FRAHM, Lars (Magdalenenallee 7d, Halstenbek, 25469, DE)
MARQUARDT, Till (Fiefstücken 11, Hamburg, 22299, DE)
WESTENBERGER, Andreas (Falkenstr. 28, Buxtehude, 21614, DE)
FRAHM, Lars (Magdalenenallee 7d, Halstenbek, 25469, DE)
MARQUARDT, Till (Fiefstücken 11, Hamburg, 22299, DE)
| P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Energieregelvorrichtung (2) zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug, wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine Betriebscharakteristik einer Energiequelle (El, E2, E3) festzustellen; wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers (VI) und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers (V2) festzustellen; wobei mittels mindestens einer Energiequelle (El, E2, E3) mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind; wobei die Energieregelvorrichtung (2) die Energiequelle (El, E2, E3) abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel ansteuert und wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle (El, E2, E3) bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt wird. 2. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der dritte Verbraucher (V3, V31, V32) dazu eingerichtet ist, zusätzlich mit einem dritten Bedarfsmittel beaufschlagt zu werden. 3. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Bedarfsmittel aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Energie und Zusatzprodukten ausgewählt ist; wobei das Zusatzprodukt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, thermischer Energie und sauerstoffarmer Abluft ausgewählt ist. 4. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass abhängig von einer Flugphase der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und der Bedarf an zweitem Bedarfsmittel feststellbar ist. 5. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass der Bedarf eines dritten Bedarfsmittels eines weiteren Verbrauchers messbar ist; wobei der dritte Verbraucher (V3, V31, V32) dazu eingerichtet ist, überschüssige Bedarfsmittel aufzunehmen. 6. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass dem ersten Verbraucher (VI), dem zweiten Verbraucher (V2) oder weiteren Verbrauchern jeweils eine Priorität zuweisbar ist; wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass abhängig von der Priorität das Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher (VI) und dem zweiten Verbraucher (V2) oder weiteren Verbrauchern zuführbar ist. 7. Energieregelvorrichtung (2) nach Anspruch 6; wobei die Energieregelvorrichtung (2) derart eingerichtet ist, dass die Priorität unter Berücksichtigung von Flugsicherheitsfaktoren zuweisbar ist. 8. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Energiequelle (El, E2) ein Brennstoffzellensystem aufweist. 9. Energieregelvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei zumindest einer der ersten Verbraucher (VI) und zweiten Verbraucher (V2) aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Gleichstromsystemen, elektrischen Wechselstromsystemen, Wasserverbrauchern, Inertisierungssystemen und Enteisungssystemen ausgewählt ist. 10. Energiesystem für ein Flugzeug, wobei das Energiesystem aufweist: eine Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; mindestens einen ersten Verbraucher (VI) und mindestens einen zweiten Verbraucher (V2); eine Energiequelle (El, E2); wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels des ersten Verbrauchers (VI) und eines zweiten Bedarfsmittels des zweiten Verbrauchers (V2) zu ermitteln; wobei die Energieregelvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine Betriebscharakteristik der Energiequelle (El, E2) festzustellen; wobei mittels der Energiequelle (El, E2) mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind; wobei die Energieregelvorrichtung (2) die Energiequelle (El, E2) abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel ansteuert und wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle (El, E2) bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt wird. 11. Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen (E 1 , E2) für ein Flugzeug, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln (102, 104, 106) eines Bedarfs eines ersten Bedarfsmittels eines ersten Verbrauchers (VI) und eines Bedarfs eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers (V2) mittels einer Energieregelvorrichtung (2); Ermitteln (100) einer Betriebscharakteristik einer Energiequelle (El, E2) mittels der Energieregelvorrichtung (2); Erzeugen eines ersten Bedarfsmittels und eines zweiten Bedarfsmittels mittels der Energiequelle (2); Ansteuern (112) der Energiequelle (E 1 , E2) mittels der Energieregelvorrichtung (2) derart, dass abhängig von der Betriebscharakteristik das erste Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher (VI) und das zweite Bedarfsmittel dem zweiten Verbraucher (V2) bereitgestellt wird; wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher (V3, V31, V32) mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt (118) wird. 12. Verwendung einer Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Flugzeug. 13. Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. |
BEZUG AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional
Patentanmeldung Nr. 61/313,897, eingereicht am 15. März 2010, und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 011 416.2, eingereicht am 15. März 2010, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieregelvorrichtung zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug, ein Energiesystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug sowie eine
Verwendung einer Energieregelvorrichtung in einem Flugzeug und ein Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Flugzeuge weisen neben Turbo luftstrahltriebwerken häufiger zusätzliche, verschiedenartige Energiequellen auf, um die Triebwerke sowie die daran angeschlossenen Triebwerksgeneratoren zu entlasten und in der Gesamtbilanz weniger Treibstoff zu verbrauchen. Beispielsweise könnten alternative
Energiequellen, wie etwa Solarzellen, Brennstoffzellen oder Batterien eingesetzt werden.
