    [0014] Dasin der Trinkwassernutzungsanlage anfallende Abwasser kann somitvorteilhafter Weise gesammelt und, nach einem entsprechenden Vorreinigungs-oder Entsalzungsprozess, dem elektrochemischen Reaktor zugeführt werden,beispielsweise zur Erzeugung von Wasserstoff, Sauerstoff oder Klarwasser.Vorteilhafterweise ist somit der Wasserkreislauf innerhalb des Luftfahrzeugesvollständiggeschlossen.
    [0015] Gemäß einemweiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 5 angegeben, ist demersten oder zweiten Reaktor mindestens eine Kondensationseinheitzur Auskondensation von Wasseranteilen aus einem Abgas des erstenoder zweiten Reaktors nachgeschaltet.
    [0016] Durchdie Verwendung einer Kondensationseinheit ist erfindungsgemäß gewährleistet,dass ein hoher Anteil des sich in den Abgasen der Reaktoren befindendenWassers aus diesen Abgasen entfernt wird und somit dem Versorgungssystemerneut zugeführtwerden kann.
    [0017] Weiterevorteilhafte Ausführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung sind in Ansprüchen 6 und 7 angegeben.
    [0018] InAnspruch 8 ist ein Versorgungssystem gemäß einem weiteren vorteilhaftenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung angegeben, in dem die im ersten oderzweiten Reaktor ablaufenden Prozesse derart regelbar sind, dasssich eine Kombination aus erstem oder zweiten Reaktor zu ihrer Umgebungthermisch neutral verhält,so dass eine einfache Isolierung der Kombination für den Einbauin das Luft- oder Raumfahrzeug ausreicht.
    [0019] Vorteilhafterweisewird die Regelung der thermische Ausgewogenheit im Wesentlichendurch konstruktive Maßnahmenbestimmt. Die Regelparameter innerhalb des Systems werden einmaleingestellt und folgen dann von Außen vorgegebenen Parametern.Es gibt also immer ein thermisches Gleichgewicht innerhalb des Systems.Einzige Ausnahmen sind die Anwärm- und die Ausklingphase.Beim Anwärmenmuss durch einen gesonderten Prozess Wärme zugeführt werden (Brenner, elektrischeBeheizung). Beim Abklingen werden die Prozesse einfach unterbrochen.Es findet keine weitere Stoffumsetzung statt und das System kühlt aus.
    [0020] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 9 angegeben, umfasst dasVersorgungssystem weiterhin zumindest eine Turbine oder zumindesteine Pumpe, wobei die zumindest eine Turbine oder Pumpe zum Transporteines vom ersten oder zweiten Reaktor ausgehenden Ausgangs-Stoffstromsoder zum Pumpen eines dem ersten oder zweiten Reaktor zugeführten Eingangs-Stoffstromsausgeführtist.
    [0021] Durchdie zumindest eine Pumpe oder Turbine ist es somit möglich, einenentsprechenden Ladedruck des Eingangs-Stoffstroms zu erzeugen bzw. dieEinströmgeschwindigkeitdes Eingangs-Stoffstroms zu erhöhenund somit dem aktuellen Versorgungsbedarf anzupassen. Weiterhinist durch die Pumpe oder Turbine die Abtransportgeschwindigkeitentsprechender Ausgangs-Stoffströme regelbarbzw. kann hierdurch ein erhöhterDruck im Leitungssystem des Ausgangs-Stoffstroms erzeugt werden,so dass der Ausgangs-Stoffstrom beispielsweise unter erhöhtem Druckkomprimiert in einem entsprechenden Behälter gelagert bzw. zwischengelagertwerden kann.
    [0022] Weiterevorteilhafte Ausführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.
    [0023] Gemäß einemweiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 12 angegeben, umfasstdas Versorgungssystem weiterhin eine gasdichte Umhausung für alle sicherheitskritischenSystemkomponenten.
    [0024] Vorteilhafterweiseist hierdurch sichergestellt, dass austretende Schadstoffe nichtin die Fluggastzelle des Luftfahrzeuges gelangen können.
