用于飞行器的供应系统

摘要

现代飞行器携带更大量的水。本发明的一个示例性实施方式描述了一种包括蒸汽发生器(109)的供应系统。该蒸汽发生器被供以氢(104)和氧(101-103)，并产生热的水蒸汽(113)，其能够用来供应能量(116)和水(118)。这使得可以提供供应冗余并减小起飞重量。

权利要求

1.一种用于飞行器的供应系统，所述供应系统包括：蒸汽发生器(109)；

混合器(132)；

用于将外部空气供给到蒸汽发生器(109)的外部空气供给单元(101)，其中所述蒸汽发生器(109)适于从氢和氧产生水蒸汽；

其中所述水蒸汽能够用来供应水；以及其中所述混合器(132)适于控制供应到所述蒸汽发生器(109)的水量，以控制所产生水蒸汽的温度或量。

2.如权利要求1所述的供应系统，进一步包括：供给单元(102-108)；

其中所述供给单元(102-108)适于向所述蒸汽发生器(109)供给氢和氧。

3.如权利要求1或2所述的供应系统，进一步包括：能量转换器(116)；

其中所述能量转换器(116)适于将所述蒸汽发生器(109)产生的水蒸汽中储藏的能量转换为以下能量形式中的至少一种形式：气动能量、电能、液压能、机械能、热泵能量、热能、用于飞行器发动机的驱动能量以及飞行器的推进能量。

4.如权利要求3所述的供应系统，进一步包括：控制器(129)，其控制能量产生或者控制所述蒸汽发生器(109)的供给；

其中所述控制器(129)还另外适于根据需要连接供应系统，以向所述飞行器发动机提供驱动能量或者为所述飞行器提供推进能量。

5.如权利要求1或2所述的供应系统，进一步包括：带有水分离器的供水单元(118、119、120)；

其中所述水分离器适于从所述蒸汽发生器(109)的水蒸汽中分离出水。

6.如权利要求5所述的供应系统，其中所述供水单元(118、119、120)还具有用于临时储存水的中间储水单元(120)。

7.如权利要求3所述的供应系统，进一步包括：燃料电池(110)；

其中所述燃料电池(110)能够用于向所述能量转换器(116)供应水蒸汽或者产生电能或推进能量。

8.如权利要求2所述的供应系统，其中所述供给单元(102-108)具有用于产生氢的氢发生器(104)和用于产生氧的氧发生器(103)。

9.如权利要求2所述的供应系统，其中所述供给单元(102-108)适于从储氧单元(102)供应氧；以及其中所述供给单元(102-108)适于从储氢单元(104)供应氢。

10.如权利要求1或2所述的供应系统，其中所述混合器(132)进一步适于控制供应到所述蒸汽发生器(109)的冷却空气量。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的供应系统在飞行器中产生水的应用。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的供应系统在飞行器中产生用于飞行器的驱动能量的应用。

13.一种为飞行器供应水的方法，所述方法包括如下步骤：将外部空气供给到蒸汽发生器(109)；

在所述蒸汽发生器(109)中由氢和氧产生水蒸汽；

通过混合器(132)控制供应到所述蒸汽发生器(109)的水量，以控制所产生水蒸汽的量或温度；以及在供水单元(118、119、120)中从所述蒸汽发生器(109)的水蒸汽中分离出水。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：通过所述蒸汽发生器(109)产生的水蒸汽驱动所述飞行器。

15.一种飞行器，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的供应系统。

说明书

用于飞行器的供应系统

[0001] 本申请要求2005年3月24日提交的美国临时专利申请60/665,033和2005年3月24日提交的德国专利申请102005013824.1的优先权，因此其公开内容在此引入作为参考。

技术领域

[0002] 本发明涉及用于飞行器的供应系统。具体而言，本发明涉及一种用于飞行器的供应系统、供应系统在飞行器上的应用、用于供应飞行器的方法以及一种包括相应的供应系统的飞行器。

背景技术

[0003] 现代飞行器，特别是大型飞行器或者具有大载客量的飞行器，必须携带更大量的水以在飞行中给不同系统提供所需用水。例如，这些系统包括机上厨房、卫生间、散热器和淋浴。水量增加了飞行器的重量，从而降低了飞行器的效率。