Zur Steigerung der Gesamtenergiebilanz eines Verkehrsflugzeugs wird versucht, Produkte bzw. Zusatzprodukte unterschiedlicher Energiequellen und hybrider Energiequellen, wie beispielsweise Wärme, Stoffströme und dergleichen, zu verwerten. DE 10 2007 013 345 AI und WO 2008/113850 A2 zeigen eine
Energieregelvorrichtung zum Regeln mehrerer hybrider Energiequellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Verkopplung unterschiedlicher Energiequellen und unterschiedlicher
Verbraucher, die unterschiedliche Bedarfsmittel zu deren Betrieb benötigen, kann zu Abhängigkeiten beim Betrieb der Verbraucher führen, die nicht immer sehr vorteilhaft sind. Wird beispielsweise durch eine Energiequelle ein erstes
Bedarfsmittel bereitgestellt und ein Zusatzprodukt an einen anderen Verbraucher geführt, fehlt dieses Zusatzprodukt, sobald das erste Bedarfsmittel nicht mehr von dem Verbraucher angefordert wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz eines hybriden Energieerzeugungssystems zu erhöhen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit sowie Funktionsfähigkeit eines derartigen hybriden Energieerzeugungssystems aufrechtzuerhalten, sobald einer oder mehrere Verbraucher des Energieerzeugungssystems keine Energie bzw. kein Bedarfsmittel benötigen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, in diesem Sinne eine Energieregelvorrichtung zum Regeln mehrerer hybrider Energiequellen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Energieregelvorrichtung zur Regelung hybrider Energiequellen für ein Flugzeug, ein Energiesystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug sowie durch die Verwendung einer Energieregelvorrichtung und ein Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Energieregelvorrichtung zum Regeln hybrider Energiequellen für ein Flugzeug angegeben, wobei die Energieregelvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Bedarf eines ersten
Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels eines zweiten Verbrauchers festzustellen. Mittels einer hybriden Energiequelle ist mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar. Die Energieregelvorrichtung steuert die Energiequelle abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und einem zweiten Bedarfsmittel an, so dass der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und zweitem Bedarfsmittel durch die Energiequelle gedeckt wird. Bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels wird ein dritter Verbraucher mit dem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, zum Anpassen der Regelung die Betriebscharakteristik der Energiequelle festzustellen. Dadurch kann eine zielorientierte Ansteuerung der Energiequelle zur Erzeugung einer ausreichenden Menge der erforderlichen Bedarfsmittel oder
Bedarfsmittelströme erfolgen. Unter dem Begriff "Bedarfsmittel" ist ein Mittel zu verstehen, welches zum Betrieb eines Verbrauchers erforderlich ist und durch eine Energiequelle hergestellt bzw. bereitgestellt werden kann. Ein derartiges Bedarfsmittel muss nicht zwangsläufig stofflicher Natur sein, sondern kann auch in Form von elektrischem Strom, Wärme oder dergleichen realisiert werden. Der Bedarf an einem Bedarfsmittel kann sowohl als absolute Größe, d.h. Energie, Volumen, Masse oder dergleichen, aber auch als zeitliche Ableitung davon bestehen, d.h. in Form einer Leistung, eines
Volumenstroms oder eines Massenstroms. Der Begriff "Betriebscharakteristik" einer Energiequelle bezeichnet die allgemeinen Eigenschaften einer Energiequelle und könnte etwa eine Definition eines
Verhältnisses zwischen Edukten und Produkten bzw. Bedarfsmitteln sein. Eine Betriebscharakteristik könnte durch die Menge eingebrachter Edukte und durch die Menge der abgegebenen Produkte bestimmt werden, wie etwa elektrische Energie, thermische Energie und sonstige Produkte. Ferner können in die Betriebscharakteristik die Umgebungsbedingungen einwirken, wie etwa Druck, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit. Anhand der Betriebscharakteristik kann ebenfalls der Wirkungsgrad eines Geräts bzw. einer Energiequelle bestimmt werden. Der beste Wirkungsgrad wird an einem Arbeits- oder Betriebspunkt erreicht, an dem aus einer bestimmten Menge an Edukten die größte Menge an gewünschten Produkten, wie etwa elektrische Energie bereitgestellt wird. Die Betriebscharakteristik kann beispielsweise Anhaltspunkte darüber geben, welcher Betriebsparameter, wie etwa Eduktzufuhr, Ventilstellungen oder dergleichen, der Energiequelle auf welche Weise beeinflusst werden muss, um eine gewünschte Bereitstellung oder Herstellung des gewünschten Bedarfsmittels zu erzielen.