    [0025] Gemäß einerweiteren beispielhaften Ausführungsformder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 13 angegeben, umfasstdas Versorgungssystem weiterhin eine Temperierungsvorrichtung zur Einstellungeiner Temperatur innerhalb der gasdichten Umhausung und eine Druckbeaufschlagungsvorrichtungzur Beaufschlagung eines Drucks durch ein inertes Gas innerhalbder gasdichten Umhausung unabhängigvom Druck außerhalbder gasdichten Umhausung.
    [0026] Somitist, vom thermodynamischen Standpunkt aus betrachtet, das Versorgungssystemunabhängigvon den Bedingungen innerhalb des Flugzeugrumpfes. Sowohl Temperaturals auch Druck innerhalb der gasdichten Umhausung des Versorgungssystemskönnengesondert geregelt werden, um optimale Prozessbedingungen zu gewährleisten.
    [0027] Weiterevorteilhafte Ausführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.
    [0028] ImFolgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung beschrieben.
    [0029] 1 zeigteine schematische Darstellung eines Versorgungssystems gemäß einembevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0030] 2 zeigtdie insgesamt im Versorgungssystem ablaufenden chemischen oder elektrochemischenProzesse und die Nutzung der erzeugten Reaktionsprodukte.
    [0031] 1 zeigtein Versorgungssystem fürein Luftfahrzeug gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. Durch Installation eines oder mehrererelektrochemischer Reaktoren, wie beispielsweise einem ersten elektrochemischenReaktor 1 und einem zweiten elektrochemischen Reaktor 2,welche als Eingangsstoffe ausreichend aufgereinigtes Grauwasser,einen kohlenwasserstoffhaltigen Energieträger, wie beispielsweise Kerosin,sowie Luftsauerstoff nutzen und als Ausgangsstoffe Frischwasser,Sauerstoff sowie elektrische Energie erzeugen, lässt sich ein Versorgungssystemfür einLuftfahrzeug mit veränderterSystemkonzeption gegenüberden heute üblichenVersorgungssystemen darstellen.
    [0032] Indem in 1 dargestellten Versorgungssystem sind mehrereReaktoren der gleichen Art (hier beispielhaft erster Reaktor 1 undzweiter Reaktor 2) installiert, welche die bisher getrenntenSysteme zur Frischwasserversorgung, Energieerzeugung und Sauerstofferzeugungzu einem Gesamtsystem zusammenfassen. Die notwendigen Redundanzenwerden dabei durch zwei oder mehrere Systeme oder Reaktoren gleicherArt gewährleistet,die vollständig unabhängig voneinanderbetrieben werden können.
    [0033] Diebeiden elektrochemischen Reaktoren ersetzen dabei ganz oder teilweisefolgende heute verwendeten Systeme und Komponenten: Triebwerksgeneratorenzur Erzeugung elektrischer Energie, Hilfstriebwerke zur Erzeugungvon Druckluft und elektrischer Energie, Stauluftturbinen, Frischwassertanksoder Sauerstoffversorgungssysteme.
    [0034] Jederelektrochemische Reaktor hat dabei folgende Wirkungsweise: Einerseitswird aufgereinigtes Grauwasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten,andererseits wird aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Energieträger, wiebeispielsweise Kerosin, Wasserstoff gewonnen und weiterhin werdenWasserstoff und Sauerstoff zu Wasser unter Erzeugung von elektrischer Energiesynthetisiert.
    [0035] Hierbeigilt die folgende vereinfachte Reaktionsgleichung: CxHy + aH2O + bO2 + cN2 → dCO2 + eH2 + fO2 + gH2O + cN2+ Energie .
