Die Erfindung betrifft eine Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzell en- Antrieb, insbesondere eine Flugzeugs-Brennstoffzellen-Antrieb, mit einer Verdichteranordnung zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle mit verdichteter Luft sowie ein Verfahren zur Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzell en-Antriebs mit verdichteter Luft.

Brennstoffzellen benötigen für deren Betrieb neben einem Brennstoff ein Oxidationsmittel, welches im Falle von Brennstoffzellen von Luftfahrzeugantrieben üblicherweise von Luft gebildet wird, die verdichtet wird, um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen. Da der Druck der Umgebungsluft mit zunehmender Flughöhe sinkt, ist bei größeren Flughöhen eine Erhöhung des Massenstroms der zugeführten Luft erforderlich, um eine Brennstoffzelle weitgehend unabhängig von der Flughöhe mit ausreichend verdichteter Luft versorgen zu können.

Brennstoffzellen erzeugen neben elektrischer Energie auch Wärme, die zum Vermeiden einer Überhitzung der Brennstoffzellen abgeführt werden muss. Hierfür wird während der Flugphasen beispielsweise Propeller-Abwind (downwash air) und/ oder Staudruckluft (ram air) eingesetzt, welche insbesondere am Boden und außerhalb einer Flugphase eines Luftfahrzeugs nicht oder nicht im ausreichenden Maß zur Verfügung steht. Entsprechend ist während des Betriebs der Brennstoffzellen außerhalb einer Flugphase des Luftfahrzeugs eine zusätzliche Kühlung der Brennstoffzellen erforderlich, um ausreichend Wärme von diesen abzuführen.

Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Luftfahrzeug- Brennstoffzellen-Antrieb mit verbesserter Luftversorgung vorzuschlagen, sowie ein Verfahren zum Versorgen eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zur Lösung der Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung eine

Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb vorgeschlagen, mit einer Verdi chteranordnung zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle des Luftfahrzeug- Brennstoffzellen- Antriebs mit verdichteter Luft. Dabei weist die Luftversorgungseinrichtung wenigstens eine Bypasseinrichtung auf, mittels welcher ein Teil der verdichteten Luft wenigstens zeitweise zu einer Kühleinrichtung der wenigstens einen Brennstoffzelle ableitbar ist.

Eine Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs wandelt Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie und ein Reaktionsprodukt um. Ein Luftfahrzeug- Brennstoffzellen-Antrieb weist üblicherweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen auf, welche beispielsweise in Form von Brennstoffzellenstapeln angeordnet sind. Eine solche Brennstoffzellenanordnung, welche entsprechend wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, wird im Rahmen der Beschreibung der Erfindung vereinfacht als „wenigstens eine Brennstoffzelle“ bezeichnet. Ähnlich wie eine konventionelle mit Kerosin betriebene Strömungsmaschine benötigt ein Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb verdichtete Luft als Oxidationsmittel, um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen. Die Luftversorgungseinrichtung dient zur Versorgung der wenigstens einen Brennstoffzelle mit verdichteter Umgebungsluft und weist hierzu neben einer Verdi chteranordnung auch die erforderlichen Leitungen, Anschlüsse und Ventile auf. Die Verdi chteranordnung weist dabei wenigstens eine entsprechend dimensionierte Verdichtungseinrichtung auf, mittels welcher die wenigstens eine Brennstoffzelle des Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs auch in großen Flughöhen mit einem ausreichenden Luftmassenstrom zur Leistungserzeugung versorgbar ist.

Eine solche Verdichtungseinrichtung zum Verdichten von Umgebungsluft kann beispielsweise als Radialverdichter ausgebildet sein. Eine zum Verdichten von Luft als Oxidationsmittel für Brennstoffzellen geeignete Verdichtungseinrichtung ist üblicherweise ölfrei gelagert, insbesondere mit einer Luftlagerung oder einer hydrodynamischen Lagerung ausgeführt. Beispielsweise kann eine Verdichtungseinrichtung der Verdi chteranordnung auch in Form eines Schrauben- oder Turboverdichters ausgeführt sein.