Mit anderen Worten wird mit der vorliegenden Erfindung eine Energieregelvorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die Effizienz eines Flugzeugs dahingehend zu steigern, dass mehrere Verbraucher, die unterschiedliche
Bedarfsmittel erfordern, durch eine gemeinsame Energiequelle betrieben werden können. Da erfahrungsgemäß die notwendige Energie für einen ersten Verbraucher oder einen zweiten Verbraucher nicht über den gesamten Missions- bzw.
Flugzeitraum gleichförmig ist, kann die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung einen dritten Verbraucher mit einem überschüssigen Bedarfsmittel beaufschlagen, so dass die Energiequelle in der Lage ist, einen stetigen und unterbrechungsfreien Betrieb durchzuführen. Durch den dritten Verbraucher als Bedarfsmittelsenke für ein überschüssiges Bedarfsmittel wird der reguläre Betrieb der Energiequelle und damit des ersten und des zweiten Verbrauchers gewährleistet.
Das Zusammenspiel hinsichtlich eines elektrischen oder thermodynamischen Wirkungsgrades oder hinsichtlich der Zusatzprodukte von Energiequellen kann durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung verbessert werden, was die Gesamtenergiebilanz des Flugzeugs optimiert.
Die Art des dritten Verbrauchers ist in diesem Zusammenhang nicht zwangsläufig vorgeschrieben. Dieser dritte Verbraucher könnte jedoch bevorzugt dazu eingerichtet sein, eine Vielzahl von unterschiedlichen Bedarfsmitteln aufzunehmen, um einen regulären Betrieb zu gewährleisten bzw. zumindest ein überschüssiges Bedarfsmittel abzuführen. Über einige von mehreren möglichen Arten des Aufbaus bzw. der Natur des dritten Verbrauchers wird weiter nachfolgend detaillierter eingegangen.
Die Formulierung "erster Verbraucher" und "zweiter Verbraucher" bedeutet nicht, dass die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ausschließlich dazu in der Lage ist, stets nur einen einzigen ersten Verbraucher und nur einen einzigen zweiten Verbraucher zu regeln. Die Formulierung ist dahingehend zu verstehen, dass mindestens zwei unterschiedlich geartete Verbraucher in einem Flugzeug durch eine Energiequelle mit Energie bzw. Bedarfsmitteln versorgt werden können, wobei dies jedoch nicht ausschließt, dass eine beliebige Anzahl von weiteren Verbrauchern, die andersartige Bedarfsmittel erfordern, ebenfalls in dem Flugzeug angeordnet sein könnten. Gleichermaßen können der erste Verbraucher und der zweite Verbraucher auch zu einem System oder Subsystem zusammengefasst sein, das mehrere
Bedarfsmittel zum Betrieb erfordert, so dass der erste Verbraucher und der zweite Verbraucher eine funktionale Einheit zusammenwirkender einzelner Verbraucher bilden, die als solche nicht zu trennen sind.
Durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung kann stets ein ordnungs- gemäßer Betrieb der Energiequelle und damit sämtlicher Verbraucher erfolgen, wobei die Leistung der Energiequelle dahingehend abgestimmt sein könnte, dass der betreffende erste oder zweite Verbraucher mit dem größten Bedarf an Bedarfsmitteln den Betrieb der Energiequelle maßgeblich bestimmt und sämtliche überschüssigen Bedarfsmittel, Zusatzprodukte und dergleichen durch den genannten dritten
Verbraucher, der auch eine Mehrzahl von unterschiedlichen dritten Verbrauchern sein kann, verbraucht bzw. abgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Verbraucher dazu eingerichtet, zusätzlich mit einem dritten Bedarfsmittel beaufschlagt zu werden. Dies bedeutet für die Energieregelvorrichtung, dass zum Betrieb des dritten
Verbrauchers, beispielsweise bei fehlendem oder nicht vorgesehenen Betrieb des ersten Verbrauchers und des zweiten Verbrauchers ein drittes Bedarfsmittel an den dritten Verbraucher geleitet wird und dies möglicherweise effizienter ist als das Betreiben der Energiequelle und das Aufgeben des ersten und zweiten
Bedarfsmittels. Sollte bei herkömmlichem Betrieb der Energiequelle kein
überschüssiges Bedarfsmittel und ein vollständiger Verbrauch der bereitgestellten Bedarfsmittel vorliegen, könnte der Betrieb des dritten Verbrauchers mit einem anders gearteten und auf den dritten Verbraucher zugeschnittenen Bedarfsmittel effizienter erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieregelvorrichtung ist ein Bedarfsmittel aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Energie und Zusatzprodukten ausgewählt, wobei das Zusatzprodukt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, thermischer Energie und sauerstoffarmer Abluft ausgewählt ist. Diese Kombination aus verschiedenen Bedarfsmitteln kann unterschiedlichste Verbraucher versorgen, so dass beispielsweise ein Hauptverbraucher elektrischer Energie bedarf, während andere Verbraucher eher Wasser, thermische Energie oder sauerstoffarme Abluft benötigen. Die sauerstoffarme Abluft könnte zum Inertisieren von Räumen eingesetzt werden, die thermische Energie zum Enteisen von der Strömung ausgesetzten Oberflächen des Flugzeugs und Wasser könnte beispielsweise zur Versorgung von sanitären Einrichtungen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass abhängig von einer Flugphase der Bedarf an erstem Bedarfsmittel und der Bedarf an zweitem Bedarfsmittel feststellbar ist.
