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Title:
ELECTRICALLY DRIVEN AIRCRAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/092297
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an electrically driven aircraft (11), comprising a tank (13) for NH3 in order to provide NH3, an energy source (15, 17, 19, 19', 35, 37), which generates electric energy using and converting NH3, an electrically driven propulsion system (25, 27) that ensures the propulsion of the aircraft (11), and an energy distribution system (23) that supplies the generated electric energy to the propulsion system (25, 27).

Inventors:
HEID, Oliver (Luitpoldstraße 63, Erlangen, 91052, DE)
HUGHES, Timothy (Heiligenlohstr. 5, Erlangen, 91056, DE)
BEASLEY, Paul (3 Villeboys Close, Abingdon, Oxfordshire OX14 3XP, GB)
Application Number:
EP2011/051233
Publication Date:
August 04, 2011
Filing Date:
January 28, 2011
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
HEID, Oliver (Luitpoldstraße 63, Erlangen, 91052, DE)
HUGHES, Timothy (Heiligenlohstr. 5, Erlangen, 91056, DE)
BEASLEY, Paul (3 Villeboys Close, Abingdon, Oxfordshire OX14 3XP, GB)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11), umfassend

- einen Tank (13) für NH3 zur Bereitstellung von NH3,

- eine Energiequelle (15, 17, 19, 19', 35, 37), welcher unter Verwendung und Umwandlung von NH3 elektrische Energie erzeugt,

- ein elektrisch angetriebenes Antriebssystem (25, 27), welches für den Antrieb des Luftfahrzeugs (11) sorgt, und - ein Energieverteilungssystem (23) , welches die erzeugte elektrische Energie dem Antriebssystem (25, 27)

bereitstellt .

2. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach Anspruch 1,

wobei das Luftfahrzeug (11) zusätzlich zumindest ein weiteres elektrisches System (29, 31) aufweist, das die zu seinem Betreib notwendige elektrische Energie über das

Energieverteilungssystem (23) aus der von der Energiequelle (15, 17, 19, 35, 37) erzeugten elektrischen Energie bezieht.

3. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das Luftfahrzeug (11) zusätzlich eine an das

Energieverteilungssystem (23) angeschlossene

Speichervorrichtung (33) zur Speicherung überschüssig

erzeugter elektrischer Energie umfasst.

4. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Energiequelle, die unter Verwendung und Umwandlung von NH3 elektrische Energie erzeugt, eine NH3-betriebenes Brennstoffzellensystem (19, 19') ist. 5. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das NH3-betriebene Brennstoffzellensystem eine NH3- Brennstoffzelle (19') umfasst, die unter direkter Verwendung von NH3 als Brennstoff elektrische Energie erzeugt. 6. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach Anspruch 4 oder 5,

wobei das NH3-betriebene Brennstoffzellensystem einen

Ammoniakspalter (15) zur Erzeugung von H2 und N2 und eine nachgeschaltete Wasserstoff-Brennstoffzelle (19) umfasst, die Verwendung von H2 als Brennstoff elektrische Energie erzeugt.

7. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach dem vorhergehenden Anspruch,

wobei zwischen dem Ammoniakspalter (15) und der Wasserstoff- Brennstoffzelle (19) ein Molekularsieb (17) angeordnet ist, um aus dem der Wasserstoff-Brennstoffzelle zugeführten H2 Verunreinigungen durch restliches NH3 zu entfernen.

8. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Energiequelle eine aus dem NH3-Tank gespeiste

Verbrennungskraftmaschine (35) umfasst und einen durch die Verbrennungskraftmaschine (35) angetriebenen elektrischen Generator (37) umfasst.

9. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach dem vorhergehenden Anspruch,

wobei eine Abgasreinigungsvorrichtung (39) vorgesehen ist, welche das durch die Verbrennungskraftmaschine (35) erzeugte Abgas von Stickoxiden reinigt, bevor das Abgas in die

Atmosphäre ausgestoßen wird.

10. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Luftfahrzeug (11) als Flugzeug oder als Hubschrauber ausgebildet ist.

11. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tank (13) zur Kühlung des Tanks (13) und des im Tank (13) befindlichen NH3 über eine thermische Verbindung (41) mit der Atmosphäre (1) verbindbar ist, wobei über die thermische Verbindung (41) Wärme vom Tank (13) an die Atmosphäre (1) abführbar ist.

12. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach Anspruch

11, wobei eine Steuerung (44) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um den Tank (13) thermisch mit der Atmosphäre (1) zu verbinden, wenn die Atmosphärentemperatur in der Umgebung des Luftfahrzeugs (11) unter einem bestimmten Schwellwert (Sl) liegt .

13. Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug (11) nach Anspruch

12, wobei eine Steuerung (44) ausgebildet ist, um die

thermische Verbindung zu unterbrechen, wenn die

Atmosphärentemperatur in der Umgebung des Luftfahrzeugs (11) über einem bestimmten Schwellwert (S2) liegt.

Description:
Beschreibung

Elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, das mit einem elektrischen Antriebssystem ausgestattet ist.

In der Luftfahrt weit verbreitet sind Luftfahrzeuge, deren Triebwerke durch Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen

angetrieben werden.

Darüber hinaus existieren Überlegungen, die Triebwerke eines Flugzeuges oder eines Helikopters mithilfe elektrischer

Motoren anzutreiben, vergleiche US 2,462,201 bzw. US

4,955,560.

Es existieren ebenso Überlegungen, ein Luftfahrzeug mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle auszustatten, vergleiche

US 6,568,633 oder US 6,854,688. Die US 4,709,882 offenbart einen Helikopter mit einer Lithium/Peroxid-Brennstoffzelle.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Luftfahrzeug

bereitzustellen, das mit einer alternativen Energiequelle angetrieben wird.

Die Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Luftfahrzeug ist elektrisch angetrieben und umfasst:

- einen Tank für NH3 zur Bereitstellung von NH3,

- eine Energiequelle, welche unter Verwendung und Umwandlung von NH3 elektrische Energie erzeugt,

- ein elektrisch angetriebenes Antriebssystem, das für den Antrieb des Flugzeuges sorgt, und

- ein Energieverteilungssystem, welches die erzeugte

elektrische Energie dem Antriebssystem bereitstellt. Die Verwendung von Ammoniak als Ausgangsbasis für die

Energiequelle, welche die elektrische Energie zum Antrieb bereitstellt, erweist sich als vorteilhaft, da Ammoniak ein leicht zu verflüssigendes Gas ist und damit leicht

gespeichert und transportiert werden kann. Der Tank kann beispielsweise unter Druck gesetzt werden und/oder gekühlt werden, um das Ammoniak in flüssiger Form zu lagern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Luftfahrzeug zusätzlich zumindest ein weiteres elektrisches System

aufweisen, das die zu seinem Betrieb notwendige elektrische Energie über das Energieverteilungssystem aus der von der Energiequelle erzeugten elektrischen Energie bezieht.

Das Energieverteilungssystem stellt die elektrische Energie also nicht nur dem Antriebssystem des Flugzeugs bereit, das für den Antrieb bzw. die Propulsion des Flugzeugs sorgt, z.B. den Triebwerken, sondern ebenfalls mindestens einem weiteren elektrischen System, das zwar während eines Flugs verwendet wird, das aber nicht direkt zum Antrieb und zur Propulsion des Flugzeugs beiträgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Luftfahrzeug zusätzlich eine an das Energieverteilungssystem

angeschlossene Speichervorrichtung zur Speicherung

überschüssig erzeugter elektrischer Energie umfassen. Dies bedeutet, dass die elektrische Energie, die von der

Energiequelle bereitgestellt wird und die nicht durch das elektrisch angetriebene Antriebssystem oder durch weitere elektrische Systeme verbraucht wird, in der

Speichervorrichtung gespeichert wird und bei Bedarf während des Betriebs des Luftfahrzeugs wieder in das

Energieverteilungssystem und von dort dem Antriebssystem oder einem anderen elektrischen System bereitgestellt werden kann. Eine Steuervorrichtung kann das Zuführen überschüssig

erzeugter Energie zur Speichervorrichtung in Phasen steuern, in denen mehr elektrische Energie erzeugt wird als bei dem Betrieb des Flugzeugs benötigt - wie beispielsweise bei

Flugphasen -, und das Zuschalten der gespeicherten Energie aus der Speichervorrichtung in Phasen steuern, in denen weniger elektrische Energie erzeugt wird als bei dem Betrieb des Flugzeugs benötigt wird - wie beispielsweise bei Start und Landung.