Die Luftversorgungseinrichtung weist wenigstens eine Bypasseinrichtung auf, mittels welcher ein Teil der verdichteten Luft wenigstens zeitweise zu einer Kühleinrichtung der Brennstoffzelle ableitbar ist. Auf diese Weise kann insbesondere abhängig vom Betriebszustand der Brennstoffzelle und/ oder der Verdichteranordnung ein Teil der von der Verdichteranordnung verdichteten Luft zu einer Kühleinrichtung geführt werden, welche zur Abfuhr der von der wenigstens einen Brennstoffzelle erzeugten, überschüssigen Wärme vorgesehen ist, um insbesondere eine Überhitzung der wenigstens einen Brennstoffzelle zu vermeiden. Die Bypasseinrichtung ist dabei beispielsweise Steuer- bzw. regelbar ausgeführt, wodurch der Anteil der durch diese zur Kühleinrichtung geführten verdichteten Luft einstellbar ist. Die Bypasseinrichtung führt die abgeleitete Luft insbesondere unmittelbar zur Kühleinrichtung der wenigstens einen Brennstoffzelle. Besteht kein Kühlbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle, kann die gesamte Verdichterleistung für die Versorgung der Brennstoffzelle mit Oxidationsmittel eingesetzt werden.

Die Bypasseinrichtung kann dabei eine an der Verdichteranordnung angeordnete Verzweigungseinrichtung aufweisen, welche in Form eines insbesondere steuer-bzw. regelbaren Ventils ausgebildet ist, welches an einer Luftführungsleitung zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Oxidationsmittel angeordnet ist. Über die Verzweigungseinrichtung ist dabei ein Teil der von der Verdichtungsanordnung verdichteten Luft abzweigbar. Diese wird dann - anders als der andere Teil der verdichteten Luft - nicht als Oxidationsmittel zur Versorgung der Brennstoffzelle, sondern zur Kühlung der Brennstoffzelle eingesetzt.

Mittels der vorgeschlagenen Luftversorgungseinrichtung ist insbesondere bedarfsabhängig und daher insbesondere zeitweise ein Teil der verdichteten Luft zu einer Kühleinrichtung der wenigstens einen Brennstoffzelle ableitbar. In Betriebsphasen, in welchen die wenigstens eine Brennstoffzelle keinen Bedarf an Kühlung durch die Kühleinrichtung aufweist, kann der Bypass auch geschlossen sein, womit insbesondere die gesamte von der Verdichtungsanordnung verdichtete Luft zur wenigstens einen Brennstoffzelle als Oxidationsmittel geführt werden kann. Entsprechend kann der durch die Bypasseinrichtung zur Kühleinrichtung der wenigstens einen Brennstoffzelle geführte Luftmassenstrom abhängig von deren Kühlungsbedarf zeit- und/ oder volumengesteuert zugeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass in Zeiträumen ohne bzw. mit nur geringem Kühlungsbedarf kein oder nur ein geringer Luftmassenstrom durch die Bypasseinrichtung zur Kühleinrichtung geführt wird, und in Zeiträumen mit einem großen Kühlungsbedarf ein vergleichsweise großer Luftmassenstrom.

Eine solche Kühleinrichtung kann beispielsweise wenigstens einen durch die verdichtete Luft betriebenen Ejektor (Strahlpumpe/ Air Multipler) aufweisen, der neben der Kühlung der Brennstoffzelle insbesondere auch zur Unterstützung des Gesamtkühlsystems eingesetzt werden kann, das insbesondere auch zum Kühlen von E-Motoren und Frequenzumrichter dient. Dabei kann die Kühleinrichtung auch Luftaustrittsdüsen aufweisen, die im Bereich einer Brennstoffzelle angeordnet sind und Kühlluft insbesondere über die Oberfläche des Brennstoffzellengehäuses leiten. Dieses Gehäuse bzw. die Kühleinrichtung kann insbesondere auch mit die Wärmeabfuhr verbessernde Kühlrippen oder andere geeignete, von Kühlluft an- oder durchströmbare Elemente wie Kühlrohre oder Kühlkanäle oder beispielsweise auch geeignete Ventilatoren, Luftverstärker oder dergleichen zur Verbesserung der Wärmeabfuhr mittels der Kühlluft von der wenigstens einen Brennstoffzelle aufweisen.