Beispielsweise könnten verschiedene Verbraucher und Einrichtungen in einem Flugzeug bei kritischen Flugphasen, wie etwa Start und Landung, dahingehend benachteiligt werden, dass lediglich eine Grundfunktion gewährleistet bleibt, allerdings auch keine übermäßige Anforderungen an diese Verbraucher gestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass der Bedarf eines dritten Bedarfsmittels eines weiteren
Verbrauchers messbar ist, wobei der dritte Verbraucher dazu eingerichtet ist, sämtliche überschüssigen Bedarfsmittel aufzunehmen. Dieser dritte Verbraucher ermöglicht der erfindungsgemäßen Energieregelvorrichtung demnach das
Beschicken sämtlicher überschüssiger Bedarfsmittel, die als Produkte oder
Zusatzprodukte eines primären Bedarfsmittels, elektrischer Energie beispielsweise, entstehen, nicht unterschiedlichen Verbrauchern zugeführt werden müssen, so dass lediglich ein einziger dritter Verbraucher oder eine einzige Art dritter Verbraucher als Bedarfsmittelsenke verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet, dass dem ersten Verbraucher und dem zweiten Verbraucher jeweils eine Priorität zuweisbar ist, wobei die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet ist, dass abhängig von der Priorität das betreffende Bedarfsmittel dem ersten Verbraucher und dem zweiten Verbraucher zuführbar ist. Ist beispielsweise ein zweiter Verbraucher lediglich auf die Herstellung einer wenig benutzten Komfortfunktion gerichtet, könnte eine niedrige Priorität eingeräumt werden. Ist beispielsweise der Betrieb des ersten Verbrauchers über einen längeren Zeitraum nicht geplant und steht dem zweiten Verbraucher nur dann ein Bedarfsmittel zur Verfügung, wenn der erste Verbraucher dieses erste Bedarfsmittel anfordert, könnte es aus energetischer Sicht vorteilhaft sein, den zweiten Verbraucher über einen längeren Zeitraum nicht zu betreiben oder nur mit verminderter Leistung. Der zweite Verbraucher würde in einem solchen Fall eine niedrigere Priorität als der erste Verbraucher erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte die Energieregelvorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Priorität unter Berücksichtigung von Flugsicherheitsfaktoren zuweisbar ist. Dies könnte in einem umgekehrten Fall, wie bereits oben genannt, dazu führen, dass sicherheitskritische Funktionen eine so hohe Priorität bekommen, dass diese über den gesamten Einsatz- bzw. Missionszeitraum aufrechterhalten werden können. Beispielsweise könnte ein erster oder zweiter Verbraucher eine Inertisierungseinrichtung für einen Tank oder eine Lösch- einrichtung sein, die dazu eingerichtet sind, mittels sauerstoffarmer Luft eine
Explosionsgefahr zu verringern oder Brände zu löschen, die unter allen Umständen aufrechterhalten werden muss. Sauerstoffarme Luft könnte als ein Neben- oder Zusatzprodukt realisiert sein, das neben der Erzeugung eines Hauptbedarfsmittels anfällt. Sollte ein Hauptbedarfsmittel nicht von den primären Verbrauchern gefordert werden, wird dieses durch die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung aufgrund der hohen Priorität des ein Neben- oder Zusatzprodukt anfordernden Verbrauchers dann dem dritten Verbraucher zugeführt, der die reibungslose Funktion der Energiequelle und kontinuierliche Entnahme aller Bedarfsmittel damit sicherstellen kann.