Die Speichervorrichtung kann z.B. ein Kurzzeitspeicher für elektrische Energie sein. Die Speichervorrichtung kann z.B. eine aufladbare Batterie, einen Kondensator, eine

Schwungscheibe oder eine andere Energiespeichervorrichtung umfassen. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein kurzzeitiger Ausfall der elektrischen Energiequelle überbrückt werden. In einer Ausgestaltung kann die Energiequelle, die unter Verwendung und Umwandlung von NH 3 elektrische Energie

erzeugt, ein NH 3 -betriebenes Brennstoffzellensystem umfassen. Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels , meist Sauerstoff, in elektrische Energie umwandelt.

Dabei kann das NH 3 -betriebene Brennstoffzellensystem eine NH 3 -Brennstoffzelle umfassen, die unter direkter Verwendung von NH 3 als Brennstoff elektrische Energie erzeugt. Die typische chemische Reaktion lautet dabei: 4 NH 3 + 3 O2 -> N 2 + 6 H 2 0.

Alternativ und/oder zusätzlich kann das NH 3 -betriebene

Brennstoffzellensystem einen Ammoniakspalter zur Erzeugung von H 2 und eine nachgeschaltete Wasserstoff-Brennstoffzelle umfassen, die unter Verwendung des durch den Ammoniakspalter bereitgestellten H 2 als Brennstoff elektrische Energie erzeugt. Die typische chemische Reaktion hierfür lautet: 2 H 2 + 0 2 -> 2 H 2 0.

Der Wasserstoff kann z.B. durch thermisches Spalten des

Ammoniaks in seine Elemente in einem Reformer erzeugt werden. Die typische chemische Reaktion hierfür lautet: 2 NH 3 -> N 2 + 3 H 2 . Bestandteil eines solchen Reformers ist üblicherweise eine mit einem Katalysator (z.B. Platin, Palladium usw.) beschichtete temperaturbeständige Keramik.

In vorteilhafter Weise kann zwischen dem Ammoniakspalter und der Wasserstoff-Brennstoffzelle ein Molekularsieb angeordnet sein, um aus dem der Wasserstoff-Brennstoffzelle zugeführten H 2 Verunreinigungen durch restliches NH 3 zu entfernen.

Den Molekularsieb zwischenzuschalten, ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da je nach Reinheit des von dem

Ammoniakspalter bereitgestellten Wasserstoffs bzw.

Empfindlichkeit der Wasserstoff-Brennstoffzelle gegenüber Verunreinigungen der erzeugte Wasserstoff direkt der

Wasserstoff-Brennstoffzelle zugeführt werden kann.

In einer anderen Ausgestaltung kann die Energiequelle eine aus dem NH 3 -Tank gespeiste Verbrennungskraftmaschine umfassen und einen durch die Verbrennungskraftmaschine angetriebenen elektrischen Generator. Die Verbrennungskraftmaschine kann eine mit NH 3 als Brennstoff arbeitende

Verbrennungskraftmaschine sein. Es ist aber auch denkbar, das aus dem NH 3 -Tank gespeiste NH 3 zu zuvor in N 2 und H 2

aufzuspalten und dann dass H 2 als Brennstoff für die

Verbrennungskraftmaschine zu verwenden. Als

Verbrennungskraftmaschine kann z.B. ein Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine eingesetzt werden. Es kann in diesem Fall eine Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen sein, welche das durch die

Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abgas von Stickoxiden reinigt, bevor es in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Dadurch kann vermieden werden, dass potenziell umweltschädliche

Stickoxide freigesetzt werden.