Die vorgeschlagene Luftversorgungseinrichtung ermöglicht ein Abzweigen eines Teils der installierten Verdichterkapazität für die Kühlung insbesondere am Boden und in geringen Flughöhen. Da bodennah ein höherer Umgebungsluftdruck herrscht, ist der korrigierte Luftmassenstrom durch den Verdichter bei gleicher Liefermenge an die Brennstoffzelle kleiner. Mit zunehmender Flughöhe nimmt der Umgebungsluftdruck ab, wodurch bei gleicher Versorgung der Brennstoffzelle der erforderliche korrigierte Luftmassenstrom durch den Verdichter steigt, bis schließlich die gesamte Verdichterkapazität zur Versorgung der Brennstoffzelle erforderlich ist. Da in dieser Flugphase ausreichend Flugwind zur Verfügung steht und die Brennstoffzelle mit geringerer Leistung betrieben wird, sinkt gleichzeitig deren Kühlbedarf. Die vorgeschlagene Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug- Brennstoffzellen-Antrieb ermöglicht auf diese Weise eine vorteilhafte Wechselwirkung eines ausreichenden Luftmassenstroms für die Versorgung der wenigstens einen Brennstoffzelle mit ausreichend Oxidationsmittel in Form von verdichteter Luft auch in großen Flughöhen und der Bereitstellung eines ausreichend großen Kühlluftstroms zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle am Boden und in Flugphasen mit geringerer Wärmeabfuhr durch den Flugwind, wie beispielsweise während der Wartezeit vor dem Beginn des Take-offs. Dabei ist die Leistung der Brennstoffzelle hoch, während gleichzeitig wenig bis keine Kühlluft aus Relativgeschwindigkeit zur Verfügung steht.

Bei einer Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung weist die Verdichteranordnung wenigstens zwei Verdichtereinrichtungen auf. Die wenigstens zwei Verdi chtereinrichtungen zum Verdichten von Luft können dabei parallel oder in Reihe angeordnet sein, so dass die wenigstens zwei Verdichtereinrichtungen eine ein- oder eine mehrstufige Verdi chteranordnung ausbilden. Der Antrieb der Verdichtereinrichtungen kann beispielsweise durch einen Elektromotor erfolgen, insbesondere können auch wenigstens zwei parallel angeordnete Verdichtereinrichtungen von einem gemeinsamen Elektromotor angetrieben sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung ist die Verdi chteranordnung wenigstens zweistufig ausgebildet. Dabei wird die Luft von jeweils einer Verdichterstufe zur nächsten geführt, so dass mit jeder Verdi chterstufe der Verdichtungsgrad und damit der Druck bzw. die Dichte der verdichteten Luft zu nimmt. Mit einer zunehmenden Anzahl von Verdichter stufen ist so ein steigender Verdichtungsgrad der Luft erreichbar. Auch bei dieser Ausführung weist jede Verdichterstufe eine oder mehrere parallel angeordnete Verdichtungseinrichtungen auf. Vorteilhaft können bei einer derartigen Verdi chteranordnung auch vergleichsweise kleine Verdichter mit geringer Bauhöhe eingesetzt werden.

Bei einer Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung ist die Bypasseinrichtung nach der ersten oder nach einer zweiten oder nach einer weiteren Verdichterstufe angeordnet. Aufgrund der zunehmenden Verdichtung der Luft mit jeder Verdichtungsstufe ist bei der Auslegung der Luftversorgungseinrichtung durch die Anordnung der Bypasseinrichtung bzw. des Lufteingangs der Bypasseinrichtung der Verdichtungsgrad der Luft festlegbar, welche der Kühleinrichtung der Brennstoffzelle zugeführt wird. Auf diese Weise kann durch die Anordnung der Bypasseinrichtung die Kühlwirkung der Kühleinrichtung beeinflusst werden. Insbesondere wird durch die Positionierung der Bypasseinrichtung und damit einer Abzweigung an der Verdi chteranordnung der Teil der verdichteten Luft, welche zur wenigstens einen Brennstoffzelle und der Teil, der zur Kühleinrichtung geführt wird, bestimmt, und gleichzeitig auch der Verdichtungsgrad der Verdichtungsanordnung stromabwärts der Bypasseinrichtung beeinflusst.