Ein erfindungsgemäßes Energiesystem für ein Flugzeug könnte eine
Energieregelvorrichtung, zumindest einen ersten Verbraucher und zumindest einen zweiten Verbraucher, und eine Energiequelle aufweisen, wobei die
Energieregelvorrichtung derart eingerichtet ist, eine Betriebscharakteristik der Energiequelle und einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels des ersten Verbrauchers und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels des zweiten Verbrauchers
festzustellen, wobei mittels der Energiequelle mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig erzeugbar sind. Die Energieregelvorrichtung Steuer die Energiequelle abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und einem zweiten Bedarfsmittel an und beaufschlagt bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels einen dritten Verbraucher mit dem überschüssigen Bedarfsmittel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Verbraucher und/oder der zweite Verbraucher dazu eingerichtet, zur Bereitstellung einer Funktion sowohl ein erstes, als auch ein zweites Bedarfsmittel aufzunehmen. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Energiesystem dazu befähigt, beispielsweise ein überschüssiges Bedarfsmittel bereits einem der ersten oder zweiten Verbraucher zuzuführen.
Derartige Verbraucher können als hybride Verbraucher bezeichnet werden. Generell wäre es günstig, mehrere Verbraucher so auszulegen, dass sie eine hybride Energieversorgung tolerieren. Diese Verbraucher sollten sich im Falle einer elektrischen Versorgung innerhalb bestimmter Betriebsgrenzen so neutral verhalten, dass sich keine negativen Auswirkungen auf andere Verbraucher an Bord des Flugzeugs ergeben. Beispielhaft könnten solche Verbraucher neben elektrischer Energie zum örtlichen Erzeugen von Wärme auch Abwärme einer Energiequelle aufnehmen, die an einen bestimmten Ort weitergeleitet wird.
Weiterhin wäre besonders vorteilhaft, alternativ dazu oder zusätzlich dritte
Verbraucher bereitzustellen, die in Form von Bedarfsmittelspeichern dazu eingerichtet sind, temporär ein überschüssiges Bedarfsmittel aufzunehmen und bei Bedarf wieder freizusetzen. Die erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung ist dementsprechend bevorzugt dazu eingerichtet, mindestens eine hybride
Energiequelle derart anzusteuern, dass nicht nur der momentane Bedarf an angeforderten Bedarfsmitteln gedeckt wird, sondern auch der Speicherzustand derartiger dritter Verbraucher und damit deren Eignung zur Bereitstellung des vormals überschüssigen Bedarfsmittels berücksichtigt wird.
Alternativ oder zusätzlich dazu könnten dritte Verbraucher vorgesehen werden, die das überschüssige Bedarfsmittel im Wesentlichen ohne Wirkung verbrauchen, indem es beispielsweise der Umgebung des Flugzeugs zugeführt wird.
Ein erfindungsgemäßes Flugzeug mit einer Energieregelvorrichtung, wie
vorangehend beschrieben, könnte beispielsweise mehrere Verbraucher aufweisen, die mit einer hybriden Energieversorgung betrieben werden können. Beispielsweise könnte ein Überschuss an elektrischer Leistung als thermische Leistung in einem Wassertank oder einem Kerosintank bis zu einer bestimmten sicheren Grenze abgelegt werden. Andere Verbraucher könnten beispielsweise mit Batterien oder Druck- oder Unterdruckbehältern realisiert werden, die mittels einer elektrischen überschüssigen Leistung aufgeladen werden können. Gleichzeitig könnte
überschüssige elektrische oder thermische Leistung in Flügelvorderkanten oder anderen Oberflächen zu Enteisungszwecken verworfen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den
Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
Fig.4a und 4b zeigen eine schematische blockbasierte Darstellung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 5 zeigt ein Flugzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen
Energieregelvorrichtung.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte erstes Ausführungsform der Energieregelvorrichtung 2, die zum Ansteuern beispielhaft zweier Energiequellen El und E2 eingerichtet ist. Die Energieregelvorrichtung 2 ist dazu eigerichtet, eine Betriebscharakteristik der Energiequellen El und E2 festzustellen. Die Energieregelvorrichtung 2 ist ferner dazu eingerichtet, einen Bedarf eines ersten Bedarfsmittels mindestens eines ersten Verbrauchers VI und einen Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels mindestens eines zweiten Verbrauchers V2 festzustellen. Die Energiequelle El und/oder E2 ist dazu befähigt, mindestens das erste Bedarfsmittel und das zweite Bedarfsmittel gleichzeitig zu erzeugen. Dabei steuert die Energieregelvorrichtung 2 die
Energiequelle El und/oder E2 abhängig von dem Bedarf an erstem Bedarfsmittel und an zweitem Bedarfsmittel an, wobei bei fehlendem Bedarf eines der durch die Energiequelle El und/oder E2 bereitstellbaren und überschüssigen ersten oder zweiten Bedarfsmittels ein dritter Verbraucher V3 mit dem überschüssigen
Bedarfsmittel beaufschlagt wird.