Eine andere Variante des Antriebs eines Luftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb umfasst: - einen Tank für einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis wie z.B. Benzin, Diesel oder Kerosin,

- eine mit diesem Kraftstoff arbeitende

Verbrennungskraftmaschine,

- einen durch die Verbrennungskraftmaschine angetriebenen elektrischen Generator, mit dem elektrische Energie

erzeugbar ist,

- ein elektrisch angetriebenes Antriebssystem, welches für den Antrieb des Flugzeuges sorgt, und

- ein Energieverteilungssystem, welches die erzeugte

elektrische Energie dem Antriebssystem bereitstellt.

Zur Kühlung des Tanks bzw. des Ammoniaks kann zumindest zeitweise, d.h. bspw. während sich das Luftfahrzeug in der Luft befindet und die Außentemperatur in der Umgebung des Luftfahrzeugs unter einem bestimmten Wert liegt, die

Atmosphäre verwendet werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die Temperatur mit der Höhe über dem Boden fällt, so dass ab einer bestimmten Höhe des Luftfahrzeugs eine derart niedrige Außentemperatur vorherrscht, die ausreicht, um das im Tank befindliche Ammoniak auf eine Temperatur herabzukühlen, bei der das Ammoniak in flüssiger Form vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere während des Fluges in einer entsprechenden Höhe eine vergleichsweise geringe oder im Idealfall sogar gar keine Energie aufgewendet werden muss, um das Ammoniak zu kühlen. Da der Anteil der zur Kühlung

aufzuwendenden Energie recht groß ist, ist mit dieser

Maßnahme eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades

erreichbar .

Hierzu ist eine Steuerung vorgesehen, die ausgebildet ist, um den Tank thermisch mit der Atmosphäre zu verbinden, wenn die Atmosphärentemperatur in der Umgebung des Luftfahrzeugs unter einem bestimmten Schwellwert Sl liegt.

Die Steuerung ist weiterhin ausgebildet, um die thermische Verbindung zu unterbrechen, wenn die Atmosphärentemperatur in der Umgebung des Luftfahrzeugs über einem bestimmten

Schwellwert liegt.

Das Luftfahrzeug kann beispielsweise als Flugzeug oder als Hubschrauber ausgebildet sein.

Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften

Weiterbindlungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines NH3-betriebenen

Antriebssystems für ein Luftfahrzeug, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren NH3- betriebenen Antriebssystems für ein Luftfahrzeug,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren NH3- betriebenen Antriebssystems für ein Luftfahrzeug,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems für ein Luftfahrzeug auf Basis eines Kraftstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis , Fig. 5 eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Ammoniak-Tanks in schematischer Ansicht,

Fig. 6 den Verlauf der Außentemperatur sowie den Zustand der thermischen Verbindung zwischen Ammoniak-Tank und Atmosphäre in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 1 zeigt ein Luftfahrzeug mit einem NH 3 -betriebenen

AntriebsSystem.

Das Luftfahrzeug 11, z.B. ein Flugzeug oder Hubschrauber, enthält einen Brennstofftank 13, in dem sich flüssiges

Ammoniak befindet. Der Brennstofftank 13 kann beispielsweise unter Druck gesetzt und/oder gekühlt werden, um das Ammoniak in flüssigem Zustand zu halten. Eine Möglichkeit zur Kühlung des Tanks 13 ist in der Figur 5 dargestellt. Das Ammoniak wird anschließend zu einem Wärmeüberträger geführt und von dort zu einem Ammoniakspalter 15. Diese Reformer erzeugt aus dem Ammoniak Wasserstoff und Stickstoff, wobei das Gasgemisch noch geringe Spuren an Verunreinigungen durch Ammoniak enthalten kann. Anschließend wird das Gasgemisch durch einen Molekularsieb 17 geleitet, um Restspuren von Ammoniak zu entfernen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn

Brennstoffzellen verwendet werden, bei denen Ammoniak zu einer Funktionsbeeinträchtigung führt.