Eine Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung weist wenigstens einen Luftkühler zum Kühlen der verdichteten Luft auf. Ein solcher Luftkühler kann beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet sein. Durch den Verdichtungsvorgang, insbesondere durch die dabei auftretende innere Gasreibung steigt die Temperatur der durch die Luftversorgungseinrichtung geführten Luft. Durch die höhere Temperatur der verdichteten Luft steigt der korrigierte Luftmassenstrom insbesondere auch in einer nachfolgenden Verdi chterstufe und somit deren Leistungsbedarf. Mittels des wenigstens einen Luftkühlers kann die Luft in der Luftversorgungseinrichtung insbesondere nach wenigstens einer Verdichtungsstufe gekühlt werden, wodurch der wenigstens einen Brennstoffzelle und/ oder der Kühleinrichtung der wenigstens einen Brennstoffzelle ein höherer Luftmassenstrom zuführbar ist.

Eine Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung weist einen nach der wenigstens einen Brennstoffzelle angeordneten Wasserabscheider zum Abscheiden von Wasser aus dem Abgas der wenigstens einen Brennstoffzelle auf. Wenigstens ein Teil des abgeschiedenen Wassers kann zur Befeuchtung der Luft eingesetzt werden, welche der wenigstens einen Brennstoffzelle als Oxidationsmittel zugeführt wird. Das Wasser dient dabei zum Befeuchten der Polymer- Elektrolyt-Membran der Brennstoffzelle, um deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Ebenso senkt das Befeuchten des Oxidationsmittel auch die Temperatur des der Brennstoffzelle unmittelbar zugeführten Luftmassenstroms. Zum Betreiben der wenigstens einen Brennstoffzelle mit einem vorteilhaften Wirkungsgrad ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Oxidationsmittels, das der wenigstens einen Brennstoffzelle zugeführt wird, in einem günstigen Temperaturbereich liegt. Dieser Temperaturbereich ist von der Art der Brennstoffzelle abhängig und liegt beispielsweise bei Niedertemperaturbrennstoffzellen zwischen 55°C und 95°C. Zusätzlich abgeschiedenes Wasser kann für weitere Einrichtungen des Luftfahrzeug-Brennstoffzellen- Antriebs oder des Luftfahrzeugs eingesetzt werden, wie beispielsweise für Kühleinrichtungen. Das Abscheiden von Wasser aus dem Abgas der wenigstens einen Brennstoffzelle dient zusätzlich auch dem Umweltschutz, da hierdurch die Bildung von Kondensationsstreifen in der Atmosphäre reduziert werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung weist diese eine Steuereinrichtung zum Steuern der Einrichtungen der Luftversorgungseinrichtung auf. Eine solche Steuereinrichtung dient neben dem Steuern selbstverständlich auch zum Regeln der Luftversorgungseinrichtung mit ihrem Elementen sowie zur Einbindung der Luftversorgung in die Steuerung des Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs sowie des Luftfahrzeugs insgesamt. Im Rahmen der Erfindung wird die Bezeichnung „Steuern“ auch für entsprechendes „Regeln“ verwendet. Die Steuereinrichtung der Luftversorgungseinrichtung dient im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere der Abstimmung der Verdichtungsleistung der Verdi chteranordnung zur Versorgung der wenigstens einen Brennstoffzelle mit verdichteter Luft und damit zur ausreichenden Versorgung mit Oxidationsmittel unabhängig von der Flughöhe sowie zur Bereitstellung eines ausreichenden Kühlluftstroms zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle insbesondere am Boden oder in Flugphasen mit Kühlungsbedarf.

In einem zweiten Aspekt wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft vorgeschlagen, wobei der Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb eine

Luftversorgungseinrichtung mit einer Verdichteranordnung aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Verdichten von Umgebungsluft mittels der Verdichteranordnung;

Zuführen wenigstens eines Teils der verdichteten Luft zur wenigstens einen Brennstoffzelle; und

Ableiten eines Teils der verdichteten Luft zum Kühlen der wenigsten einen Brennstoffzelle abhängig vom Kühlbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle.