    [0036] Hierbeigelten die folgenden Randbedingungen: – die imReaktor stattfindenden Prozesse funktionieren als Gesamtprozessund sind nicht voneinander getrennt zu betreiben; – dieStickstoff-, Kohlendioxyd- und Spurengasanteile aus der Kabinenluftwerden durch das System durchgeleitet oder spielen beim Umsetzungsprozessnur eine untergeordnete Rolle; – dieeingangsseitigen Moleküleund Verbindungen sind im Wesentlichen nicht identisch mit den ausgangsseitigenMolekülenund Verbindungen; – dieEingangs-Stoffströmebestehen aus aufgereinigtem Grauwasser, Luft (Kabinenluft) und einemkohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff (z. B. Kerosin); – dieAusgangs-Stoffströmebestehen aus Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxyd, im Falle zusätzlicherextern angeschlossener Brennstoffzellen wird auch Wasserstoff ausgeleitet; – imProzess freiwerdende andere Gase werden intern derart geleitet undumgesetzt, dass ausschließlichdie oben angegebenen Stoffströme außerhalbdes Reaktors auftreten; – derReaktor verhältsich zu seiner Umgebung thermisch neutral, so dass eine einfacheIsolierung ausreicht, um einen Einbau in die Flugstruktur zu ermöglichen; – dievom Reaktor abgegebene elektrische Energie liegt in ihrem Ursprungals Gleichspannung vor.
    [0037] ImFolgenden werden das erfindungsgemäße Versorgungssystem und diedamit zusammenhängendenStoffströmenäher beschrieben.
    [0038] DasVersorgungssystem besteht aus einem ersten elektrochemischen Reaktor 1 undeinem zweiten elektrochemischen Reaktor 2, welche miteinander über einLeitungssystem 3 verbunden sind. Über das Leitungssystem 3 sindsowohl Rohstoffe, wie beispielsweise Sauerstoff, Wasserstoff oderWasser, als auch Wärmeenergieoder elektrische Energie austauschbar. Die wesentlichen Bestandteilebzw. die sicherheitsrelevanten Bestandteile, wie beispielsweise dieReaktoren 1 und 2, sind innerhalb einer thermisch isoliertenund gasdichten Umhausung 6 angeordnet.
    [0039] Über Leitungssysteme 27, 28, 29, 30 und 52 werdenden elektrochemischen Reaktoren 1, 2 Eingangsstoffe 4 bereitgestellt.Die Eingangsstoffe 4 umfassen Grauwasser (H2O),einen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff (CxHy), Luftsauerstoff(O2), Luftstickstoff (N2)und Wasserstoff (H2). Der eingangsseitigeWasserstoff entstammt beispielsweise Leitungssystemen mit Wasserstoffspeicher 47,welcher überLeitungssystem 32 vom Versorgungssystem selber gespeistwird.
    [0040] Ausgehendvon den elektrochemischen Reaktoren 1, 2 erhält man einSystem, welches sich in einem Luftfahrzeug wie folgt anordnen lässt: Dasaus einer Trinkwassernutzungsanlage 12, welche beispielsweiseWC-, Waschbecken, Galleys oder andere Wasserverbraucher umfasst,gewonnenes Abwasser wird durch Aufreinigung und Entsalzung in einfür denReaktor geeignetes Wasser umgewandelt. Dieses so gewonnene Wasserwird dem ersten Reaktor 1 über Leitungssystem 14 oderdem zweiten Reaktor 2 überLeitungssystem 13 zugeführt.Das Wasser wird daraufhin im Reaktor in die Bestandteile Wasserstoffund Sauerstoff aufgespalten. Weiterhin ist es möglich, über die Leitungssysteme 13, 14 von einemder Reaktoren 1, 2 ausgegebenes Wasser der Trinkwassernutzungsanlage 12 zuzuführen. Hierfür kann esunter Umständenerforderlich sein, dass ein Kondensator (15) zwischengeschaltetwird, so dass das Wasser aus seiner gasförmigen Phase kondensiert undvon evtl. vorhandenen zusätzlichengasförmigenBestandteilen, wie beispielsweise Kohlendioxid, Wasserstoff oderSauerstoff, abgetrennt wird.