Zur Gewährleistung dieser Funktion kann die Energieregelvorrichtung 2 über Sensoren, Datenübertragungsmittel oder andere Mittel die notwendigen
Bedarfsmittel der Verbraucher VI und V2 ermitteln. Hierbei ist anzumerken, dass die Verbraucher VI, V2 und V3 beispielhaft als Gleichstromverbraucher,
Wechselstromverbraucher, Verbraucher Sauerstoff abgereicherter Luft (z.B. Inertisierungssy steme), Wärme verbrauchende Verbraucher (z.B.
Enteisungssysteme) und Wasser konsumierende Systeme (z.B. für die
Wasserversorgung in Nasszellen) ausgeführt sein könnten. Dementsprechend könnten die Bedarfsmittel dieser Verbraucher daher eine elektrische Leistung in Form von Gleichstrom oder Wechselstrom, ein Massenstrom Sauerstoff
abgereicherter Luft aus einem vorbestimmten Temperaturbereich, ein Wärmestrom auf einem vorbestimmten Temperaturniveau und ein Massenstrom an Wasser aus einem vorbestimmten Temperaturbereich sein. Die momentan vorliegenden
Bedarfsmittelströme können durch eine entsprechende Sensorik erfasst werden. während gleichzeitig ein Verbraucher VI oder V2 ein momentanes Defizit an einem Bedarfsmittelstrom über ein entsprechendes Signal mit Hilfe einer Signalleitung oder dergleichen an die Energieregelvorrichtung 2 kommunizieren könnte.
Die Anzahl der in den Figuren gezeigten Verbrauchern VI, V2 und V3 sowie die Anzahl der Energiequellen El und E2 ist willkürlich gewählt und soll nicht in irgendeiner Weise als beschränkend angesehen werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Energiequelle El als eine
Brennstoffzelle ausgeführt, die über zugeführte Edukte elektrischen Strom
bereitstellt, sowie als Zusatzprodukte einen Wärmestrom, Sauerstoff abgereicherte Luft und einen Massenstrom an Wasserdampf. Durch Messung der Stärke des elektrischen Stroms und der Größe des Massenstroms an Wasserdampf und
Sauerstoff abgereicherter Luft ist die Energieregelvorrichtung 2 in der Lage, die Betriebscharakteristik der Energiequelle El zu bestimmen. Dadurch wird ermittelbar, wie eine Ansteuerung der Zufuhr an Edukten die Brennstoffzelle veranlasst werden könnte, die bereitgestellten Produkte zu variieren, d.h. zu erhöhen oder zu senken, um unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen zu begegnen. Die Energiequelle E2 könnte als ein herkömmlicher Triebwerksgenerator ausgeführt sein, dessen Wirkungsgrad sowie elektrische Höchstleistung bekannt ist. Die maximal bereitstellbare elektrische Leistung des Triebwerksgenerators könnte weiterhin durch Ermitteln der Drehzahl des Triebwerks und dessen
Umgebungsparameter bestimmt werden, die einen Einfluss auf die dem
Triebwerksgenerator zuführbare Wellenleistung haben.
Die Energieregelvorrichtung 2 ist aus Kenntnis der Betriebscharakteristika der Energiequellen El und E2 und den erforderlich Bedarfsmittelströmen in der Lage, den Verbrauchern VI, V2 und V3 durch die Betriebscharakteristika
berücksichtigendes Ansteuern der Energiequellen El und E2 die notwendigen Bedarfsmittel zuzuführen.