Eine für die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignete Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb mit einer Verdichteranordnung kann dabei entsprechend der oder einem Teil der vorausgehenden Beschreibung ausgebildet sein und wenigstens einen Teil der hierzu beschriebenen Merkmale aufweisen.

In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Verdichten von Umgebungsluft in der Verdi chteranordnung der Luftversorgungseinrichtung, insbesondere zum Zuführen der verdichteten Luft als Oxidationsmittel zur wenigstens einen Brennstoffzelle. Der erzielte Verdichtungsgrad der verdichteten Luft bzw. der generierte Luftmassenstrom ist dabei abhängig von den Umgebungsbedingungen des Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs, insbesondere vom mit zunehmender Flughöhe sinkenden Umgebungsdruck. Um einen ausreichenden Verdichtungsgrad zu erreichen, kann die Verdi chteranordnung mehrere Verdichtereinrichtungen und/ oder Verdichter stufen aufweisen, wie beispielsweise vorausgehend im Zusammenhang mit der im ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagenen Luftversorgungseinrichtung beschrieben ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird wenigstens ein Teil der verdichteten Luft der wenigstens einen Brennstoffzelle zugeführt, wo sie als Oxidationsmittel zur Leistungserzeugung der Brennstoffzelle dient. Um die wenigstens eine Brennstoffzelle mit einem hohen Wirkungsgrad betreiben zu können ist, wie vorausgehend auch bereits zur vorgeschlagenen Luftversorgungseinrichtung beschrieben ist, ein ausreichender Luftmassenstrom und damit auch ein ausreichender Verdichtungsgrad der zugeführten Luft erforderlich.

In einem dritten Verfahrensschritt wird abhängig vom Kühlbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle ein Teil der verdichteten Luft zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle abgeleitet. Auf diese Weise kann abhängig vom Kühlbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle sowie insbesondere auch vom Betriebszustand der Verdi chteranordnung ein Teil der von der Verdi chteranordnung verdichteten Luft zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle eingesetzt werden, um insbesondere eine Überhitzung der Brennstoffzelle zu vermeiden. In Phasen, in welchen die wenigstens eine Brennstoffzelle einen hohen Bedarf an Oxidationsmittel für deren Betrieb aufweist, der Kühlbedarf aber beispielsweise aufgrund eines starken Flugwinds gering ist, kann das Ableiten eines Teils der verdichteten Luft zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle wahlweise zumindest zeitweise auch unterbrochen werden.

Zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle mit einem Teil der verdichteten Luft kann eine insbesondere im Bereich der wenigstens einen Brennstoffzelle angeordnete Kühleinrichtung vorgesehen sein, welche ein oder mehrere Merkmale der vorausgehend im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Luftversorgungseinrichtung beschriebenen Kühlreinrichtung aufweist.

Zum Ableiten der verdichteten Luft zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle kann die Luftversorgungseinrichtung wenigstens eine insbesondere steuerbare Bypasseinrichtung aufweisen, welche entsprechend einem oder mehrerer Merkmale der vorausgehend im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Luftversorgungseinrichtung beschriebenen Bypasseinrichtung ausgebildet ist. Die abgeleitete Luft wird somit - anders als der verbleibemde Teil der verdichteten Luft - nicht als Oxidationsmittel zur Versorgung der Brennstoffzelle, sondern zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle eingesetzt. Das vorgeschlagene Verfahren zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft ermöglicht somit eine vorteilhafte Wechselwirkung eines ausreichenden Luftmassenstroms zur Versorgung der wenigstens einen Brennstoffzelle auch in großen Flughöhen mit einer ausreichenden Oxidationsmittelzufuhr in Form von verdichteter Luft und der Bereitstellung eines ausreichend großen Kühlluftstroms zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle insbesondere am Boden oder in Flugphasen mit geringerer Wärmeabfuhr durch den Flugwind. Dabei kann bei geringerem Luftbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle zur Leistungserzeugung beispielsweise in niedrigen Flughöhen bzw. Fluggeschwindigkeiten oder am Boden die zur Leistungserzeugung nicht erforderliche verdichtete Luft zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle eingesetzt werden.

Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft weist als weiteren Schritt ein Steuern der Verdichtungsleistung der Verdichteranordnung insbesondere abhängig von den Umgebungsbedingungen und/ oder dem Betriebszustand der wenigstens einen Brennstoffzelle auf. Dabei kann beispielsweise die Temperatur der wenigstens einen Brennstoffzelle, aus welcher sich ein Bedarf für den zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle erforderlichen Luftmassenstrom ergibt, in die Steuerung der Verdichtungsleistung einfließen.

Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft weist als weiteren Schritt ein Kühlen der verdichteten Luft auf. Für diesen Zweck weist die Luftversorgungseinrichtung wenigstens einen Luftkühler auf, welche beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet sein kann. Ein solcher Luftkühler kann beispielsweise nach wenigstens einer Verdichterstufe angeordnet sein, um die insbesondere durch den Verdichtungsvorgang erwärmte Luft abzukühlen und so einen höheren Verdichtungsgrad zu erreichen. Das Kühlen der verdichteten Luft trägt somit zu einer Erhöhung des durch die Luftversorgungseinrichtung zur Verfügung gestellten Luftmassenstrom bei.

Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antriebs mit verdichteter Luft weist als weiteren Schritt ein Anfeuchten der verdichteten Luft durch Zuführen von Wasser auf. Wie bereits vorausgehend beschrieben ist, kann durch das Wasser insbesondere die Temperatur des der Brennstoffzelle unmittelbar zugeführten Luftmassenstroms verringert werden. Eine niedrigere Temperatur des Oxidationsmittels verbessert den Wirkungsgrad der wenigstens einen Brennstoffzelle. Für das Anfeuchten der verdichteten Luft kann insbesondere Wasser verwendet werden, welches vom Abgas der wenigstens einen Brennstoffzelle abgeschieden worden ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen

Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzellen-Antrieb;

Fig. 3 eine schematische Darstellung noch einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Luftversorgungseinrichtung für einen Luftfahrzeug- Brennstoffzellen- Antrieb; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle eines Luftfahrzeug- Brennstoffzellen- Antriebs mit verdichteter Luft.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Luftversorgungseinrichtung 10 für einen Luftfahrzeug -Brennstoffzellen- Antrieb. Die Luftversorgungseinrichtung 10 weist dabei eine Verdichteranordnung 11 zum Versorgen der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 mit verdichteter Luft auf. Dabei weist die Verdi chteranordnung 11 eine Verdichtereinrichtung 12 auf, welche von einem Elektromotor 13 angetrieben ist. Der Luftversorgungseinrichtung 10 wird über einen Lufteinlass 2 Umgebungsluft zugeführt, welche anschließend durch einen Luftfilter 3 zu einer Verdichtereinrichtung 12 der Verdi chteranordnung 11 geleitet wird. In der Verdichtereinrichtung 12 wird die Umgebungsluft verdichtet und in eine Versorgungsleitung 4 der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 geführt.

An der Versorgungsleitung 4 der Luftversorgungseinrichtung 10 ist eine Bypasseinrichtung 16 angeordnet, mittels welcher wenigstens zeitweise ein Teil der verdichteten Luft zu einer Kühleinrichtung 17 der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 ableitbar ist. Die Bypasseinrichtung 16 weist eine nach der Verdichtereinrichtung 12 und damit nach der ersten, da einzigen Verdichterstufe 21 angeordnete Verzweigungseinrichtung 15 auf, mittels welcher ein Teil der verdichteten Luft aus dem Luftstrom abgeleitet werden kann. Über die Bypasseinrichtung 16 kann die verdichtete Luft zur Kühleinrichtung 17 geführt werden, welche dort zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 dient.