发明内容

[0004] 本发明的一个目的是提供一种用于飞行器的、减少机载水量的供应系统。

[0005] 根据本发明的示例性实施方式的供应系统，可以提供用于飞行器的供应系统，该供应系统包括蒸汽发生器，其中蒸汽发生器适于由氢和氧产生水蒸汽，并且其中水蒸汽能够用来供水或驱动飞行器。氧可以是例如“标准”空气中所含的氧。另外，该供应系统包括混合器，其中该混合器适于控制供应到蒸汽发生器的水量，以控制所产生水蒸汽的温度或量。

[0006] 这种蒸汽发生器可以是用于蒸汽灭菌方法或者用于生物反应器、食品、包装、医疗仪器、纺织品的温度调节或者用于药学领域的纯水生成的蒸汽发生器。

[0007] 配有蒸汽发生器的供应系统可以确保以高动力强度有效供应飞行器，从而这种单元可以用于例如需要低总重量、高效率或快速响应的应用中。该H2/O2蒸汽发生器可以是高效的，并且能够在几秒内启动。相对较小且轻的总重量能够产生非常高的蒸汽输出。

[0008] 在本发明的另一示例性实施方式中，供应系统还包括供给单元，其用于向蒸汽发生器供给氢和氧。这确保了蒸汽发生器总是被供应有足够的原材料。

[0009] 在本发明的另一示例性实施方式中，供应系统还包括能量转换器，其中该能量转换器被设计成将蒸汽发生器产生的蒸汽中储藏的能量转换为以下能量形式中的至少一种形式：气动能量、电能、液压能、机械能、用于热泵的能量、热能、用于飞行器发动机的驱动能量以及用于飞行器的推进能量。

[0010] 使用能量转换器可以利用蒸汽发生器产生的热水蒸汽产生其他形式的能量。例如，该能量转换器可以被设计成由热水蒸汽驱动并产生例如电能或机械能的汽轮机。另外，通过利用水蒸汽能量驱动飞行器发动机或者驱动用于为飞行器产生推进力的驱动器，可以利用水蒸汽能量直接用于飞行器推进，或者间接用于飞行器推进。

[0011] 在本发明的另一示例性实施方式中，该供应系统还包括控制器，用来控制动力产生或者控制蒸汽发生器的供应，其中控制器被设计成用于根据需要连接供应系统，以提供用于飞行器发动机的驱动能量或者用于飞行器的推进能量。

[0012] 因此，供应系统可以在需要时启动或连接，例如，为飞行器起动过程提供附加推进动力，或者例如假设推进系统故障，提供用于起动过程的紧急推进力储备。这进一步增强了飞行器的安全性，且能够在起动过程期间驰援发动机。这能够增加起动阶段的安全性。还可以增加动力设备的使用寿命。

[0013] 在本发明的另一示例性实施方式中，供应系统包括带有水分离器的供水单元，其中水分离器被设计成从蒸汽发生器的蒸汽中分离出水。

[0014] 该水分离器可以迅速有效地从水蒸汽中获取水，这确保了总是有足够的水可用于机上的各项操作。

[0015] 在本发明的另一示例性实施方式中，供水单元具有中间储水单元以临时储存水。

[0016] 这可以消除在水需求量增加时供水短缺的潜在可能性，因为总是临时储存有足够的淡水以错开可能出现的需求高峰。

[0017] 在本发明的另一示例性实施方式中，供应系统包括燃料电池以向能量转换器供应水蒸汽或者产生电能或推进能量(例如通过下游的能量转换系统)。

[0018] 例如，燃料电池或者燃料电池系统能够设置在蒸汽发生器旁边，并在水蒸汽生产或为飞行器上的动力装置或耗电设备提供能量的过程中支持蒸汽发生器。这为飞行器供应提供了冗余，其进一步增强了系统安全性，且能量供应和水供应总是足够的并且能适应需求。

[0019] 在本发明的另一示例性实施方式中，供给单元具有至少一个用于产生氢的氢发生器或者用于产生氧的氧发生器。

[0020] 这样可以至少部分地直接在飞行器上产生输送给蒸汽发生器的原材料(氢、氧)。例如，氢发生器可以是供以煤油或其他航空燃料的重整器。氧发生器可以是例如机载氧发生系统(OBOGS)。

[0021] 在本发明的另一示例性实施方式中，供给单元被设计成从环境空气或者从储氧单元中供给氧。另外，供给单元被设计成从储氢单元中供给氢。在氢驱动动力装置的情况下，例如，储氢单元也能够是输送动力装置供给所需的氢的储氢单元。因此，无需附加的储氢单元。储氧单元是能够通过维护人员快速且方便更换的储氧单元(例如，包括飞行器供氧系统的一部分)。