Aufgrund der nicht unbegrenzt verfügbaren Energie an Bord eines Flugzeugs ist jedoch auch die Situation denkbar, dass die für die Verbraucher VI, V2 und V3 erforderlichen Bedarfsmittel nicht in ausreichendem Umfang bereitgestellt werden können. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn die Wellenleistung an dem Triebwerk nicht ausreicht, um zusammen mit der Brennstoffzelle eine ausreichende Menge an elektrischer Leistung bereitzustellen oder dergleichen. Die
Energieregelvorrichtung 2 ist daher dazu eingerichtet, durch eine Prioritätsverteilung unter den Verbrauchern VI, V2 und V3 dem Verbraucher mit der höchsten Priorität einen größtmöglichen Anteil des erforderlichen Bedarfsmittelstroms zuzuführen, während die anderen Verbraucher VI, V2 oder V3 mit einer niedrigeren Priorität einen geringeren Anteil des betreffenden Bedarfsmittelstroms erhalten. Die Energieregelvorrichtung 2 ist ferner dazu eingerichtet, die Energiequelle El und/oder E2 derart anzusteuern, dass überschüssige Bedarfsmittel durch den dritten Verbraucher V3 verbraucht oder verworfen werden können. Dies bedeutet, dass beispielsweise durch einen Verbraucher VI oder V2 mit einer hohen Priorität die Energiequelle El und/oder E2 derart angesteuert wird, dass das für den Verbraucher VI oder V2 notwendige Bedarfsmittel hergestellt wird, was in der gezeigten
Konstellation mit der Produktion von Zusatz- oder Hauptprodukten einhergeht. Etwa könnten die Verbraucher VI und V2 einen Wärmestrom oder einen Massenstrom an Sauerstoff abgereicherter Luft anfordern, der in der Brennstoffzelle El jedoch nur dann bereitgestellt werden kann, sobald elektrische Leistung entnommen wird. Sollte nicht die gesamte elektrische Leistung verbraucht werden können, kann diese durch die Energieregelvorrichtung 2 dem zuschaltbaren dritten Verbraucher V3 zugeführt werden, in dem diese dann verbraucht bzw. verworfen werden kann. Der dritte Verbraucher V3 kann aus diesem Grunde als Blindverbraucher bezeichnet werden, der das überschüssige Bedarfsmittel wirkungsneutral im Sinne einer fehlenden Beeinflussung der Funktion und Sicherheit des Flugzeugs verbraucht.
Generell bietet sich das Verwerfen der elektrischen Leistung durch eine
Umwandlung in einen Wärmestrom mit Hilfe thermoelektrischer Elemente oder dergleichen an. Durch den "künstlichen" Bedarf elektrischer Leistung wird die Produktion von Nebenprodukten in der Brennstoffzelle El aufrechterhalten.
Beispielhaft könnte der dritte Verbraucher V3 ein elektrothermisches Element sein, das seine produzierte Wärme direkt an die Außenluft des Flugzeugs abgibt.
Alternativ dazu könnte der dritte Verbraucher V3 direkt oder indirekt über einen Zwischenspeicher in Form eines Wassertanks oder eines Treibstofftanks Wärme abgeben, wobei bei diesen Optionen die jeweiligen zulässigen Betriebsgrenzen einzuhalten sind.
Weiter alternativ könnte der dritte Verbraucher V3 selbst als ein Speicher realisiert sein, der beispielsweise eine Sauerstoff abgereicherte Luft, Wasser oder elektrische Energie temporär speichert.
In Fig. 2 wird eine abweichende Ausführungsform gezeigt, in der Verbraucher VI, V2 und V3 bereitgestellt werden, die eine hybride Beaufschlagung mit
Bedarfsmitteln erlauben. Dies bedeutet, dass die Verbraucher VI, V2 und V3 jeweils mit unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen oder mit einer Mischung aus mindestens zwei unterschiedlichen Bedarfsmittelströmen betrieben werden können. Die
Energieregelvorrichtung 2 ist hierbei bevorzugt in der Lage, durch Kenntnis der Betriebscharakteristika der Energiequellen El und E2 eine möglichst optimale Verteilung von Bedarfsmitteln an die Verbraucher VI, V2 und V3 durchzuführen, so dass eine möglichst geringe Menge an überschüssigen Bedarfsmitteln entsteht, die verworfen werden muss.
Ein derartiger hybrider Verbraucher VI, V2 oder V3 könnte beispielsweise in Form einer oder mehrerer Enteisungseinrichtungen an Flügelvorderkanten realisiert sein, die sowohl mit elektrischem Strom zum Erzeugen von Wärme als auch mit einem durchfließenden Wärmeträger oder einem anderen Mittel zum aktiven Übertragen eines Wärmestroms beaufschlagt werden können, um Wärme an die
Flügelvorderkante oder andere exponierte Oberflächenbereichen des Flugzeugs zum Lösen des dort befindlichen Eises abzugeben. Eine andere Art hybrider Verbraucher VI, V2 oder V3 könnte beispielsweise derart realisiert werden, dass Wärme auf verschiedene Arten in einer Bordküche oder anderen Verbraucher erzeugt oder zugeführt wird. In einer dritten exemplarischen Ausführungsform, die aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird ein abweichendes Konzept weiterverfolgt. Hier könnten überschüssige Bedarfsmittel in Form von elektrischer Energie, Wasser, Luft oder dergleichen in Speichern 4 abgelegt werden, um zu einem anderen Zeitpunkt oder zeitversetzt wieder abgerufen zu werden. Elektrische Speicher könnten in Form von Akkumulatoren,
Superkondensatoren oder ähnlichen Mitteln realisiert werden. Stoffliche Produkte wie Wasser oder Luft könnten in Speicherbehältern aufgenommen werden, etwa pneumatische oder hydraulische Akkumulatoren etc.