Nach der Verdi chteranordnung 21 der Luftversorgungseinrichtung 10 und vor der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 ist ein Luftkühler 18 angeordnet, welcher zum Kühlen der verdichteten Luft dient. Mithilfe des Luftkühlers 18 kann der Wirkungsgrad der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 erhöht werden, da Brennstoffzellen bei einer Durchströmung mit einem kühleren Luftmassenstrom von mehr Luft und damit mehr Oxidationsmittel durchströmt werden, wodurch eine höhere Leistung erzeugbar ist.

Im Abgasstrom nach der Brennstoffzelle 20 ist ferner ein Abgaskühler 19 zum Kühlen des aus der Brennstoffzelle 20 strömenden Abgases angeordnet. Dieser Kühlvorgang dient zum einen der Wärme- und damit der Energie(rück)gewinnung und verringert darüber hinaus die Bildung von Kondensstreifen im Flugbetrieb. Zusätzlich wird der aus der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 strömende Abgasstrom über einen im Luftstrom nach der Brennstoffzelle 20 angeordneten Wasserabscheider 31 geführt, welcher Wasser aus dem Abgas der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 abscheidet. Wenigstens ein Teil des vom Wasserabscheider 31 abgeschiedenen Wassers wird zu einer Befeuchtungseinrichtung 32 geleitet, welche damit den der Brennstoffzelle 20 zugeführten, verdichteten Luftstrom befeuchtet und dabei zusätzlich auch dessen Temperatur senkt. Schließlich wird die verbrauchte Umgebungsluft über den Luftauslass 6 an die Umgebung abgegeben. Die Luftversorgungseinrichtung 10 weist darüber hinaus eine Steuereinrichtung 40 zum Steuern der Einrichtungen der Luftversorgungseinrichtung 10 auf. Als beispielhafte, mittels der Steuereinrichtung 40 gesteuerte Einrichtungen der Luftversorgungseinrichtung 10 sind bei der beispielhaft in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die Verdichteranordnung 21, die Verzweigungseinrichtung 15, die Befeuchtungseinrichtung 32, der Luftkühler 18, die wenigstens eine Brennstoffzelle 20, der Abgaskühler 19 und der Wasserabscheider 31 über gepunktet dargestellte Signalleitungen 41 mit der Steuereinrichtung 40 verbunden dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Luftversorgungseinrichtung 10 für einen Luftfahrzeug -Brennstoffzellen- Antrieb. Die Luftversorgungseinrichtung 10 weist dabei eine zweistufig ausgebildete Verdichteranordnung 11 zum Versorgen der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 mit verdichteter Luft auf. Dabei umfasst die erste Verdi chterstufe 21 der Verdichteranordnung 11 zwei parallel angeordnete Verdichtereinrichtungen 12, welche von einem Elektromotor 13 angetrieben sind und die zweite Verdichterstufe 22 der Verdi chteranordnung 11 weist eine ebenfalls von einem Elektromotor 23 angetriebene Verdichtereinrichtung 14 auf.

Wie bei der Ausführung der Fig. 1 wird der Luftversorgungseinrichtung 10 Umgebungsluft über einen Lufteinlass 2 zugeführt, und anschließend durch einen Luftfilter 3 zur ersten Verdichterstufe 21 der Verdi chteranordnung 11 geführt. Die Verdichtereinrichtungen 12 verdichten die Umgebungsluft und geben diese parallel in eine Versorgungsleitung 4 ab. In der Versorgungsleitung 4 ist ein Luftkühler 28 angeordnet, welcher zum Kühlen der in der ersten Verdichterstufe 21 verdichteten Luft dient. Die gekühlte, verdichtete Luft wird daraufhin von der zweiten Verdichterstufe 22 weiter verdichtet und weiter zur wenigstens einen Brennstoffzelle 20 geführt.

Bei der beispielhaften in Fig. 2 dargestellten Ausführung der Luftversorgungseinrichtung 10 ist die Verzweigungseinrichtung 15 der Bypasseinrichtung 16 nach einer der Verdichtereinrichtungen 12 der ersten Verdi chterstufe 21 angeordnet. Darüber hinaus entspricht der Aufbau und die Funktion der Bypasseinrichtung 16 in Fig. 2 dem Aufbau und die Funktion der Bypasseinrichtung 16 aus Fig. 1. Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Luftversorgungseinrichtung 10 sind im Abgasstrom nach der Brennstoffzelle 20 der in Fig. 2 dargestellten Ausführung der Luftversorgungseinrichtung 10 ein Abgaskühler 19, ein Wasserabscheider 31 und ein Luftauslass 6 angeordnet. Dabei wird analog zur Ausführung der Fig. 1 wenigstens ein Teil des abgeschiedenen Wassers zu einer Befeuchtungseinrichtung 32 geleitet, um dem der Brennstoffzelle 20 zugeführten verdichteten Luftstrom zu befeuchten.