Der in Gasgemisch enthaltene Wasserstoff wird einer

Wasserstoff-Brennstoffzelle 19 zugeführt. Beispiele für derartige Brennstoffzellen sind unter anderem so genannte Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) , Phosphorsäure-Brennstoffzellen (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) , Festoxid-Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) oder Protonen-Keramik- Brennstoffzellen (Protonic Ceramic Fuel Cell, PCFC) , ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Über eine Luftzufuhr 21 kann der Brennstoffzelle 19 Luft zugeführt werden, beispielsweise über ein Gebläse. Wahlweise kann die Luft vor dem Zuführen zur Brennstoffzelle 19 gereinigt werden. Beispielsweise kann das in der Luft enthaltene Kohlendioxid vor Zuführung der Luft zur

Brennstoffzelle 19 entfernt werden, falls der Typ der

Brennstoffzelle 19 sonst durch Kohlendioxid in seiner

Funktionsweise beeinträchtigt würde.

Der in der Luft enthaltene Sauerstoff dient als

Oxidationsmittel für die Brennstoffzelle 19. Die

Brennstoffzelle 19 produziert Elektrizität und Abgase, wobei in den Abgasen Rest-Wasserstoff enthalten sein kann. Der in den Abgasen enthaltene Wasserstoff kann in einem Kreislauf wieder gewonnen und der Brennstoffzelle 19 erneut zugeführt werden . Die Elektrizität wird einem intelligenten

Energieverteilungssystem 23 zugeführt, von wo aus die

elektrische Energie verwendet wird, um Systeme im Flugzeug mit elektrischer Energie zu versorgen.

Das Antriebssystem des Flugzeuges, das für die Propulsion sorgt, kann einen oder mehrere Elektromotoren 25 umfassen, die mit Triebwerken 27 verbunden sind, und so Propeller oder ähnliche Antriebe in Bewegung versetzen.

Die elektrische Energie kann auch dazu verwendet werden, um andere elektrische Systeme wie beispielsweise Stellantriebe 29 oder andere im Flugzeug verwendete Systeme 31 mit

elektrischer Energie zu versorgen.

Überschüssige elektrische Energie kann in geeigneten

Speichermedien wie beispielsweise Batterien, Kapazitäten, Schwungrädern usw. kurzzeitig gespeichert werden und bei Bedarf aus dem Energiespeicher 33 dem System wieder zugeführt werden. Insgesamt erlaubt ein derartiges Antriebssystem einen C02-freien Antrieb des Luftfahrzeugs 11.

In einer anderen in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist

Brennstoffzelle 19' derart ausgebildet, dass sie als

Brennstoff direkt das Ammoniak verwenden kann. Beispiele für derartige Brennstoffzellen sind Festoxid-Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) oder Protonen-Keramik- Brennstoffzellen (Protonic Ceramic Fuel Cell, PCFC) ,

Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) , Mitteltemperatur-Ammoniak-Brennstoffzellen

( Intermediate Temperature Direct Ammonia Fuel Cells, IT- DAFC) , ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In einer anderen Ausgestaltung, gezeigt in Fig. 3, wird keine Brennstoffzelle verwendet. An dessen Stelle findet sich eine mit Ammoniak betriebene Verbrennungskraftmaschine 35. Diese Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise ein Motor sein, der nach dem Diesel-Zyklus arbeitet, ein so genannter HCCI- Motor (für engl: "homogenous Charge compression ignition", homogene Kompressionszündung) oder Ähnliches oder aber auch eine Gasturbine. Die Verbrennungskraftmaschine 35 treibt einen elektrischen Generator 37 an, mit dem elektrische

Energie erzeugt wird. Die Generatoren können mit

supraleitenden Magneten ausgestattet sein.