In der Fig. 4a wird ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen
Blockdarstellung gezeigt. Das Verfahren könnte beispielhaft die Ermittlung 100 von Betriebscharakteristika aufweisen. Der Bedarf eines ersten Bedarfsmittels, eines zweiten Bedarfsmittels, möglicherweise eines dritten Bedarfsmittels usw. wird ermittelt 102, 104, 106, usw. Zur Regelung der Energiequellen ist erforderlich, die Abweichung der momentan bereitgestellten ersten, zweiten, dritten usw.
Bedarfsmittel festzustellen 108. Sollte eine Abweichung vorliegen 110, ist es erforderlich, die Energiequellen derart anzusteuern 112, dass der Strom des ersten, des zweiten, des dritten usw. Bedarfsmittels vergrößert oder verringert werden. Zwangsläufig kann dies durch die Natur von hybriden Energiequellen dazu führen, dass durch das Erhöhen eines Bedarfsmittelstroms ein anderer Bedarfsmittelstrom ebenfalls erhöht wird, obwohl dazu kein Bedarf besteht. Daher ist vorgesehen, einen Überschuss eines Bedarfsmittelstroms festzustellen 114. Liegt ein Überschuss vor 116, wird das überschüssige Bedarfsmittel an einen oder mehrere dritte Verbraucher geleitet 118. Fig. 4b geht schließlich darauf ein, dass parallel dazu zur Verteilung von
Bedarfsmitteln auch die Priorität der einzelnen Verbraucher überprüft wird 120, so dass bei festgestelltem Bedarf 100 an Bedarfsmitteln die zur Verfügung stehenden Bedarfsmittel rangweise nach jeweiliger Priorität auf die einzelnen Verbraucher VI , V2, V3 usw. verteilt werden 122.
Fig. 5 zeigt ein Flugzeug 6, das mit als E2 bezeichneten Energiequellen in Form von Triebwerken ausgerüstet ist und zusätzlich eine als Brennstoffzelle ausgeführte Energiequelle El aufweist. Eine erfindungsgemäße Energieregelvorrichtung 2 verteilt Bedarfsmittel an Verbraucher VI, V2, V31 und V32, wobei die Verbraucher V31 und V32 im Sinne der Erfindung als "dritte Verbraucher" anzusehen sind.
Der Verbraucher V31 könnte beispielsweise eine Heizvorrichtung in einer
Bordküche 8 des Flugzeugs 6 sein, die durch mehrere Bedarfsmittel beaufschlagt werden kann, um Wärme bereitzustellen, etwa elektrische Leistung oder einen Wärmestrom, wobei letzterer durch die Brennstoffzelle El bereitgestellt werden könnte. Der Verbraucher V32 könnte in Form von Heizeinrichtungen an Flügelvorderkanten des Flugzeugs 6 ausgeführt sein, um dort das Ansammeln von Eis zu verhindern oder angesammeltes Eis abzulösen. Auch dort kann die Wärme mittels einer Übertragung eines Wärmestroms von der Brennstoffzelle El durchgeführt werden, als auch durch Beaufschlagung einer elektrischen Heizeinrichtung durch elektrischen Strom. Sollte ein anderweitiger Bedarf an Wärme in dem Flugzeug 6 herrschen, der durch die Brennstoffzelle El bereitgestellt werden sollte, könnte der Verbraucher V32 durch elektrische Energie betrieben werden können. Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„ein" oder„eine" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen
Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
B E Z U G S Z E I C H E N
2 Energieregelvorrichtung
4 Speicher
6 Flugzeug
8 Bordküche
100 Ermitteln von Betriebscharakteristika
102 Ermitteln Bedarf eines ersten Bedarfsmittels
104 Ermitteln Bedarf eines zweiten Bedarfsmittels 106 Ermitteln Bedarf eines dritten Bedarfsmittels
108 Abweichung ermitteln
1 10 Abweichung vorliegend
112 Ansteuern Energiequellen
114 Ermitteln Überschuss
116 Überschuss vorliegend
1 18 Leiten Überschuss an dritten Verbraucher
120 Überprüfen Priorität
122 Verteilen Bedarfsmittel El Energiequelle
E2 Energiequelle
VI erster Verbraucher
V2 zweiter Verbraucher
V3 dritter Verbraucher
V31 dritter Verbraucher
V32 dritter Verbraucher