    [0041] Derin den Reaktoren gewonnene Sauerstoff wird über Leitungssystem 33 vonden Reaktoren 1, 2 abgeführt und kann daraufhin über Leitungssystem 48 zurNotfallversorgung von Passagieren bei Druckabfall in der Kabineverwendet werden bzw. im Normalbetrieb, beispielsweise über Leitungssystem 48, einemKlimasystem, welches auf dem Prinzip der Luftregeneration beruht(nicht gezeigt in 1) zugeführt werden. Ein Sauerstoffspeicherist somit nicht erforderlich. Der Notfall-Sauerstoff wird sozusagen „online" bereitgestellt.
    [0042] Weiterhinist es denkbar, gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, den Sauerstoff in einem Brennstoffzellenprozesszur Leistungssteigerung einer Brennstoffzelle oder wieder einemder Reaktoren 1 oder 2 über Leitungssystem 29 zuzuführen.
    [0043] Derintern im Reaktor gewonnene Wasserstoff aus einem Wasseraufspaltungsprozesskann beispielsweise zusammen mit dem Wasserstoff aus einer im Reaktorebenfalls vorhandenen Aufbereitung von Kohlenwasserstoffen (direkterReformerprozess) einer weiteren Verarbeitungsstufe zugeführt werden.Hier wird dieser wieder mit Luftsauerstoff zu Wasser umgesetzt undauskondensiert. Dieses Wasser kann beispielsweise über Leitungssystem 49 einernachgeschalteten Aufbereitungseinheit 53 zugeführt werdenund dort von allen unerwünschtenInhaltsstoffen befreit werden (Purifikation). Danach erfolgt beispielsweiseeine Aufbereitung zu Trinkwasser, beispielsweise in Form einer Mineralisierung. Dieses Trinkwasserwird dann den oben genannten Wasserverbrauchern der Trinkwassernutzungsanlage 12 (z.B. Waschbecken, Galleys, WC-Spülungen usw.)zugeführt.
    [0044] DerWasserkreislauf ist nach der Aufbereitung des Grauwassers und derRückführung zuden Reaktoren geschlossen.
    [0045] NebenKohlendioxyd (CO2), Wasserstoff (H2), Sauerstoff (O2),Wasser (H2O), Stickstoff (N2) zählt auchEnergie zu den im Reaktor gewonnenen Ausgangsstoffen 5.Bei der Energie handelt es sich zum einen um thermische Energie,welche den Reaktor im Wesentlichen nicht verlässt, sondern vielmehr eingesetztwird, um beispielsweise Wasser oder Kerosin zu verdampfen. Die imReaktor gewonnene elektrische Energie kann beispielsweise in dasBordnetz des Luftfahrzeuges eingespeist werden, wie durch Leitungssystem 51 angedeutet.Auch ist es aber denkbar, dass die vom Reaktor gewonnene elektrischeEnergie in entsprechenden Akkumulatoren zwischengespeichert wird,um zu einem späteren Zeitpunkt,beispielsweise füreinen Startvorgang der Reaktoren, verwendet zu werden.
    [0046] Umdie in einem Luftfahrzeug notwendig Redundanz zu erlangen, sind,gemäß des in 1 abgebildetenAusführungsbeispiels,mindestens zwei voneinander unabhängig arbeitende elektrochemischeReaktoren 1, 2 vorgesehen. Hierbei liefern alle Reaktorenzusammen die benötigteelektrische Energie fürSpitzenauslastungen des elektrischen Systems, die benötigte maximaleWassermenge und setzen die maximal anfallende Grauwassermenge um.
    [0047] Denfür dieLuftgenerierung notwendigen Sauerstoffanteil stellt einer der Reaktorenalleine zur Verfügung. Überschüssige Sauerstoffmengenwerden in den Reaktoren selbst wieder umgesetzt und ergänzen denSauerstoffanteil der zugeführtenKabinenluft.
    [0048] EinReaktor alleine in der Lage, die benötigte Sauerstoffmenge für den Notfall,z. B. bei Abfall des Kabinendrucks durch eine Leckage in der Druckkabine, über unbestimmteZeit zu liefern. Dies wird auch unter den Bedingungen des bei Druckabfallgeringeren Vordrucks der zur Verfügung stehenden Luft auf diesenReaktor gewährleistet.