[0022] 在本发明的另一示例性实施方式中，供应系统还包括混合器以调节供给到蒸汽发生器的冷却空气或者水的量。

[0023] 例如，混合器的设置可以相应地设定蒸汽温度或蒸汽量。

[0024] 在本发明的另一示例性实施方式中，相应的供应系统用在飞行器中产生水。

[0025] 在本发明的该示例性实施方式中，蒸汽发生器能够用于在飞行器上获得淡水，从而大大降低所要运输的淡水总量。

[0026] 在本发明的另一示例性实施方式中，相应的供应系统用在飞行器上产生用于飞行器的驱动能量。

[0027] 这可以高效地从氢和氧直接获得用于驱动飞行器的能量。

[0028] 本发明的另一示例性实施方式描述了一种为飞行器供水的方法。这里该方法包括以下步骤：在蒸汽发生器中由氢和氧产生水蒸汽；通过混合器控制供应到蒸汽发生器的水量，以控制所产生水蒸汽的量或温度；从蒸汽发生器的水蒸汽中分离出水使其进入供水单元。

[0029] 在本发明的另一示例性实施方式中，该方法还可包括通过蒸汽发生器产生的水蒸汽驱动飞行器的步骤。这里蒸汽可以通过动力装置直接喷出，从而产生推进力，或者间接用来驱动飞行器发动机，从而间接产生推进力。

[0030] 本发明的另一示例性实施方式提供了具有相应供应系统的飞行器。

[0031] 下面参考图1描述本发明的优选示例性实施方式。

附图说明

[0032] 图1示出用于说明根据本发明示例性实施方式的系统结构的框图。

具体实施方式

[0033] 图1示出的框图表示了根据本发明示例性实施方式的供应系统怎样运行。如图1清楚所示，该供应系统主要具有供给单元101至108、蒸汽发生器109和能量转化器116。此处的供给单元101至108包括外部空气供给单元101、储氧单元102和富氧单元103，其中的每个单元通过管线105、106、107与蒸汽发生器109连接。

[0034] 富氧单元103能够采用例如机载氧发生系统(OBOGS)的形式，其在飞行过程中产生氧。例如还可以设置泵130，其将来自外部空气供给单元101的外部空气在供给到蒸汽发生器109之前进行压缩。当然，泵130能够安装在管线105至107的其他位置上。还能够设置多个泵130，来实现冗余或者增加灵活性。

[0035] 还可以设置阀123，其用以控制外部空气、来自储氧单元102的氧或来自富氧单元或氧发生单元103的富氧的流入。此处阀123直接固定到单元101至103的出口(图1中未示出)。另外，可以设置三通阀123，其固定到管线105到107的连接点，并且相应地调节流量或混合比。

[0036] 需要指出的是供氧单元101至103可以设置为任何期望的组合方式。例如，一个示例性实施方式可以设置成只提供压缩气瓶形式的储氧单元。另一示例性实施方式可以设置成用富氧单元103来加强储氧单元102。这确保了增强系统安全性的冗余并且节约了资源。

[0037] 另外，供给单元具有用于产生氢的氢发生器或者储氢单元104。两个系统还能够并排使用。储氢单元能够是例如氢压缩气瓶或者是氢贮罐，储氢单元还被用于供应飞行器发动机。水发生系统可以设计成例如重整器，其从煤油中产生氢气。然而，也可以是其他的氢发生单元。

[0038] 另外，可外部控制的阀122可以固定到为蒸汽发生器109供给氢的管线108上。

[0039] 蒸汽发生器109被供以氢气和氧气，并由其产生热的水蒸汽。水蒸汽于是能够通过管线113和控制阀126供给到能量转换器116，能量转换器116至少部分地将储藏在水蒸汽中的能量转化为另一种形式的能量。为此例如可以设置汽轮机，以给电气系统、液压系统、机械系统或者气动系统提供能量。另外，蒸汽发生器109所产生的蒸汽还能够用来例如给飞行器机舱或者其他设备调节温度或者调解湿度。蒸汽发生器109还能够通过管线111和控制阀124连接到例如耗能设备或者推进系统115，以给飞行器产生直接的推进力。

[0040] 另外，供应系统可以具有燃料电池系统110，其产生电能、水和热。燃料电池系统110所产生的水可以以热的水蒸汽形式通过阀127和管线114释放到能量转换器116，从而相应地支持、增强或者替代蒸汽发生器。

[0041] 另外，燃料电池系统110可以通过控制阀125和管线112连接到耗能设备或者推进系统115。此处可以将水蒸汽供应至推进系统115。此外，来自燃料电池110的电流可以用于耗能设备或者推进系统115。