Die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 35 enthalten

Stickstoff, Wasser sowie Stickoxide. Die Stickoxide werden bevorzugterweise in einer Reinigungsstufe 39 durch eine

Reaktion mit Ammoniak mithilfe eines Zeolithen als

Katalysator in Stickstoff umgewandelt, z.B. nach den

Reaktionsgleichungen

4 NO + 4 NH 3 + 0 2 -> 4 N 2 + 6 H 2 0 und

6 N0 2 + 8 NH 3 -> 7 N 2 + 12 H 2 0.

Das für die Reaktion notwendige Ammoniak kann aus dem

Brennstofftank 13 bereitgestellt werden. Fig. 4 zeigt ein Luftfahrzeug 11, das ähnlich zu dem in Fig. 3 gezeigten Flugzeug aufgebaut ist. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten Flugzeug darin, dass als Kraftstoff für die Verbrennungskraftmaschine 35', mit der der

elektrische Generator 37 angetrieben und die elektrische Energie erzeugt wird, nun statt Ammoniak ein Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis , wie beispielsweise Diesel, Kerosin oder Benzin angetrieben wird, der in einem Tank 13' gelagert ist . Die Figur 5 zeigt in schematischer Ansicht eine

Kühleinrichtung 46 zur Kühlung des Tanks 13. Andere

Komponenten wie bspw. der Ammoniakspalter und das

Molekularsieb etc. sind hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Zur Kühlung des Tanks 13 bzw. des im Tank 13 befindlichen Ammoniaks kann zumindest zeitweise, d.h.

bspw. während sich das Luftfahrzeug 11 in der Luft befindet, die Atmosphäre verwendet werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die Temperatur mit der Höhe über dem Boden fällt, so dass ab einer bestimmten Höhe des Luftfahrzeugs 11 eine derart niedrige Außentemperatur vorherrscht, die ausreicht, um das im Tank 13 befindliche Ammoniak auf eine Temperatur

herabzukühlen, bei der das Ammoniak in flüssiger Form

vorliegt.

Der Tank 13 ist zu diesem Zweck derart wärmeleitend mit der Atmosphäre 1 verbunden, dass Wärme vom Tank 13 an die

Atmosphäre 1 abtransportiert wird. Hierzu kann der Tank 13 über eine thermische Verbindung 41 mit der Außenwand 40 des Luftfahrzeugs 11 verbunden sein, so dass die vom Tank 13 abzuführende Wärme über die Außenwand 40 an die Atmosphäre 1 übertragen wird. Die thermische Verbindung 41 erfolgt bspw. über Wärmeleitung, bspw. durch thermische Brücken in Form von Kühlblechen o.ä. (nicht im Detail dargestellt) , die den Tank 13 direkt oder indirekt mit der Außenwand 40 des Luftfahrzeugs 11 verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Verbindung 41 zwischen Tank 13 und Außenwand 40 auf dem Effekt der

Wärmekonvektion beruhen, wobei das entsprechende Kühlmittel, bspw. Luft bzw. Wasser, die am Tank 13 aufgenommene Wärme an die Außenwand 40 des Luftfahrzeugs überträgt. Natürlich ist es möglich, verschiedene Ansätze zur

Verflüssigung des Ammoniaks zu kombinieren. Zusätzlich zur Ausnutzung der Atmosphäre kann eine konventionelle Kühlung 42 vorgesehen sein, die insbesondere dann zum Einsatz kommt, wenn die Außentemperatur zu hoch ist, d.h. bspw. in

Zeiträumen, zu denen sich das Luftfahrzeug 11 auf dem Boden befindet. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine

Vorrichtung 43 vorgesehen sein, die den Tank 13 bzw. das darin befindliche Ammoniak unter Druck setzt. Der Tank 13 kann also in Zeiträumen, in denen die

Außentemperatur höher ist, als ein bestimmter Schwellwert, mit einer konventionellen Kühlung 42 gekühlt. In Zeiträumen, in denen die Außentemperatur unter dem Schwellwert liegt, kann auf die konventionelle Kühlung 42 verzichtet werden. Der Schwellwert bestimmt sich zum Einen anhand des Ammoniak- Siedepunktes und zum Anderen in Abhängigkeit von der Art und Wirkungsweise der thermischen Verbindung 41 zwischen Tank 13 und Außenwand 40 des Luftfahrzeugs 11. Bei einer weniger effizienten thermischen Verbindung 41 wird die

Schwellwerttemperatur entsprechend niedriger gewählt. In einem Temperaturbereich um den Schwellwert herum ist es denkbar, sowohl die konventionelle Kühlung 42 als auch die oben beschriebene Atmosphären-Kühlung zu verwenden.