    [0049] Derdurch einen Reaktor geleitete Stickstoff aus der Luft wird über Leitungssysteme 35, 50 abgeführt. Ebensowird das vom Reaktor ausgegebene Kohlendioxyd über Leitungssysteme 31, 46 abgeführt.
    [0050] Ineiner beispielhaften Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist eine Pumpe oder Turbine 7 inLeitungssystem 34 vorgesehen, über welche der vom ReaktorabgeführteWasserdampf abgepumpt oder verdichtet werden kann. Natürlich können derartigePumpen oder Turbinen auch in anderen Leitungssystemen, wie beispielsweisein Leitungssystem 33, oder aber auch im wasserzuführendenLeitungssystem 27 in Form von Pumpe oder Turbine 26 eingebautsein.
    [0051] Gemäß einembevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit 9 vorgesehen,welche die im Reaktor ablaufenden Prozesse steuert oder regelt.Beispielsweise könnensomit überSteuerleitungssysteme 10 und 11 die beiden Reaktoren 1 und 2 einzelnund unabhängigvoneinander angesteuert oder geregelt werden, so dass der ersteund der zweite Reaktor unabhängig voneinanderbetreibbar sind.
    [0052] Gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dem ersten und zweitenReaktor 1, 2 überLeitungssysteme 19, 18, 23, 22 eineKondensationseinheit 15 zur Auskondensation von Wasseranteilenaus einem Abgas des ersten Reaktors 1 oder zweiten Reaktors 2 nachzuschalten.Der Kondensationseinheit 15 kann beispielsweise über Leitungssysteme 24, 25 eineerste Aufbereitungseinheit 16 zur Aufbereitung des erzeugtenKlarwassers zu Trinkwasser und eine zweite Aufbereitungseinheit 17 zurAufbereitung von Abwasser zu Wasser, welches zur Versorgung desersten oder zweiten Reaktors 1, 2 verwendbar ist,nachgeschaltet werden. Das in Aufbereitungseinheit 16 erzeugte Trinkwasser kann über Leitungssystem 20 undLeitungssystem 18 dem Reaktor rückgeführt werden oder aber auch über Leitungssystem 55 derTrinkwassernutzungsanlage zugeführtwerden. Weiterhin kann das in Aufbereitungseinheit 17 erzeugteWasser zur Versorgung des ersten oder zweiten Reaktors über Leitungssystem 21 undLeitungssystem 19 dem ersten Reaktor zurückgeführt werden.Natürlichist hier erfindungsgemäß aber aucheine Rückführung zumzweiten Reaktor denkbar.
    [0053] Weiterhinkann eine externe elektrische Energiequelle 37 vorgesehensein, welche überLeitungssystem 38 dem ersten Reaktor 1 elektrische Energiezuleitet und welche den zweiten Reaktor 2 über Leitungssystem 39 mitelektrischem Strom versorgt. So könnte es z.B. bei elektrischenEnergieüberschüssen ananderer Stelle sinnvoll sein, diese elektrische Energie zur Unterstützung derReaktoren bei der Wasseraufspaltung einzusetzen um deren Leistungsfähigkeitzu erhöhen.
    [0054] Derkohlenwasserstoffhaltige Brennstoff CxHy und das evtl. von externzuzuführendeKlarwasser werden beispielsweise über entsprechende Versorgungseinrichtungen(nicht gezeigt in 1) dem Reaktor zugeführt.