[0042] 另外，可以设置控制器129来控制或调节控制阀122至128以及混合器132，或者还用来控制或调节蒸汽发生器109或燃料电池系统110。控制器可以用于控制蒸汽发生器109或燃料电池110所产生的能量。例如，可以调节为蒸汽发生器109供应的氧和氢。此外，控制器129可以控制哪个消耗设备连接到蒸汽发生器109或者燃料电池系统110。例如，控制器可以设计成根据需要连接供应系统以为飞行引擎提供驱动能量或者为飞行器提供推进能量。

[0043] 能量转换器116通过管线117和例如可以是阀或者开关的控制单元128连接到耗能设备、系统以及推进系统115。

[0044] 为了在H2/O2蒸汽发生器之后从热蒸汽中获得水，可以将节流阀、冷却器等与取代汽轮机116的水分离器118或除汽轮机116之外额外设置的水分离器118结合使用以在H2/O2蒸汽发生器之后从热蒸汽中获得水。所得废气可以通过管线119排出。另外，可以设置通过管线131连接到相应用水设备121的中间储水单元120以临时储存水。如果水用作饮用水，还可以根据需要向水提供矿物质。

[0045] 还可以提供混合器132，例如包括控制阀的混合器132，其除了外部空气以外可以将来自水箱133中的水供给至蒸汽发生器109。例如，这能够控制/调节产生的水蒸汽的温度或者量。

[0046] 阀122至128以及混合器132连接到开环或闭环控制单元129，且可以被独立致动。阀122至128、混合器132、蒸汽发生器109和燃料电池系统110能够通过相应的管线致动或者无线致动。

[0047] 氢/氧蒸汽发生器109可以包括其中氢和氧(或空气)能够在受控条件下相互作用以产生水蒸汽的系统。蒸汽温度能够通过例如随后添加水而设定在200℃到3300℃之间。另外能够加入空气来冷却热蒸汽。

[0048] 蒸汽发生器109具有高效率水平，并且可以在几秒内启动。因此，可以小而轻的总重量产生非常高的蒸汽输出。副产品是水蒸汽，其可以冷凝为水。蒸汽温度可以以95％的热效率在几秒钟内设定在较宽的温度范围内。

[0049] 另外，可以将水注入到热的燃烧气体中，然后水被蒸发，允许对纯水蒸汽的状态参数进行特定调整。这使得可以在最短时间内设定蒸汽参数。这种热蒸汽发生器的优点包括纯度高、反应时间短、具有控制状态参数的能力、以及几何尺寸小。

[0050] 也可以使用空气或者空气与氧的混合物来取代纯氧。蒸汽发生器109或燃料电池系统110产生的水蒸汽可以用来驱动汽轮机，汽轮机随后产生所需形式的能量。特别地，可以供应气动能量系统、电能系统、液压能系统、机械能系统、热泵能量系统和热能系统(例如加热系统)。

[0051] 在这个过程中，除了能量外还有利地产生了水，并且产生的水可以在飞行器系统中使用。因此，飞行过程中机上可以携带较少的水，因为水可以在飞行过程中连续产生或根据需要产生。这对于飞行器的起飞重量具有正面的影响。如果该过程使用空气，则在飞行器上只需带有例如氢以及附加的系统重量。以这种方式可以节省高达几百公斤的重量。因此，飞行器可以更有效地运作，除此之外所产生的机械能同时还可以用于图1所示的能量系统之一，以增加整个系统的效率。通过这种能量还能够产生用于飞行器的推进力。

[0052] 特别地，这种高功率强度使得供应系统还适于短期或者长期供应备用功率。例如，可以将能量释放到飞行器的动力装置。还可以在起动阶段暂时使用供应系统以产生支援动力装置的动力，在该阶段飞行器需要比在飞行高度上更多的动力。这可以在例如假设动力装置失效或者在起动过程中作为持续支援。此处动力可以以推进动力的形式直接提供，或者以能够引入到动力装置的动力形式来提供。还可以与其他飞行器系统结合。

[0053] 本发明的实施方式不限于附图所示优选实施方式。相反，利用所描述的解决方案和本发明的原理，可以想到的多种变形，甚至其基本上不同于与所构造的实施方式。

[0054] 另外要注意的是“包括”不排除任何其他元件或步骤，“一”不排除多个的情况。此外，要注意的是参考上述示例性实施方式之一描述的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施方式的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的参考标号不应被认为是一种限定。