Auch die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Luftversorgungseinrichtung 10 weist eine in der Darstellung nicht gezeigte Steuereinrichtung 40 zum Steuern der Einrichtungen der Luftversorgungseinrichtung 10 auf.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Luftversorgungseinrichtung 10 für einen Luftfahrzeug-Brennstoffzellen- Antrieb, deren Aufbau weitgehend dem Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Luftversorgungseinrichtung 10 entspricht. Der grundsätzliche Aufbau der in den Figs. 2 und 3 dargestellten Luftversorgungseinrichtungen 10 unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Anordnung der Bypasseinrichtung 16 und dadurch, dass die Luftversorgungseinrichtung 10 der Fig. 3 keinen Luftkühler 28 zum Kühlen der in der ersten Verdi chterstufe 21 verdichteten Luft aufweist. Entsprechend werden im Folgenden die Unterschiede der beiden Ausführungen beschrieben.

Bei der beispielhaften in Fig. 3 dargestellten Ausführung der Luftversorgungseinrichtung 10 ist die Verzweigungseinrichtung 15 der Bypasseinrichtung 16 nach der zweiten Verdichterstufe 22 in der Versorgungsleitung 4 angeordnet, so dass bei dieser Ausführung stärker verdichtete Luft über die Bypasseinrichtung 16 zum Kühleinrichtung 17 geführt wird, welche dort zur Kühlung der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 dient.

Auch die in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Luftversorgungseinrichtung 10 weist eine in der Darstellung nicht gezeigte Steuereinrichtung 40 zum Steuern der Einrichtungen der Luftversorgungseinrichtung 10 auf. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Versorgen wenigstens einer Brennstoffzelle 20 eines Luftfahrzeug- Brennstoffzellen- Antriebs mit verdichteter Luft, wobei der Luftfahrzeug-Brennstoffzellen- Antrieb eine Luftversorgungseinrichtung 10 mit einer Verdi chteranordnung 11 aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt a) wird Umgebungsluft mittels der Verdi chteranordnung 11 verdichtet und in einem zweiten Schritt b) wenigstens ein Teil der verdichteten Luft zu der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 geführt. In einem weiteren Schritt c) wird ein Teil der verdichteten Luft zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 abhängig vom Kühlbedarf der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 abgeleitet.

Bei einer optionalen Ausführung des Verfahrens wird in einem Schritt d) die Verdichtungsleistung der Verdi chteranordnung 11 insbesondere abhängig von den Umgebungsbedingungen und/ oder dem Betriebszustand der wenigstens einen Brennstoffzelle 20 gesteuert. Bei einer weiteren optionalen Ausführung des Verfahrens wird in einem Schritt e) die verdichtete Luft gekühlt und bei einer weiteren optionalen Ausführung des Verfahrens wird in einem Schritt f) die verdichtete Luft durch Zuführen von Wasser angefeuchtet.

BEZUGSZEICHENLISTE 2 Lufteinlass

3 Luftfilter

4 Versorgungsleitung

6 Luftauslass

10 Luftversorgungseinrichtung 11 Verdichteranordnung

12 Verdichtereinrichtung

13 Elektromotor

14 Verdichtereinrichtung

15 Verzweigungseinrichtung 16 Bypasseinrichtung

17 Kühleinrichtung

18 Luftkühler

19 Abgaskühler

20 Brennstoffzelle 21 erste Verdichterstufe

22 zweite Verdi chterstufe

23 Elektromotor

28 Luftkühler

31 Wasserabscheider 32 Befeuchtungseinrichtung

40 Steuereinrichtung

41 Signalleitungen