    [0055] Für den Falleiner Leckage im Tanksystem des Luftfahrzeugs müssen bei Treibstoffmangel oder Triebwerksausfalldie Reaktoren noch bis zur Landung ausreichend elektrische Energieund Sauerstoff liefern. Hierzu wird beispielsweise ein Hydridspeicher miteiner bestimmten Menge gespeicherten Wasserstoffs eingesetzt. Alternativhierzu kann auch ein Feststoffspeicher eingesetzt werden, dessenInhalt unter der Zuführungvon Wasser Wasserstoff freisetzt. Ein geeignetes Verfahren bestehtin der Umsetzung von Natrium-Borhydridund Wasser aus dem Grauwasserbereich in Natrium-Boroxid und Wasserstoff.In diesem Fall werden alle elektrischen Verbraucher und die Sauerstoffversorgungauf das Mindestmaß dessenheruntergefahren, welches fürden reinen Notbedarf nötigist.
    [0056] 2 zeigtden Gesamtprozess der elektrochemischen oder chemischen Prozesse,welche im Versorgungssystem ablaufen, und die entsprechende Nutzungder Reaktionsprodukte. In den elektrochemischen Reaktoren 1, 2 werdenein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff CxHy, a Anteile Wasser,b Anteile Sauerstoff, c Anteile Stickstoff zu d Anteile Kohlendioxid,e Anteile Wasserstoff, f Anteile Sauerstoff, g Anteile Klarwasser,c Anteile Stickstoff und Energie umgesetzt.
    [0057] Beider erzeugten Energie handelt es sich um elektrische Energie, welcheeinerseits überLeitungen 201 fürden Bordbetrieb 201 genutzt werden kann oder aber auchdem elektrochemischen Reaktor überStromführung 203 zugeführt werdenkann.
    [0058] Dasim Prozess erzeugte Wasser kann erfindungsgemäß einerseits dem Prozess erneutzugeführtwerden 209 oder aber auch für die Nutzung im Bordbetrieb 205 Anwendungfinden.
    [0059] Derim Prozess erzeugte Sauerstoff findet entweder für die Nutzung im BordbetriebAnwendung 204 oder aber er wird einem nachgeschaltetenVerbrennungsprozess oder beispielsweise auch einer PEM-Brennstoffzelle(nicht dargestellt in 2) zugeführt. Weiterhin kann der erzeugteSauerstoff der Erhöhungdes Umsatzes eines der elektrochemischen Reaktoren 1, 2 dienen,wie durch Bezugszeichen 208 symbolisiert.
    [0060] Weiterhinkann der erzeugte Wasserstoff zur Erhöhung des Umsatzes der Reaktorenverwendet werden oder aber auch einem nachgeschalteten Verbrennungsprozesszugeführtwerden.
    [0061] DieErfindung beschränktsich in ihrer Ausführungnicht auf die in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsformen.Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten denkbar, welche von derdargestellten Lösungund dem erfindungsgemäßen Prinzipauch bei grundsätzlichanders gearteten AusführungsformenGebrauch machen.
    [0062] Ergänzend istdarauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elementeoder Schritte ausschließtund „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Fernersei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweisauf eines der obigen Ausführungsbeispielebeschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalenoder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werdenkönnen.Bezugszeichen in den Ansprüchensind nicht als Einschränkungen anzusehen.
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Luftfahrzeug, umfassend ein Versorgungssystemmit einem ersten elektrochemischen Reaktor zur Erzeugung von Energie,Wasserstoff, Sauerstoff und Klarwasser aus Grauwasser, einem kohlenwasserstoffhaltigenBrennstoff und Luft, wobei der erste elektrochemische Reaktor zumindesteines der Systeme des Luftfahrzeugs ausgewählt aus der Gruppe bestehendaus Hilfstriebwerk zur Erzeugung von Druckluft und elektrischerEnergie, Stauluftturbine, Klarwassertank eines Wassersystems, Triebwerksgeneratorzur Erzeugung elektrischer Energie und Sauerstoffversorgungssystemzumindest teilweise ausbildet.
    [2] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach Anspruch1, weiterhin umfassend eine Steuerungseinheit zur Steuerung oderRegelung der im Reaktor ablaufenden Prozesse, wobei die im Reaktor ablaufendenchemischen oder elektrochemischen Prozesse als Gesamtprozess ablaufenund nicht voneinander trennbar sind.