Hierzu ist eine Steuerung 44 vorgesehen, die mit einem

Außentemperatursensor 45 verbunden ist, der die Temperatur der Atmosphäre 1 in der Umgebung des Luftfahrzeugs 11 misst. Je nach gemessener Temperatur wird mit Hilfe der Steuerung 44 die geeignete Kühlweise gewählt. Bspw. kann die Steuerung 44 bei zu hoher Außentemperatur die thermische Verbindung 41 unterbrechen und die konventionelle Kühlung 42 in Betrieb nehmen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 44 auch den Druckerzeuger 43 in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder von dem Aggregatzustand des Ammoniaks im Tank 13 steuern. Bpsw. kann der Druckerzeuger 43 dann in Betrieb genommen werden, wenn das Ammoniak im Tank in einen

gasförmigen Zustand übergeht.

Das Verhalten der Steuerung 44 in Abhängigkeit von der

Außentemperatur TA ist in der Figur 6 dargestellt. Das

Diagramm in der Figur 6A zeigt einen Verlauf der

Außentemperatur TA mit der Zeit t. Ein solcher Verlauf kann sich bspw. ergeben, wenn das Luftfahrzeug 11 zu einen

Zeitpunkt tO startet und an Höhe gewinnt, so dass die

Außentemperatur fällt. Ab einem Zeitpunkt tl verliert das Luftfahrzeug wieder an Höhe, so dass die Außentemperatur TA wieder steigt.

Die Steuerung 44 öffnet und schließt die thermische

Verbindung 41 in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Hierzu wird die Außentemperatur TA mit zwei Schwellwerten Sl, S2 verglichen, wobei gilt S2>S1. Die Figur 6B zeigt den Zustand der thermischen Verbindung 41 in Abhängigkeit von der Zeit und synchron zum in der Figur 6A dargestellten Diagramm.

Sobald die Außentemperatur TA unter dem Schwellwert Sl liegt, wird die thermische Verbindung 41 zwischen Tank 13 und

Atmosphäre 1 hergestellt, d.h. die Atmosphärenkühlung ist aktiv. Dies ist in der Figur 6B mit dem Zustand "1"

symbolisiert. Sobald die Außentemperatur TA jedoch wieder über den Schwellwert S2 mit S2>S1 ansteigt, wird die

thermische Verbindung 41 wieder geöffnet bzw. unterbrochen, so dass die Atmosphäre nicht mehr zur Kühlung des Tanks 13 beiträgt. Dies ist in der Figur 6B mit dem Zustand "0" symbolisiert . Die Schwellwerte Sl, S2 können natürlich auch den selben Wert haben, d.h. S1=S2.

Die Nutzung der Atmosphärenkühlung hat den Vorteil, dass insbesondere während des Fluges in einer entsprechenden Höhe eine vergleichsweise geringe oder im Idealfall sogar gar keine Energie aufgewendet werden muss, um das Ammoniak zu kühlen bzw. im flüssigen Zustand zu erhalten. Da der Anteil der zur Kühlung aufzuwendenden Energie recht groß ist, ist mit dieser Maßnahme eine deutliche Erhöhung des

Wirkungsgrades erreichbar.

Bezugs zeichenliste

I Atmosphäre

II Luftfahrzeug

13 Ammoniaktank

13' Kohlenwasserstofftank

15 Ammoniakspalter

17 Molekularsieb

19 Wasserstoff-Brennstoffzelle

19' Ammoniak-Brennstoffzelle

21 Luftzufuhr

23 Energieverteilung

25 Elektromotor

27 Triebwerk

29 Stellantrieb

31 weiteres elektrisches System

33 Energiespeicher

35, 35' Verbrennungskraftmaschine

37 elektrische Generator

39 Abgasreinigung

40 Außenwand

41 thermische Verbindung

42 konventionelle Kühlung

43 Druckerzeugeroder

44 Steuerung

45 Außentemperatursensor

46 Kühleinrichtung