    [3] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach Anspruch1 oder 2, weiterhin umfassend einen zweiten elektrochemischen Reaktor; wobeidie Steuerungseinheit den ersten und den zweiten Reaktor einzelnsteuert oder regelt, so dass der erste und der zweite Reaktor unabhängig voneinanderbetreibbar sind.
    [4] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,weiterhin umfassend: eine Trinkwassernutzungsanlage, insbesonderemindestens eine Waschrauminstallation, WC-Spülung, Fäkalientransportvorrichtungoder Fäkaliensammelvorrichtung; wobeidie Trinkwassernutzungsanlage eine Auffangvorrichtung zum Sammelnanfallender Abwässerumfasst.
    [5] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei dem ersten oder zweiten Reaktor mindestens eine Kondensationseinheitzur Auskondensation von Wasseranteilen aus einem Abgas des erstenoder zweiten Reaktors nachgeschaltet ist.
    [6] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach Anspruch5, wobei der Kondensationseinheit mindestens eine erste Aufbereitungseinheitzur Aufbereitung des erzeugten Klarwassers zu Trinkwasser oder einezweite Aufbereitungseinheit zur Aufbereitung von Abwasser zu Wasser,welches zur Versorgung des ersten oder zweiten Reaktors verwendbar ist,nachgeschaltet ist.
    [7] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei die im ersten oder zweiten Reaktor erzeugte Energie zumindestteilweise als elektrische Energie in Form einer Gleichspannung amersten oder zweiten Reaktor vorliegt.
    [8] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei die im ersten oder zweiten Reaktor ablaufenden Prozesse derartregelbar sind, dass sich eine Kombination aus ersten oder zweitenReaktor zu ihrer Umgebung thermisch neutral verhält, so dass eine einfache Isolierungder Kombination füreinen Einbau in das Luftfahrzeug ausreicht.
    [9] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,weiterhin umfassend: zumindest eine Turbine oder zumindesteine Pumpe; wobei die zumindest eine Turbine oder Pumpe zum Transporteines vom ersten oder zweiten Reaktor ausgehenden Ausgangs-Stoffstromsoder zum Pumpen eines dem ersten oder zweiten Reaktor zugeführten Eingangs-Stoffstromsausgeführtist.
    [10] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,weiterhin umfassend: zumindest eine Versorgungsvorrichtungausgewählt ausder Gruppe bestehend aus: eine erste Versorgungsvorrichtungfür denzuzuführendenkohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff; eine zweite Versorgungsvorrichtungfür externzuzuführendesKlarwasser; und eine dritte Versorgungsvorrichtung für zuzuführende elektrischeEnergie aus dem Bordnetz oder eine externe Energiequelle oder eineseparat betriebenen Brennstoffzelle.
    [11] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff geringe Schwefelanteileenthält.
    [12] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,weiterhin umfassend: eine gasdichte Umhausung für alle sicherheitskritischenSystemkomponenten.
    [13] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach Anspruch12, weiterhin umfassend: eine Temperierungsvorrichtung zurEinstellung einer Temperatur innerhalb der gasdichten Umhausung; und eineDruckbeaufschlagungsvorrichtung zur Beaufschlagung eines Drucksdurch ein inertes Gas innerhalb der gasdichten Umhausung unabhängig vom Druckaußerhalbder gasdichten Umhausung.
    [14] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,weiterhin umfassend: einen ersten Wasserstoffspeicher zur Bereitstellung vonWasserstoff fürden ersten oder zweiten Reaktor; und einen zweiten Wasserstoffspeicherzur Speicherung von im ersten oder zweiten Reaktor erzeugten Wasserstoff.
    [15] Luftfahrzeug mit einem Versorgungssystem nach einemder vorhergehenden Ansprüche,wobei fürdie Reaktion im Wesentlichen die folgende Reaktionsgleichung gilt: CxHy + aH2O + bO2 + cN2 → dCO2 + eH2 + fO2 + gH2O + cN2+ Energie
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    优先权:
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